逆作复合桩基承载性能试验研究

逆作复合桩基作为一种新型的基础形式,对其承载性状、工作机理的研究很有必要。通过设计单桩、带台单桩及带台两桩系列试验,对极限荷载下逆作复合桩基的荷载与沉降关系、桩土荷载分担特性以及桩体受力性能进行了研究。结果表明:采用逆作复合桩基,先进行基础底板和部分上部结构的施工,而后继续进行上部结构、钢管桩压桩以及封桩施工能充分利用土体的承载能力,压桩前土体与基础底板保持严密接触,上部结构荷载全部由地基土承担;压桩后,使土体的刚度得到了改善了,沉降减小,承载力提高;封桩后,继续增加的荷载主要由桩体承担,直至桩达到极限承载能力,封桩时机的选择决定着桩土荷载分担的比例及基础沉降特性;由于承台的影响,使桩身上部轴力衰减平缓,桩侧摩阻力被削弱,同时使桩身中下部轴力衰减加剧,侧摩阻力发挥得到增强。     

多桩复合地基承载特性的现场试验研究

对多桩复合地基进行了现场测试,研究复合地基在受力和破坏的整个过程中,中心桩、角桩、边桩的桩身轴力分布以及荷载传递特性,进而研究加载过程中桩与桩间土的荷载分担比例。同时,研究刚性桩的桩侧土体沿深度方向的沉降变化规律,考察桩侧摩阻力的形成机制和作用机理。研究表明,当采用较大的桩间距时,适当增加桩的长度是有意义的,此时桩侧的摩阻力得到充分发挥,它是桩体承载力得到发挥的本质所在。     

逆作法复合桩基承载性能的室内模型试验

通过对单桩、两桩以及四桩的逆作法复合桩基室内模型试验,研究在极限荷载作用下逆作法复合桩基的荷载与沉降关系及桩、土荷载分担特性。试验结果表明:逆作法复合桩基的荷载-沉降曲线具有两个拐点,分别对应封桩结束并加下一级荷载时刻和基础破坏时刻;逆作法复合桩基封桩前的沉降量介于浅基础与复合地基的沉降量之间,桩不直接参与分担上部荷载,只起到改善土体刚度的作用;合理选择封桩时机可以控制桩、土的荷载分担比;封桩后基础总体刚度大幅度提高,基桩不但参与基础受力而且控制基础沉降;在基桩达到极限承载力之前,基桩分担了大部分复合桩基阶段的荷载,基础的沉降也得到了明显的控制;在基桩达到极限承载力之后,上部荷载又大部分由地基土承担。     

灌注细石混凝土微型桩基础上拔试验研究

通过现场真型试验,对灌注细石混凝土微型桩基础抗拔承载机理及其抗拔承载力计算方法进行了研究。试验表明:在本次试验条件下,微型桩单桩抗拔承载力可由桩身自重和桩周侧摩阻力相加组成;由于承台对上拔荷载的重分配,在上拔荷载作用下,角桩承力最大,边桩次之,中桩最小;微型桩群桩抗拔极限承载力可以通过单桩抗拔极限承载力乘以桩数和群桩效应系数计算得到,本次试验条件下,微型桩抗拔群桩效应系数选取0.75进行计算。     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

抗拔桩承载能力影响因素与群桩变形规律试验研究

利用自主研发的桩基室内抗拔测试装置,结合数值模拟技术对抗拔桩的承载破坏过程及影响因素、群桩的协同工作特征展开了深入研究。结果表明：抗拔桩的承载破坏经历4个阶段,承载初期,桩顶侧摩阻力最先发挥作用,桩顶土体发生塑性破坏;随上拔荷载不断增大,桩体产生相对位移,桩周土体由于桩身侧摩阻力产生塑性破坏;当桩身轴力自桩顶传递至桩底时,桩身底端产生抗拔“吸附力”,并伴随局部土体塑性破坏;随着桩周土体塑性区的拓展、连通,抗拔桩承载能力达到极限;桩身长径比、桩-土界面摩擦因数、桩侧土体压力与其承载极限呈正相关关系,其中桩身长径比对桩端“吸附力”具有重要影响;群桩抗拔过程中,角桩侧摩阻力发挥最充分,桩身位移量最小,极限承载力最大,中心桩桩身位移最大,极限承载力最低;距径比影响抗拔桩的群桩效应,当距径比从2增大至8时,桩身侧摩阻力提高30%,将距径比8作为群桩工程的推荐值,6～10作为群桩距径比的推荐范围。     

黄土地区长短组合桩的承载力及变形特性试验研究

黄土地区新型桩基问题研究匮乏,为了在黄土地区引入并推广长短组合桩基础,需深入研究该桩基的承载性状。研制了室内模型试验装置,在单桩、4根组合桩及8根组合桩工况下通过伺服加载系统对试验装置进行了加载,全面地分析了桩身承载力和变形特性。结果表明:桩身轴力和侧摩阻力的发挥具有异步性,长桩的破坏形式为刺入型破坏,但短桩不是很明显;在4根桩组合试验工况中,桩身承载力极限值与单桩略相等,桩侧摩阻力最大值出现的位置与单桩相比有所不同,长桩分担的荷载比例比短桩高;在8根桩组合试验工况中,在每级荷载作用下角桩的桩身荷载均比边桩、中心桩都大,与单桩承载力相比,其长桩(角桩、边桩)和短桩(中心桩)的桩身承载力及桩侧摩阻力均有显著的提高,角桩的桩顶荷载分担比略高于边桩。     

桩基础承台效应分析

对单桩、不同尺寸的单独承台、不同复合桩基的模型进行了压载试验。并从理论上分析了低承台复合桩基在承台的作用下桩周土受荷变化、荷载传递变化及承载力的变化,得出承台不但本身可分担荷载,而且可使桩侧摩阻力、端阻力均有提高的结论。证明了低承台复合桩基在竖向荷载作用下,承台的效应可提高桩基承载力。     

柔性群桩与地基相互作用的非线性分析

对桩侧土采用非线性荷载传递函数 ,桩端土采用线性荷载传递函数 ,同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响 ,首次将增量荷载传递矩阵法与微分方程的近似解法———子域法相结合 ,推出了刚性承台下柔性群桩与地基非线性相互作用的系列近似解析算式。得出了如下结论 :刚性承台下 ,中桩、承台边缘桩及角桩的桩侧摩阻力沿深度的分布规律不完全相同 ,且各桩侧摩阻力发挥的程度也不一样 ,角桩侧摩阻力发挥最大 ,边中桩次之 ,中桩侧摩阻力发挥最小。     

灌注细石混凝土微型桩基础下压试验研究

通过现场真型试验,对灌注细石混凝土成桩微型桩基础抗压承载机理及其抗压承载力计算方法进行了研究。试验表明:本次试验条件下,微型桩单桩可看成纯摩擦桩进行抗压承载力计算;微型桩群桩在极限下压荷载作用下,承台底部土体承担荷载比例仅为4.8%,在进行微型桩群桩抗压极限承载力计算时可不考虑承台底土的承载作用;由于承台对下压荷载的重分配,在下压荷载作用下,角桩承力最大,边桩次之,中桩最小;本次试验条件下,微型桩抗压群桩效应系数可取0.8进行计算。     

带帽有孔管桩复合地基承载力模型试验研究

有孔管桩能够有效地加速桩周土体超静孔隙水压力时空消散,减轻沉桩效应不利影响,但桩身开孔会削弱桩体承载力。为研究开孔管桩的承载力,对软土地基中无孔管桩和有孔管桩单桩及其相应的带帽单桩复合地基进行了静载荷试验,获得了各种管桩荷载-沉降曲线、沉降-时间对数曲线、桩身轴力的变化规律。研究结果表明：星状开孔的有孔管桩承载力和桩身轴力的折减率均最小;有孔管桩单桩及其带帽单桩复合地基的总沉降和沉降回弹率均小于无孔管桩;带帽有孔管桩复合地基承载力大于带帽无孔管桩复合地基的承载力;桩身开孔有利于桩周土体分担荷载,能减小土体含水量,降低复合地基总沉降,提高复合地基承载力;桩身开孔引起管桩损失的承载力,可以从带帽有孔管桩复合地基提高的承载力中得到弥补。     

复合桩基承载性状研究

通过对带承台单桩、群桩模型试验承载性状的分析,说明带承台单桩的承载性状与群桩的承载性状并不完全相同,不能将带承台单桩的试验结果简单地推广到群桩的设计计算中去。在带承台单桩试验中,发现带承台单桩的极限承载力大于单桩与平板极限承载力之和,而在复合群桩试验中,复合桩基的极限承载力则大大小于各单桩与平板极限承载力之和。结合现场大型群桩模型试验结果及现行规范阐述了复合桩基的承载性状。     

软土地区大直径中掘扩底法管桩承载性能现场试验分析

基于软土地区大直径中掘扩底法管桩静载荷试验,分析软土地区大直径中掘扩底法（简称中掘法）管桩承载特性,研究成果表明：在等桩径等桩长条件下,中掘扩底法管桩的单桩极限承载力较常规锤击法管桩低10%左右,但较钻孔灌注桩可提高30%以上;中掘法管桩桩顶荷载沉降曲线均呈现缓降型,单桩竖向桩基极限承载力应根据桩顶沉降量确定;在桩顶达到极限承载力时,中掘法管桩桩端阻力有明显提高,桩端阻力可占桩顶荷载40%~50%,呈现为端承摩擦桩,竖向承载能力得到明显提高。文中研究成果可为软土地区大直径中掘扩底法管桩的理论研究和工程应用提供参考价值。     

大直径钢管复合桩承载特性研究

为了研究钢管复合桩承载特性,以鱼山大桥桩基工程为背景,选取53^#桩开展自平衡试验,并将试验结果转换为传统静载试验结果,利用数值建模软件ABAQUS进行实况建模,在计算结果与实测结果吻合的基础上分析了在竖向荷载作用下钢管竖向应变沿深度的分布规律,并改变桩基钢管厚度参数,施加水平荷载,分析了钢管复合桩钢管厚度对桩基承载性能的影响。研究结果表明:自平衡转化Q-s曲线平稳无突变,单桩极限承载力为71 293.75 kN;数值模拟结果与实测值吻合,在竖向荷载作用下钢管竖向应变随深度呈“盘底”形;钢管的存在能为核心混凝土提供约束作用,并提高桩基的抗弯刚度,且钢管厚度越厚、桩基的水平极限承载力越大;钢管弯矩沿桩身先变大后变小,最大值出现在31 m附近;桩身剪力从桩顶往下缓慢减小,在钢管底部位置开始桩身剪力大幅减小,再往下传递出现负值。     

水平荷载作用下高承台管桩的荷载传递性状及承载力研究

土地资源紧缺使得在地基回填基料缺乏的天津沿海港区建设中,首次采用了部分桩体"悬空"的高承台管桩基础,如何确定这些悬空管桩的水平抗力特性是工程实践应用中的难题之一。针对天津东疆保税港区物流加工区二期工程所采用的高承台管桩基础,运用有限元分析软件ABAQUS对水平荷载作用下高承台管桩的受力性状进行模拟。分析了不同桩长、不同桩径、不同桩身弹性模量、不同土质条件下以及不同悬空高度下高承台管桩的荷载传递性状及承载力的变化规律,并与低承台管桩受力性状进行比较。有限元分析结果表明,当悬空高度不大于1.7m时,高承台管桩水平极限承载力变化不大,而当悬空高度超过1.7m时,其承载力迅速减小。增加土体强度、桩身模量和桩径有助于提高高承台管桩水平极限承载力,桩长对其影响不大。     

酸性土腐蚀对钢桩基础承载性能的影响

土质酸性是导致钢桩腐蚀的主要原因之一。服役于酸性土中的钢桩将会被侵蚀,导致桩身材料劣化,影响了桩基的安全性和耐久性。为了了解腐蚀桩的承载性能,通过中性和模拟酸性土两种环境下的桩基室内模型试验,测得腐蚀前后承台沉降量和桩端阻力值随桩顶加卸载的变化规律以及地面堆载固结过程中各土层沉降量、桩端阻力值、桩身轴力值以及桩侧摩阻力的变化情况。研究表明,由于腐蚀钢桩表面产生大量疏松的锈蚀产物,使桩–土界面的黏着力大大降低。桩顶承台的沉降量较未腐蚀桩大,腐蚀桩的桩端阻力值比未腐蚀桩大。而在堆载固结条件下,由于堆载作用不仅加速了桩间土体的固结,桩–土界面再次挤密,单桩以及群桩中各桩的桩端阻力值减小。腐蚀桩的中性点位置明显下移,腐蚀率越大的桩,桩侧负摩阻力的增加值越大,腐蚀前后中性点位置处桩身轴力变化率越大。研究成果可以为腐蚀条件下各类桩基载荷性能研究提供参考。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明:光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90cm时,土塞高度稳定在33cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

黄土填方地基中微型钢管桩承载性状试验研究

目前对于黄土填方场地微型钢管桩桩基性能的研究非常匮乏。依托某实际加固纠偏工程,在黄土填方场地制作三根微型钢管桩试桩,在试桩桩身混凝土中布置混凝土应变计,进行现场单桩静载试验。实测结果研究表明:(1)在一些特定场合,尤其是在施工场地狭小,工程条件复杂的情况下,微型钢管桩可用于黄土填方场地较大荷载的建筑物基础纠偏加固中,并且在黄土填方场地具有较高的承载力。(2)黄土填方地基中微型钢管桩的Q–s曲线呈缓变型,当加载至最大荷载时,都没有出现明显向下的弯折段。(3)微型钢管桩在黄土填方场地其承载力介于材料破坏和失稳破坏之间,约为材料破坏的62%,是失稳破坏的1.76倍,桩身挠曲而产生过大沉降是导致试桩破坏的主要原因。(4)在黄土填方地基中确定30~40m长的微型钢管桩单桩竖向极限承载力时,建议将Q–s曲线和s–lgt曲线相结合,同时考虑桩顶沉降值,这样才较为合理。