多层土中桩的极限侧摩阻力值反演分析研究

为研究由桩的荷载-沉降(Q-s)曲线确定单桩侧摩阻力,通过静载荷试验和数学分析的方法,研究在已知静载试验结果的情况下,用线性最小二乘法反演桩周各土层的极限侧摩阻力,并利用有限元法对桩基沉降、极限摩阻力和桩端阻力进行分析。结果表明,由线性最小二乘法计算所得多层土中桩的极限侧摩阻力值为单桩极限承载力值的53%~66%,比有限元法偏大约23%,单桩极限侧摩阻力值为单桩极限承载力值的40.3%;2种方法的计算结果与静载试验的Q-s曲线呈现的变化规律一致,说明线性最小二乘法可满足多层土中桩的极限侧摩阻力值反演预测的要求。     

基于Mohr-Coulomb的强盐沼泽区桩基承载特性探讨

为了探究强盐沼泽区桥梁桩基的极限承载特性,采用桩基混凝土试件现场试验以及室内实验测得了桩基混凝土水养强度以及腐蚀强度,采用能谱仪(EDS)分析以及元素分析测得了桩基混凝土内部氯离子含量,采用室内电镜试验测得了桩基混凝土内部氯离子对流深度。将腐蚀性盐离子环境中的桩基混凝土试件划分为剥蚀区、腐蚀区和未蚀区,运用公式计算的方法得到现场暴露1 a桩基混凝土的腐蚀厚度与腐蚀后强度的关系。通过桩基混凝土强度与黏聚力c、内摩擦角φ之间的转换,建立了基于Mohr-Coulomb的强盐沼泽区桥梁桩基弹塑性本构模型,对强盐沼泽区桩基极限承载特性进行分析。结果表明:随着蚀径比的增大,单桩横轴向极限承载力逐渐降低,但降幅逐渐变缓;桩长增加对单桩横轴向极限承载力提升较小;随着蚀径比的增大,单桩竖向极限承载力逐渐降低,但降幅逐渐变缓;桩长不变,相同腐蚀厚度变化范围内,大直径单桩竖向极限承载力降幅大于小直径单桩竖向极限承载力降幅。     

不同施工工艺下桥桩极限承载力仿真研究

为研究正循环成孔、螺旋钻成孔两种施工工艺下桥桩极限承载力,通过对现场静载荷试验进行有限元数值模拟,确定桩基极限承载力及桩侧摩阻力分布,将理论计算值、试验实测值及模拟计算值对比分析。分析结果表明,桩-土界面引入无厚度Goodman摩擦单元,并考虑地应力平衡,能较好模拟桩土真实状态;正循环成孔桩初期的极限承载力较螺旋钻成孔桩小,经过桩周土较长时间的固结,其极限承载力接近于螺旋钻成孔极限承载力;采用螺旋钻成孔的情况下,古土壤和老黄土极限侧摩阻力推荐值为75 kPa。     

基于梯度优化法的单桩竖向承载力可靠性研究

采用可靠度理论对钻孔灌注桩竖向承载力进行研究,并建立桩基承载力极限状态方程,运用FORTRAN语言按梯度优化法编写计算可靠度指标程序。针对某灌注桩承载力进行可靠度计算,并对影响单桩竖向承载力的基本因素进行敏感性分析,探讨计算模式不确定系数、极限摩阻力、桩端极限阻力、桩顶荷载对桩基可靠度的影响,结果表明:桩基穿越多层土时,桩侧土质越好,即极限摩阻力越大,对桩基承载力可靠性影响越明显,其极限摩阻力变异系数对可靠指标的影响也越显著;桩基可靠指标随着计算模式不确定系数、极限摩阻力、桩端极限阻力、桩顶荷载变异系数的增大而减小。     

多层软土地基中桩基水平承载计算研究

针对目前JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》关于桩基水平承载力计算中存在的水平抗力系数比例系数m取值模糊、未考虑黏性土黏聚力引起的表层土水平抗力影响等问题,根据常微分方程的幂级数解法,在考虑黏性土黏聚力引起的表层土水平抗力影响下,通过数学推导给出了双层土地基中的桩基水平承载力及变位计算解析通解。基于通解,利用Matlab软件给出了半刚性桩桩顶水平位移及转角的半解析计算式;同时,推导了由地基土抗剪强度指标c、φ计算其水平抗力参数的解析式,推求了新的桩基水平承载力计算式;在此基础上,给出了桩身最大弯矩处深度及最大弯矩值的简化计算式。依托于浙江省一桩基工程案例,运用研究的计算方法,对桩基水平承载力进行了计算,同时将计算结果与现场试桩的水平承载力检测值进行了验证对比。验证结果表明：根据地基土抗剪强度指标推求出的桩基水平承载力计算方法具有较强的工程应用价值。     

抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算

滑坡具有发生频率高、灾害损失严重等特点,合理计算抗滑桩滑坡推力及桩前抗力对于滑坡治理具有重要意义。滑面抗剪强度参数c、φ的设计值是根据少数钻孔取样进行试验得到或根据经验取值,不能代表滑面的平均抗剪强度,导致滑坡稳定安全系数及相应的滑坡推力曲线计算结果与实际情况存在差别。单排抗滑桩设计计算时通常不考虑桩前抗力,双排或多排抗滑桩滑坡推力的分配尚无相关规定,造成了抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算不合理。通过理论分析、数值模拟和工程应用等手段对滑坡稳定性状态及相应的滑坡推力曲线、单排抗滑桩滑坡推力与桩前抗力计算、双排抗滑桩滑坡推力分配等进行研究。研究得出:滑坡体处于极限平衡状态的判定依据为滑坡末端条块剩余滑坡推力T_n=0和滑坡体天然边坡稳定系数K=1.0,两个条件需同时满足;单排抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算中,当滑坡天然稳定系数K≥1.0时,采用实际c、φ求得的设计滑坡推力与实际滑坡推力之差作为抗滑桩桩上的设计值能保证滑坡的稳定;当K1.0时,应采用实际c、φ求得的设计滑坡推力曲线与桩前剩余抗滑力之差作为抗滑桩设计值。提出的考虑桩前土体剩余下滑力的设计计算方法能使双排抗滑桩更合理地分配滑坡推力。研究成果对抗滑桩的设计计算具有一定参考价值。     

基于强度折减法的桩基础试验与数值计算研究

为研究桩基础在竖向荷载作用下的极限承载力,引入强度折减法来分析桩基础的极限荷载,给出将P-s曲线的突变尖点作为桩基破坏标志,依托ANSYS软件的Smart智能分网建立桩土体的有限元模型,通过桩基础室内模型试验与数值仿真结果对比,研究了基底为黏土的桩基极限承载力、桩侧摩阻力、桩端反力与桩顶位移的变化趋势,结果表明：强度折减法计算的极限荷载与静载荷试验方法判定的极限荷载基本一致,表明强度折减理论极限分析的可行性,也表明了试验结果的可靠性。将强度折减法运用到工程实例中,得到极限荷载值固定后,可降低工程桩验证数目,产生了良好的经济效益。     

软土地基预加固对桩基竖向承载特性的影响研究

针对目前软土地基预加固处理对桩基竖向承载特性影响的定量分析不足的问题,依托大型围垦工程案例,就软土地基预加固处理对桩基竖向承载力提高、桩顶沉降控制及负摩擦阻力减小等方面产生的影响进行了定量研究,给出了桩基极限侧摩擦阻力定量计算的α法、API-2000法及λ法,同时给出了桩基极限端阻力及桩顶沉降计算公式。通过工程案例,分别对原状淤泥土、预加固处理后的地基土中的试验桩进行竖向静载试验,并依据前述3种计算方法进行对比验证分析。分析结果表明：根据《建筑桩基技术规范》提出的建议值计算的桩基竖向极限承载力比现场试桩值偏保守,而采用α法计算的桩基竖向极限承载力更接近现场试桩值;对深厚淤泥软土地基进行预加固处理,可以有效提高桩基竖向承载力,但工程案例中竖向承载力提高近50%,同时对桩基负摩擦阻力及桩基沉降控制效果显著。研究成果可为类似软土地基加固工程提供参考。     

桩长对桩与桩相互作用影响的试验研究

为明确桩长对静压沉桩全过程中桩与桩之间相互作用产生影响的机理,通过室内模型试验,在中密实砂土中以2倍桩径为间距沉入双桩,研究了桩长对端阻力、卸除顶压后的桩周土压力以及双桩承载力特性的影响。结果表明:沉入过程中先沉桩和后沉桩的压入端阻力均随沉桩深度的增加而近似线性增大,当桩长(沉桩完成后沉入的总长度)为600 mm时,后沉桩仅比先沉桩的端阻力高0.2%左右,即此深度处2根桩的压桩端阻力基本达到极值;后压桩沉入前先沉桩的桩周土压力为后沉桩的90%左右,而后沉桩卸除顶压后先沉桩的桩周土压力总体为后沉桩的2~3倍,且随土压力盒埋深的增加而增大;相同深度桩周土压力均随桩长增大而降低;单桩试验时桩体极限承载力略高于先沉桩极限承载力2%~5%,提高的幅度随桩长增加而降低;不考虑桩间土作用双桩系统极限承载力约为单桩试验时极限承载力的2倍。研究成果对于进一步明确桩与桩相互作用机理和改善双桩承载力特性等均具有重要的工程意义。     

基于离散单元法的抗拔桩承载特性研究

采用基于离散单元法的颗粒流数值模拟方法,构建竖向抗拔单桩的数值分析模型,利用室内模型试验结果标定细观力学参数,在此基础上研究桩径、土体孔隙率、桩土界面摩擦角以及加载速度对抗拔桩承载力的影响规律。研究结果表明:抗拔桩极限承载力约为相同直径抗压桩极限承载力的一半,其侧阻力发挥机制与抗压桩存在差异,抗拔桩极限承载力随桩径增加而快速增加,桩径的增加有利于激发更大范围土体参与承担上拔荷载;密实状态砂土中抗拔桩极限承载力对于孔隙率变化较之松砂更为敏感;桩土界面摩擦特性与抗拔桩承载力呈近似线性关系,高摩擦角条件下桩基呈现更多的整体剪切破坏特征;随着加载速度增加,抗拔桩承载力先增加后减小,存在最合理加载速度值。研究结果可以为抗拔桩设计理论完善和工程应用提供参考。     

湛江组结构性黏土中桩基竖向承载性状模型试验

利用原位模型试验研究湛江组结构性黏土中桩基在竖向荷载作用下的承载性状。选取材质和桩径相同、入土深度不同的6组模型桩,采用慢速维持荷载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩原位竖向承载模型试验,得到了单桩荷载-沉降曲线、单桩轴力沿桩身分布曲线、单桩侧摩阻力沿入土深度分布曲线。结果表明:在竖向荷载作用下,湛江组结构性黏土中模型单桩荷载-沉降曲线均存在显著陡降,极限状态拐点明显,竖向极限承载力随着长径比的增加而增大;在相同荷载作用下,随着长径比的增加,桩顶沉降逐渐减小且减小趋势逐渐变缓,在较大荷载作用下超长桩荷载-沉降曲线中桩顶沉降的减小速率几乎为零,存在有效桩长;在同级桩顶荷载作用下,单桩桩端阻力占总桩顶荷载的比例随着长径比的增加而逐渐变小,由最大29.8%减小为0.8%;不同入土深度的单桩在极限荷载作用下的桩侧极限摩阻力变化不大,均稳定在40 k Pa左右。     

咸阳机场高速公路桥梁桩端后压浆承载特性研究

针对西安咸阳国际机场专用高速公路段的K3+966.50渭河特大桥,采用钻孔灌注桩桩端后压浆技术和常规灌注桩两种不同方法对其桩基进行了现场静载试验,并根据实测数据分析探讨了各桩在不同等级荷载作用下的桩-土相互作用、桩端后压浆技术的增强机理,以及桩端压力注浆和常规钻孔灌注桩两种不同的桩基承载特性,结果发现,与未压桩的桩基相比,桩端后压浆桩基的竖向极限承载力至少提高了40%,沉降量减少25mm,说明桩端后压浆技术能够显著提高桩基的承载能力和稳定性。最后,根据现场实测数据和端后压浆的注浆机理,提出了后压浆单桩极限承载力的计算公式,为类似地区的桩基设计提供借鉴     

不同桩体温度下能量管桩承载力特性模型试验研究

能量管桩是在传统ＰＣＣ桩或预应力管桩基础上研发的一种新型的桩埋管形式能量桩技术,埋管方便、热传导效率高;然而,针对不同温度下该新型能量桩承载力特性的研究相对较少。基于模型试验方法,在桩内预埋导热管、利用导热管中的循环导热液体对桩体施加温度,续而开展温度影响下能量管桩的静载荷试验,测得不同温度影响下能量管桩的荷载－位移关系曲线、桩身应力－应变关系曲线等变化规律,并对能量管桩在实际运行过程中的承载特性与受力机理进行了初步讨论与分析。试验结果表明,能量管桩在饱和砂土中的竖向承载力随着桩体温度的升高而增大,反之,则减小;桩体温度每升高１℃,能量管桩桩基极限承载力近似提高１．５％。     

红黏土地层微型CFG桩复合地基试验研究

微型CFG桩在广西桂林地区得到了广泛运用,为拓展研究CFG桩在红黏土土层中的运用,通过室外足尺微型CFG桩复合地基现场试验,对复合地基承载力经验公式中桩间土承载力强度提高系数、单桩承载力发挥系数以及桩-土应力比进行试验研究。试验结果表明:微型CFG桩桩长在1~4 m范围内,桩间土提高系数随桩长的增加而增加,但增加趋势逐渐减小;单桩承载力发挥系数随桩长增加而减小,桩长1~3 m时,单桩承载力发挥系数大于1,桩长大于等于3 m时,单桩承载力发挥系数小于1;桩土应力比在1~8之间,随着桩长增加而增加。     

粘性土中PCC桩水平极限承载力的简化计算方法

基于统一极限抗力分布模式,利用有限元数值模拟分析了粘土中不同桩长、不同桩径的现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)的水平承载特性,结合PCC桩水平承载特性的弹塑性解答对3个重要参数Ng、α0和n值进行反分析,得到了适用于PCC桩水平极限承载力计算的参数。利用PCC桩身最大弯矩点位置与塑性滑移线深度相近的特点,提出了粘土中PCC桩水平极限承载力的简化计算方法。通过与有限元计算结果进行对比,表明该方法准确可靠,对水平荷载作用下PCC桩的设计计算及分析具有一定的指导意义。     

自平衡法试桩转换系数数值试验

采用三维有限元方法对桩顶压桩和桩底托桩承载特性分别进行模拟分析,研究了自平衡静载试验法中的转换系数。分析桩长、土类对荷载传递特性及转换系数的影响。结果表明:无论是在砂土还是在黏土中,随着桩长的增加,转换系数的变化曲线均呈凹形,类似抛物线形状分布;转换系数存在着极小值,不同土类转换系数的极小值不同,在35~55 m桩长范围内可能出现托桩的极限承载力大于压桩的极限承载力的情况。     

大型炼厂软弱地基PHC管桩现场试验与分析

针对大型炼厂工程软弱地基处理的复杂性,开展了PHC管桩的现场试验,完成了PHC管桩施工后的低应变、高应变动力测试及单桩水平、抗压静载荷试验。基于低、高应变测试结果分析了桩身质量及完整性;以高应变测试和静载荷试验结果验证了单桩承载能力;对不同桩径的PHC管桩经济性做了比较分析。静载荷试验结果表明,PHC管桩单桩承载力能达到设计要求;PHC管桩桩径为400 mm时,桩长对单桩极限承载力影响较大,桩径为500 mm或600 mm时,桩长影响较小;同一桩长的单桩极限承载力随桩径增大而增大,不同桩长的增大形式存在差异;灌芯桩比不灌芯桩单桩水平承载力提高50%以上;从经济角度考虑,抗压PHC管桩首选500,桩端持力层选择强风化-中风化泥岩或全风化-中风化砂岩为宜。      

考虑土体强度空间变异性的单桩水平承载力研究

空间变异性是土体的固有天然属性,在确定桩基础承载力时理应考虑土的这一特性。应用已有的土体参数随机模拟方法,考虑不同的变异系数和相关距离,通过数值方法研究了土体强度的空间变异性对单桩水平承载力的影响。研究发现:确定性分析得到的单桩水平承载力明显大于考虑土体强度空间变异性后的单桩水平承载力均值,应用规范方法设计的单桩基础仍有失效的可能;相关距离对单桩水平承载力均值无明显影响,但承载力标准差随相关距离的增大而增大;随着变异系数的增大,单桩水平承载力均值随之减小,但承载力标准差随之增大。因土体强度空间变异性导致单桩承载力的不确定性,其分布规律可以用对数正态分布进行描述,据此规律可获得任一荷载下单桩基础的失效概率。     

嵌岩扩底短桩抗拔承载性能现场试验研究及数值模拟

为研究嵌岩扩底短桩的抗拔承载性能,在现场完成了4根扩底短桩的抗拔静载试验,详细地分析了单桩Q-s曲线,并将现行规范计算的极限抗拔承载力与现场试验结果相比较。在通过PLAXIS 3D软件验证数值模拟结果与现场试验结果吻合的基础上,进一步深入探讨了水平荷载对扩底短桩抗拔承载特性的影响。结果表明:扩底短桩的Q-s曲线呈陡变型,极限状态桩顶上拔位移与桩径之比的平均值为1.94%;现行规范计算结果过于保守,公路规范相比其它规范计算结果与试验结果较为接近;当水平荷载与上拔荷载的比值η分别为10%,20%,30%时,极限抗拔承载力呈线性减小,相比η=0时分别减小8.3%,16.7%,25.0%。研究结果对优化桩基设计有重要的理论意义和工程应用价值。     

高应变拟合法判定单桩竖向承载力的应用探讨

为使桩-土模型能够比较真实模拟工程桩实际情况,更加准确拟合计算单桩承载力,通过对工程实例的分析,说明了地层分布及性质是影响单桩承载力的重要因素,合理选取符合土层真实性状的参数,采用人机结合的方法反复计算拟合,虽然拟合度不一定比自动拟合法高,但是其结果比采用自动拟合法更接近工程桩的实际情况,拟合计算的承载力值更准确。