基坑开挖对抗拔桩极限承载力影响的模型试验研究

采用模型试验的方法研究了砂土地基中基坑开挖对抗拔桩极限承载力的影响,试验过程中考虑了基坑开挖直径、开挖深度及坑底以下有效桩长不同的情况,共进行19组试验。试验结果表明：开挖深度相同时,基坑开挖直径越大,抗拔桩极限承载力下降越多,开挖直径为30 cm（10d）时,抗拔桩极限承载力较开挖前有明显下降,随着开挖直径的继续增加,极限承载力继续下降,但下降幅度逐渐减小,并趋于一个稳定值;开挖深度相同时,坑底以下有效桩长越短,开挖后抗拔桩极限承载力损失比例越大;开挖卸荷后坑内土体处于超固结状态,抗拔桩极限承载力大于土体为正常固结状态时,开挖深度相同时,坑底以下抗拔桩长度越短,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力与土体正常固结状态相比增加比例越大;坑底以下有效桩长相同时,开挖深度越大,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力也越大。     

抗拔桩承载力分析

基于等截面桩的四种破坏形态，依据相应的设计规程给出了设计公式，对抗拔桩的分析模型进行了介绍，并从摩擦、开挖宽度、埋深三方面对承载力的影响进行了分析，为抗拔桩的进一步研究与应用提供了理论基础。     

深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析

抗拔桩极限承载力的确定对于工程设计有决定性作用,由于实际工程情况和现场试验条件的限制,深层开挖条件下的抗拔桩极限承载力实际上无法通过现场试桩得到,因而理论研究显得尤为重要。采用基于直接约束算法的桩土库仑摩擦模型,借助于弹塑性有限单元法对上海某工程的等截面和扩底抗拔桩单桩足尺试验进行对比分析,验证了所采用的理论计算分析方法的合理性,得到了上海软土地区抗拔桩有限元计算的相关参数。然后在此基础上,对比了等截面和扩底抗拔桩受力特性,通过在不同开挖宽度和埋置深度条件下抗拔桩极限承载力的对比分析和影响因素的探讨,最后得到了深层开挖条件下抗拔桩承载力变化的一般规律。     

基坑开挖对抗拔桩影响的原位桩检测分析

基于基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩—土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,对抗拔桩的变形也产生影响的情况,通过地表和不同开挖深度位置进行原位桩静载荷抗拔试验,对沈阳砂土地区抗拔桩在不同深度时的承载性能进行了原位检测分析,得出了一些有意义的结论。     

沈阳地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力检测分析

以沈阳某商业楼为例,根据试验桩的实际检测结果,对地面、坑底抗拔桩的极限承载力特点进行了分析,指出单桩极限承载力的消弱可达19.2%,为今后沈阳地区埋头桩的设计提供了参考依据。     

开挖条件下抗拔桩的承载力损失比分析

基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩–土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,而由于实际工程情况限制,开挖后抗拔桩的承载力又无法通过现场试桩获得,因此采用理论方法分析开挖条件下抗拔桩的承载力就显得尤为重要。基于此,首先采用极限平衡法,应用经典Mindlin应力解考虑土体开挖卸载在开挖面下引起的附加应力,推导出开挖条件下抗拔桩承载力的简化计算公式;其次利用弹塑性有限元法分析了开挖条件下抗拔桩的承载力并和极限平衡法计算结果进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。在此基础上分析了开挖条件下抗拔桩的承载力损失比与开挖半径和桩长的变化规律,分析表明:抗拔桩承载力损失比随开挖半径的增大而增大,随有效桩长增长而减小;相同开挖条件下,扩底桩的承载力损失比等截面桩少。     

应力释放效应对抗拔桩承载力影响分析及应用

抗拔桩受力时,桩身径向微量收缩,桩周土体侧向应力释放,桩侧摩阻力降低。文章将桩对土的卸载作用导致摩阻力降低值与不考虑该作用时摩阻力之比,定义为单桩抗拔承载力折减系数J_s。定义土体的回弹模量与压缩模量之比为土的压缩回弹比λ_j。利用极限平衡状态方程,针对刚性桩、钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩与钢管桩,分析了不同的土体压缩回弹比λ_j所反映的应力释放程度对承载力的影响。结合外径1.7 m,长81.3 m,壁厚25 mm的大直径超长抗拔钢管桩静载荷试验进行验证。结果表明压缩回弹比λ_j能很好反映土体应力释放对承载力的影响,是抗拔桩侧阻力低于抗压桩的主要原因,承载力计算值与实测值相符,其精度远高于现行规范方法,可供工程实践与科学研究参考。     

抗拔桩破坏特性及承载力研究

在国内外众多抗拔桩原位及室内测试资料的基础上,建议了抗拔桩桩周土体的破裂面方程,并指出以往假设的各种抗拔桩桩周土的破裂形状都是其特例.在此基础上研究了抗拔桩的极限承载力,并提出了一个极值原理.     

深开挖条件下抗拔桩分析与设计方法

上海世博500kV地下变电站抗拔桩桩端埋深为82.3m,开挖深度约34m,且开挖面积大,开挖土方量达450000m3。结合工程实际提出了深开挖条件下抗拔桩的分析与设计问题。对深开挖条件下抗拔桩开挖段侧摩阻力的扣除、开挖卸荷桩周土体围压减小引起的抗拔桩承载力损失及开挖卸荷基底土体回弹对桩产生预拉力等问题进行了分析。提出了一种双套管法实现开挖段侧摩阻力的扣除,得到有效桩长的抗拔承载力;采用有限元法和基于Mindlin解的简化分析方法预估大面积深开挖土体卸荷引起抗拔桩承载力损失比例;采用有限单元法分析基坑开挖卸荷土体回弹对桩身产生预拉力,并指出深开挖的桩身设计应进行开挖过程及正常使用阶段两个方面的抗拉强度的验算。     

抗拔桩承载力计算方法研究

抗拔桩是指承受上拔力的桩,主要运用于大型地下室抗浮海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、高耸建筑物抗拔等。抗拔装一般分为两类,一类是扩孔桩,另一类是等截面桩,扩孔桩的承载力由两部分组成,一部分是桩侧的摩擦力和桩的自重,另一部分是扩孔部分与土层或岩层的挤压力,但由于挤压力较摩擦力而言较小,且较难确定,所以通常情况下忽略不计。等截面抗拔桩的承载力由桩侧摩阻力和桩的自重组成。文章主要研究等截面抗拔桩的承载力情况,首先介绍了理论计算和经验法计算抗拔桩的抗拔承载力,然后利用FORTAN90编写程序计算抗拔桩的承载力并研究其可行性。     

设置抗浮抗拔桩深基坑的三维数值仿真分析

采用数值模拟分析的方法,运用三维实体单元模拟抗浮抗拔桩,分析了逆作法条件下抗浮抗拔桩对大面积、特深基坑开挖性状的影响及在基坑开挖过程中桩体的受力特性。分析结果表明:逆作法施工的带有抗浮抗拔桩基坑的坑底隆起量约为顺作法施工的带有抗浮抗拔桩基坑的坑底隆起量的1/3。受开挖区域的影响,承受轴力最大值、最小值桩体的平面位置是变化的。并将开挖过程中桩体轴力的计算结果和试验结果作了对比,对比结果表明:计算结果可作为工程施工的参考数据。     

嵌岩扩底抗拔桩承载特性研究

近年来扩底桩用于建筑物抵抗上拔荷载作用的情况日趋增多,而对扩底抗拔桩的理论研究远跟不上工程实践的发展。分析了扩底抗拔桩的抗拔机理和常用的破坏模式,在合理假定的基础上给出了一种扩底嵌岩桩极限抗拔承载力的计算模式,该模式包含侧摩阻力、桩自重以及扩大头抗拔力对总抗拔承载力的贡献。结合南京绿地广场紫峰大厦工程中两根扩底嵌岩抗拔桩的自平衡法极限抗拔承载力试验结果,进行了该模式计算值与实测值的对比分析,吻合程度较好。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

等截面抗拔桩承载变形特性离心模型试验及数值模拟

抗拔桩的承载变形问题正受到越来越多的重视。对抗拔单桩的承载变形特性进行了离心试验研究和数值模拟研究。通过做离心模型试验,分析抗拔桩在竖向上拔荷载作用下的Q–s曲线、桩身轴力曲线,然后通过建立桩土接触模型,进行数值模拟,将结果与离心试验结果进行对比。通过上述两方面工作,可以看到抗拔单桩承载变形特性呈现如下性状,抗拔力在起始阶段随上拔位移呈线性增长,随着上拔位移进一步增大,抗拔力出现非线性增长的特性,然后突然出现拐点,上拔位移迅速增大,抗拔力达到极限,抗拔桩破坏。     

基于极限载荷试验的扩底抗拔桩承载变形特性的分析

结合天津于家堡南、北地下车库项目开展了2组各3根扩底抗拔桩的极限承载力试验,其中一组试桩有效桩长19 m,另一组试桩有效桩长30 m,试桩均加载至极限破坏状态。载荷试验过程中,两组试桩均对桩顶、有效桩长桩顶以及桩端位置进行了位移测试;其中有效桩长为19 m的试桩还开展了桩身轴力测试。对2组试桩成果从荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩侧摩阻力分布规律等方面进行了分析。结合有限元数值模拟分析表明,扩底抗拔桩的承载力由等截面段桩侧摩阻力与扩大头抗力共同组成,首先由等截面段桩土侧摩阻力提供抗拔力;当上拔荷载进一步增大后,扩大头开始逐渐发挥作用,并且扩大头抗力占总承载力的比例逐步上升。极限状态下,有效桩长为19,30 m的试桩,扩大头提供的抗力占总抗拔承载力的比例分别约为50%和35%。扩大头的存在对于等截面段桩侧摩阻力的发挥影响较小。扩大头受周边土体法向力的竖向分量是扩大头抗力的主要组成部分,极限状态下,其可占扩大头抗力的70%左右。