浸水条件下膨胀性红层砂岩地基扩底桩抗拔承载特性

红层砂岩在我国中西部地区分布广泛,浸水条件下其力学特性变化大,因而合理确定红层砂岩地基中抗拔桩承载力是工程设计关注的问题。通过引入温度场比拟湿度场的三维弹塑性有限元数值分析方法,开展了浸水条件下扩底抗拔桩基础承载特性模拟,研究了不同桩长扩底桩浸水前后承载力变化以及塑性区分布特征。模拟结果表明: 浸水将导致红层砂岩扩底桩的抗拔极限承载力降低,浸水前后桩基抗拔极限承载力均随桩长增加而增加,但浸水后承载力随桩长的增加值有一定减小。抗拔极限状态下,桩周土体塑性区分布在空间上呈楔形体加四棱柱体的组合形式,浸水将导致塑性区缩小,但随着桩长增加,塑性区面积有一定扩大。     

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。     

土中中风化嵌岩抗拔桩承载机理研究

根据某工程中风化嵌岩抗拔桩自平衡静载原位试验,对试验数据进行简要分析,结合该工程地质条件,选择合理的岩土力学参数和试验数据,建立了合理嵌岩抗拔桩FLAC^3D数值分析模型。运用所建立的数值模型对3根抗拔桩进行自平衡试验直至破坏,确定了各桩的极限承载力,并且研究了同一条件下不同嵌岩深度对抗拔桩的极限承载力的影响及抗拔桩桩侧阻力、桩身轴力随外荷载的变化情况。研究结果表明:①风化岩石地区建立模型时,岩石剪切模量及体积模量需要按试验换算值折减到1/10左右,才可建立合理的数值模型;②嵌岩抗拔桩的极限承载力主要受嵌岩深度的影响,同一条件下,嵌岩抗拔桩极限承载能力随嵌岩深度、桩长增加而增大,且桩设计时其嵌岩深度不宜太小;③随着埋置深度的增加,桩侧阻力先增大后减小,桩中间侧阻力对极限抗拔承载力贡献最大;④抗拔桩的桩径对极限承载力具有尺寸效应。     

渗水作用下泥岩地区杆塔扩底基础抗拔承载分析

【目的】泥岩遇水易发生膨胀崩解甚至泥化,对输电杆塔基础抗拔承载力造成不良影响,需要对渗水作用下杆塔基础的抗拔承载特性展开研究。【方法】基于泥岩室内试验结果,利用有限元软件建立泥岩中扩底基础计算模型,引入温度场比拟湿度场的方法模拟泥岩地基浸水后的膨胀劣化,研究扩底基础上拔承载特性。在此基础上,分析泥岩地基浸水渗透后扩底基础极限抗拔承载力降低的具体原因;比较了泥岩地基天然状态、浸水渗透和饱和状态三种工况下极限抗拔承载力的差异以及承载力与埋深之间的关系。【结果】结果表明：增加基础埋深均能提高极限抗拔承载力,但饱和状态工况下增长最缓慢;地基浸水渗透对基础极限抗拔承载力的影响随着基础埋深增加而减弱,2.0 m埋深基础极限抗拔承载力仅为天然状态工况的63.2%,而5.0 m埋深时达到94.2%。【结论】地基浸水造成基础极限抗拔承载力降低的主要原因是地基力学参数劣化,抗剪强度减小所致。研究成果可为泥岩地区杆塔基础设计提供参考。     

黄土地基中微型抗压与抗拔桩对比试验研究

微型抗拔桩是西北黄土地区光伏电站的一种典型锚固基础,为研究微型桩在抗压与抗拔条件下位移与受力性状的异同,在黄土地基进行了不同尺寸的抗压桩与抗拔桩的单桩竖向静载试验。试验结果表明:相同荷载作用下,抗拔桩的桩顶位移和位移增长速率均大于抗压桩,考虑桩顶上拔量得出的极限承载力低于按规范进行试验得出的结果,因此,在确定抗拔桩的极限承载力时应考虑桩顶上拔量;两种试桩桩身轴力随埋深分布曲线相似,即存在一个向下传递的过程;抗拔桩桩身中上部侧阻达到极限后会随着荷载的增加出现减小的趋势;抗拔桩桩端侧阻存在弱化现象,抗压桩桩端侧阻则存在强化现象。研究结果对黄土地区光伏电站微型抗拔桩锚固基础的设计与施工具有重要的参考意义。     

后压浆桩抗压与抗拔现场对比试验

随着建筑高度不断突破,其基桩承载力越来越大,可以通过成桩后压力注浆方式满足抗压和抗拔承载力的高要求。通过对后压浆法钻孔灌注桩进行现场抗压与抗拔的对比试验,对后压浆法施工钻孔灌注桩力的传递机理进行研究,对比分析了抗压桩与抗拔桩桩周摩擦力与承载能力的差别,明确了抗压桩与抗拔桩荷载传递路径与桩在破坏过程中力的发挥方式。研究表明:桩端与桩侧压浆技术提高了桩端的承载力与桩周的桩-土摩擦力,运用桩侧压浆技术使得桩在发挥效应时存在一种机械咬合力,增加了桩的竖向承载力,尤其是提高了抗拔桩的承载力。研究结果为以后更进一步研究在不增加桩长条件下利用机械咬合力提高抗拔桩承载力提供参考。     

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。     

砂土中根式抗拔桩模型试验研究

根式抗拔桩是一种在桩身设置根键的新型变截面基础形式,合理的布置根键可以在提高基础承载力的同时降低工程造价。为了提高根式抗拔桩在工程中应用的效率和可靠度,基于模型试验方法,通过对普通抗拔桩和根式抗拔桩的对比分析,开展砂土中竖向上拔荷载作用下2组试桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩身上拔位移、桩身轴力、桩侧摩阻力,并研究其分布规律。结果表明:根式抗拔桩承载力较普通抗拔桩大约提高57%;桩身轴力在有根键处变化显著,桩身侧摩阻力发挥由上向下传递,并在根键上下处达到极值。因此,在保证根键强度不受破坏和根键易于安装的条件下,尽量将根键位置设置在靠近桩底,是提高根式抗拔桩承载能力的有效方法之一。     

基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题,将布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究,采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺,实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明：在上拔荷载作用下,试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小;桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好,上桩侧摩阻力较小,全桩长侧摩阻力最大值在桩底;抗拔桩随上拔荷载的增加,轴力逐渐向下传递,向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担;分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。     

软土地区抗拔桩承载特性现场试验研究

在工程实践中,抗拔桩基础已经得到广泛应用,但对于抗拔桩工作机理却研究较少。通过现场足尺试验,分析了抗拔桩的承载特性和变形特性,包括抗拔桩桩顶与桩底位移、桩身轴力分布、侧摩阻力分布以及侧摩阻力和桩土相对位移的关系等,试验结果表明:抗拔桩在受到上部荷载作用时,桩顶和桩底同时产生位移;随着上部荷载的增加,桩体下部侧面摩阻力逐次发挥作用,同时由于荷载在向下传递时不断减小,下部桩身所受轴力较小,桩土之间的相对位移也较小,桩侧摩阻力不易全部发挥出来。桩周各土层土的侧摩阻力达到最大所需的相对位移也可以利用桩土相对位移与侧摩阻力的关系曲线推算得出。试验结果对工程设计计算及相关研究提供了一定参考。更多还原     

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。     

膨胀土地基输电线杆塔基础承载力特性数值模拟

基于河南南阳膨胀土不同饱和度条件下的三轴试验结果,通过三维弹塑性有限元数值模拟,研究了大板和台阶两种典型的杆塔基础抗压和抗拔承载特性及随着土体饱和的变化规律。结果表明,随着膨胀土饱和度的增加,基础的极限抗压和抗拔承载力均明显降低,且降低速率逐渐减小。此外,在相同埋深条件下,大板基础的极限抗拔承载力要明显高于台阶基础。在不考虑膨胀土膨胀效应时,饱和度增加对两种基础抗压承载力的影响程度要明显高于对其抗拔承载力的影响程度。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

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。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

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。     

灌注单桩有效桩长的数值模拟分析

根据有效桩长的定义及其单桩有效桩长的判别准则,采用数值手段模拟地基中的钻孔灌注单桩在竖向荷载作用下的桩身沉降和桩身变形,按极限承载力控制与桩顶沉降控制相结合的方法,确定在一定条件下单桩有效桩长效率系数的取值,进而确定单桩的有效长度,为更合理的进行工程设计与施工提供理论依据。     

振冲系泊桩基础成桩试验研究

目前海上风电以单桩或群桩基础为主,基础依靠深插桩体满足风机结构竖向抗拔承载力要求,随着大功率海上风电机组的投产与安装,如何提高桩基础抗拔承载能力成为制约海上风电大规模发展的瓶颈。本文以改进的振冲器为施工器械,结合预应力锚杆关键技术,综合振冲加固与高压旋喷桩的施工工艺形成了振冲系泊桩成套施工技术,提出了振冲系泊桩新型桩基础;开展了现场成桩试验和现场载荷试验,结果显示:运用该成套技术形成的振冲系泊桩桩身完整性良好且具有较强的抗拔性能;进行了有限元模拟仿真,分析了振冲系泊桩承载机理和破坏模式,通过仿真计算知3.5 m桩长的振冲系泊桩在一般黏土地基中的单桩极限抗拔承载力可达450 kN,是相同桩长的圆柱桩的7.5倍。     

卵石地层抗拔桩抗拔极限侧阻力试验研究

基于南水北调中线惠南庄泵站主厂房抗拔桩设计实例,对抗拔桩在卵石地层中侧阻力发挥特征、经验公式与现场试验确定的抗拔极限侧阻力进行对比研究。分析表明,在卵石地层中,抗拔侧阻力的发挥受上拔力影响,是一个动态过程。当桩顶荷载较小时,桩身不同深度处侧阻力发挥较均匀;随着桩顶荷载的增加,侧阻力呈现出桩身上部发挥充分、下部发挥较小的特征;桩顶荷载继续增大,桩身下部侧阻力随之明显增大。试验桩抗拔极限侧阻力平均值可达223 k Pa,现行规范提出的钻孔桩卵石抗压极限侧阻力标准值范围(140~170 k Pa)有待进一步研究扩充。