Shaft resistance of a pile embedded in rock

A rational calculation procedure is proposed for establishing the shaft resistance of a pile embedded in rock, based upon the Hoek and Brown failure model. The state of the art of the calculation of the pile shaft resistance is analysed. Nearly all the recommendations that have appeared in the technical literature, for calculating the ultimate shear strength of a shaft embedded in rock (τ_ult) propose that τ_ult=ασ_c^k(σ_c;τ_ulten MN/m²) where the coefficient α, considered as a constant dimensional value, ranges from 0.1 to 0.8, if the unconfined compressive strength (σ_c) is expressed in MN/m². In most cases, the exponent k is 0.5.A comparison is made between the results yielded and the different empirical theories that have been put forward with respect to this shaft resistance. It can generally be stated that the results obtained with this theory are reasonable for long and deeply socketed piles (high confining pressures) but the results are on the safe side in some cases where short piles (low confining pressures) are involved.This paper is a continuation of the works developed by the same authors with piles working at the tip, socketed in rock.     

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。     

密实砂土中竖向受压PCC桩端阻力计算方法研究

采用基于可视化摄影测量技术的室内试验和理论分析方法,对密实砂土中竖向受压现浇混凝土大直径管桩(PCC桩)桩端土体变形破坏规律及其端阻力估算方法进行研究。结果表明:PCC桩桩端周围土体在极限荷载阶段形成楔形竖向压缩区和侧向剪切变形区,桩端土体竖向位移在相同深度处始终高于等直径实心桩,呈现冲压破坏特征。在此基础上,利用普朗德尔地基理论,构建了考虑地基滑动面角度变化的PCC桩桩端土体破坏模型,给出了桩端阻力的理论计算方法,并通过承载力系数分析以及理论与试验结果的对比,初步验证了计算方法的合理性,为进一步完善与发展PCC桩设计计算理论提供了科学依据。     

岩溶区嵌岩桩桩端承载性能研究

为考虑岩溶区基桩嵌岩段岩层与顶板的整体承载效应及溶洞形状对桩端极限承载力的影响,在嵌岩桩桩端极限破坏模式研究的基础上,首先根据桩端极限破坏线与溶洞的位置关系,确定了溶洞发生破坏时的临界状态;其次,结合桩端岩层极限状态下的传力机制,分析了岩溶区嵌岩桩桩端极限破坏模式。然后,通过建立极坐标系,给出了溶洞发生冲切破坏、冒顶破坏的限定条件,并推导了不同破坏模式下岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算公式。最后,用试验数据与工程实例对本文理论进行验算,验算结果表明:理论计算结果与试验现象及工程实例结果较为吻合,可为岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算提供一些参考。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

大规模带桩筏基模拟试验研究

本文介绍了一种在圆形滑腔里进行的单桩模型试验,以模拟大规模带桩筏基的性状。文中提出了群桩地基破坏模式的理论判据,并推导出群桩地基极限承载力的计算公式。该公式反映出群桩间距对极限承载力的影响。     

滚压成型灌注螺纹桩承载性能研究

采用静载荷试验及数值计算相结合的方法进行了螺纹桩承载性能的研究.分析了螺齿宽度、螺距等桩型参数对螺纹桩承载性能的影响,对外径相同的直径桩与螺纹桩的承载性能进行了静载荷对比试验研究.螺纹桩单桩极限承载力较相同桩外径的直型桩极限承载力稍高,螺齿宽度对螺纹桩的极限承载力影响非常明显,随螺齿宽度的增加螺纹桩的极限承载力增大;螺距对极限承载力影响也较为明显,随螺距的减小,螺纹桩的极限承载力增大.螺纹桩在低荷载水平下,桩侧阻力沿桩身均匀发挥,桩端阻力较小,随荷载水平的增大,桩端阻力大幅提高,并提出螺纹桩承载力的计算公式.     

自引孔静压管桩竖向极限承载力的神经网络预测

因自引孔静压管桩特殊施工工艺的影响,通过理论方法确定的单桩竖向极限承载力值与实际试验值存在一定差距。为了能较简便而准确地预测单桩极限承载力,以神经网络理论为基础,以现场静载荷试验实测资料为依据,通过神经网络方法对单桩竖向承载力进行预测,具有重要的理论与工程实用价值。     

隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答

 采用球形孔和圆柱孔扩张(收缩)理论研究桩基与隧道的相互作用。首先,基于Mohr-Coulomb屈服准则,采用圆柱形孔收缩模型模拟隧道开挖过程,得到Pasternak地基上隧道开挖引起的邻近单桩弹塑性水平位移。其次,提出隧道开挖对邻近桩基承载能力弹塑性影响的计算方法。桩基总承载能力由桩端极限承载能力和桩身极限侧阻摩擦力两部分组成。其中,采用无限介质中球形孔扩张模型计算桩端小孔极限压力,并得到桩端极限承载能力;采用修正的?法计算临界状态下桩身等效平均剪应力分布,进而得到桩身极限侧阻摩擦力,该方法考虑隧道开挖对桩身剪应力的削减作用。在此基础上,计算隧道开挖过程对周围土体弹塑性应力的影响;分析隧道和桩基相对位置对桩基承载能力的影响;定义桩基总承载力降低到85%时桩基发生破坏,研究桩端与隧道中心相对间距与桩基破坏时隧道体积损失临界值的关系,并考察土体黏聚力、内摩擦角、密实度、土体模量以及桩径等参数的影响。结果表明,柱孔收缩弹塑性模型可以较好地模拟隧道开挖对邻近桩基弹塑性水平位移的影响;隧道开挖后在一定范围内形成一个塑性区,在该区域内土体有效应力影响因子Rp值小于1,表明对桩基承载能力有削减作用,当桩身全部处于塑性区以外时,其承载能力不受隧道开挖的影响;隧道和桩基相对位置对桩基承载能力有较大影响,当桩端与隧道中心的间距一定时,随着隧道埋深的增加,桩端极限承载力影响因子Rqb逐渐趋于1,说明增加隧道埋深对桩基承载力更加有利;桩基破坏时隧道体积损失临界值与桩端–隧道中心间距平方呈线性关系,桩基承载能力对土体模量比较敏感。     

Pile end bearing capacity in rock mass using cavity expansion theory

Much empiricism is involved in design of rock-socketed piles in rock masses. In light of this, an analytical solution based on the cavity expansion theory is proposed for calculating the ultimate bearing capacity at the tip of a pile embedded in rock masses obeying the Hoek-Brown failure criterion. The ultimate end bearing capacity is evaluated by assuming that the pressure exerted at the boundaries of a pressure bulb immediately beneath the pile tip is equal to the limit pressure required to expand a spherical cavity. In addition, a relationship is derived to predict the pile load-settlement response. To demonstrate the applicability of the presented solution, the results of this study were compared to those of 91 field tests from technical literature. Despite the limitations, it is found that the end bearing resistance computed by the present work is in good agreement with the field test results.     

桩侧桩端联合后注浆提高承载力及其数值模拟

某高层建筑自重荷载大,对基桩承载力要求高,对该工程桩侧桩端联合后注浆提高基桩承载力的10根试验桩和2根未注浆的锚桩进行了现场检测试验,并在FLAC3D中分别用土体参数、桩土界面参数和等效桩径模拟后注浆提高基桩承载力的机理。结果表明:联合后注浆桩的桩长满足要求,桩身完整;后注浆比未注浆的基桩承载力提高70%以上;将单桩竖向极限承载力取为8800kN是偏于安全的;注浆压力和注浆量、土体的性质对后注浆提高基桩承载力的影响较大,后注浆结石体性质对桩承载力的影响相对较小;用等效桩径法可有效模拟后注浆提高桩承载力的机理。     

软土地基螺旋桩竖向抗拔极限承载力计算方法

 根据抗拔螺旋桩基础竖向抗拔承载性状,使用极限平衡理论和Meyerhof深基础承载力理论,提出抗拔螺旋桩基础首层叶片界限埋深和叶片控制间距,给出多层叶片螺旋桩基础竖向抗拔破坏模式,得到竖向抗拔螺旋桩基础的首层叶片界限埋深和极限承载力计算公式。通过对14次工程桩试验分析和极限承载力计算,竖向抗拔极限承载力计算值与实测值误差一般在10%以内,说明所建立的螺旋桩基础抗拔破坏模式比较接近于实际情况,极限承载力计算方法可用于估算螺旋桩基础的承载力。     

Model tests comparing the behavior of pre-bored grouted planted piles and a wished-in-place concrete pile in dense sand

The compressive bearing capacity of wished-in-place (WIP) concrete piles and pre-bored grouted planted (PGP) piles in dense sand was investigated by means of model tests. In total, three model piles were tested. The load–displacement response, axial force and tip resistance of each model pile were measured in the static load test process. Several conclusions can be drawn from the model test results: the pre-bored grouted planted nodular (PGPN) pile and the pre-bored grouted planted pipe (PGPP) pile have ultimate skin friction 1.23–1.36 times and 1.34–1.46 times greater than the ultimate skin friction of the wished-in-place (WIP) pile, respectively. The tip bearing capacity of the PGP pile is similar to the tip bearing capacity of the WIP pile, and the hyperbolic model of normalized tip resistance (q_b/q_c) and normalized tip displacement (S_b/D) can represent the tip load–displacement response of the WIP and PGP piles well.     

人工挖孔扩底桩承载力试验研究

本文通过１１根有埋设测试元件的现场试验,研究了软土地区人工挖孔扩底桩的荷载传递机理及侧阻力、端阻力的变化规律,文中统计和分析了３００根人工挖孔桩的静载试验资料,提出了承载力的计算方法和桩端常用土层的极限承载力取值范围。     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

建筑桩基设计中若干问题的探讨

本文对目前建筑桩基设计中的下述问题提出探讨 :a)关于人工挖孔灌注桩与机械成孔灌注桩实际承载能力的比较 ;b)关于桩长与桩端持力层的选择 ;c)关于岩层桩端承载力的确定方法 ;这些问题的解决 ,有利于正确评价桩基的承载能力 ,有利于桩基础设计的优化     

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。     

采用钻孔灌注桩后注浆工艺条件下圆砾层的桩端设计参数取值探讨

钻孔后注浆工艺能有效提高单桩承载力,但注浆后具体桩端参数难以把握,本文通过杭州地区圆砾层中采用钻孔灌注桩后注浆工艺的工程实例,综合对比各类数据,提出了杭州地区在采用后注浆工艺条件下圆砾层的桩端设计参数的取值建议。     

Horizontal capacity of single piles: an extension of Broms’ theory for c-ϕ soils

Several methods are available for the evaluation of the horizontal capacity of piles in cohesionless (c′ = 0) or in purely cohesive (s_u > 0 and ϕ_u = 0) soils. In this paper, the well-known theory by Broms (1964a, 1964b) is extended to soils possessing both cohesion and friction (c-ϕ soils). A simple profile of the ultimate soil pressure (p_lim) with depth is assumed, accounting for soil cohesion and pile embedment and encompassing Broms’ profile for drained loading. By considering translational and rotational equilibrium, equations for the different mechanisms of failure – short, intermediate and long piles - are given. The results are also presented in the form of non-dimensional graphs, allowing for an expeditious evaluation of the horizontal capacity of piles and the maximum bending moment. For most cases, it is found that giving consideration to the soil’s effective cohesion (c′) can lead to significant advantages in terms of increased pile capacity and the consequent reduction in pile dimensions and costs. A comparison of the proposed solution with some documented field cases allows for the first validation of the study.     

关于后压浆桩桩端压力确定方法的研究

目前 ,不同工艺的后压浆钢筋混凝土灌注桩已经广泛推广使用 ,其效果一般很好 ,使基桩的单桩承载力得到比较明显的提高。但是桩端压力究竟应该取多少为宜 ,往往还是靠经验确定。本文提出一种计算模型 ,为确定桩端压力提供了科学估算的依据。文中还分析了影响桩端极限压力的各种因素 ,可供进行压浆桩设计时参考。