刚柔多元桩复合地基承载性能有限元分析

采用有限元软件ABAQUS模拟刚柔多元桩复合地基,得出其桩顶、桩身应力特点和变形规律。刚性桩承担的荷载明显大于柔性桩承担的荷载;对于同种桩型,角桩的应力最大,边桩次之,中桩最小;沿桩身应力最大部位不在桩顶,而是位于桩身的某一位置;复合地基的变形规律与承载力规律恰好相反,桩顶处变形最大,并且群桩中心处变形最大,边桩次之,角桩最小。     

排水刚性桩沉桩挤土效应的现场试验研究

排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于江阴一中新建教学楼桩基工程,开展了排水刚性桩与不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,实时动态监测排水桩与普通桩桩周土体中不同距离及深度处的水平位移、侧向土压力及孔隙水压力的变化情况,研究排水刚性桩的沉桩挤土效应。试验结果表明：排水桩能够减小沉桩过程中桩周土体因桩身挤土而发生的侧向水平位移,在距桩心3倍桩径处,排水桩桩周土体的最大水平位移为普通桩的1/6,在距桩心6倍桩径处,排水桩为普通桩的2/5;排水桩能够大幅降低桩周土体因沉桩挤土而产生的超孔隙水压力,深度15m,距离桩中心2倍桩径处,排水桩的超孔压峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够减少沉桩过程中桩周土体的挤土压力,降低沉桩挤土对桩周原有土压力的影响,在深度15m距桩心2倍桩径处,排水桩的土压力变化的峰值仅为普通桩的1/4。现场试验数据为排水刚性桩的工程应用提供了设计参考依据。     

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。     

桩端土强度对桩侧阻力影响的研究

桩端阻力和桩侧阻力不是相互独立的,桩端土强度的提高会提高桩身侧阻,尤其是桩端附近桩侧土的侧摩阻力。通过静载试验研究了桩端下沉渣厚度不同以及桩端持力层不同时的超长桩实测桩侧摩阻力,阐述了桩端强度提高对桩侧摩阻力的强化作用,发现提高桩端土的强度不仅可以减小桩端沉降,还可以使桩身总侧阻提高进而可以提高单桩的极限承载力;同时运用莫尔–库仑理论分析了桩端土强度对桩侧阻力影响的作用机制。     

开口钢管桩承载力影响因素分析

根据钢管桩轴向受荷承载力机理,从钢管桩的桩土特性、入岩深度、桩土恢复系数及沉桩工艺分析了开口钢管桩承载力的影响因素,提出在特定桩型、桩径情况下,桩的入岩深度及闭塞效应是影响桩承载力的重要因素,可通过改进沉桩工艺加深钢管桩入岩深度以提高桩承载力。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

砂性土层中静压桩的荷载传递和承载力研究

通过对某砂性土场地内一组H型钢长桩的原位试验,分别以2倍和2.5倍的单桩承载力设计值进行压桩,同时,以一根类似土层中的锤击桩作为对比试验,并沿桩身安装频振型应变计考察桩在载荷试验过程中的荷载传递性状。试验结果显示:静压桩的荷载传递性状表现为端承摩擦桩,而锤击桩的荷载传递性状则表现为摩擦端承桩。以最终贯入度收桩的锤击桩,其桩端深度大于以超载预压法收桩的静压桩。静压桩的极限承载力与其曾经历的最大压桩力紧密关联。当静压桩的最大压桩力达2.5倍的单桩承载力设计值时,虽然其桩端较锤击桩而言置于较浅并较软的土层上,但极限承载力并不小于锤击桩。原因在于,较高的压桩力可能降低了桩在高荷载条件下的蠕变沉降,从而增加了桩的极限承载能力。     

刚性基础下长短桩复合地基桩桩相互作用机制的模型试验

为了进一步了解刚性长短桩复合地基桩桩桩相互作用机制,本文通过室内模型试验,对比分析了单桩复合地基与四桩复合地基的荷载-沉降曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比和桩顶上刺入的试验结果。单桩复合地基与四桩复合地基中,各桩在位于距桩顶1/3桩长处出现轴力拐点和桩侧摩阻力中性点。但由于长桩与短桩相互作用,四桩复合地基中长桩的轴力出现第二个轴力拐点和桩侧摩阻力中性点,而短桩受到影响较小,且随着荷载的增加,短桩对长桩轴力的影响逐渐减小。     

抗滑桩宽度与桩间距对桩间土拱效应的影响研究

抗滑桩宽度对桩间土拱效应的影响直接关系到桩截面尺寸及桩间距设计的合理性。通过离心模型试验,观察到抗滑桩宽度越大,桩间土拱稳定性越高。基于离心试验模型,采用数值模拟方法分析桩间土拱承载能力随桩宽度的变化规律。试验表明在桩间净距保持不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度增加而逐渐增大,但增长斜率逐渐变缓,说明随着桩宽度的变大,桩宽度的增加对桩间土拱承载能力的影响越来越小;而在桩间净距与桩宽度比值不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度和桩间净距的增加反而降低,且下降斜率逐渐增大,说明桩间净距对桩间土拱承载能力起着控制作用,增加桩宽度对土拱承载能力的贡献远不及增加桩间净距对土拱承载能力的削弱作用。本文研究表明,桩间土拱承载能力与桩宽度之间存在非线性的关系,在建立抗滑桩合理桩间距计算模型时应对此予以考虑。     

同场地扩底桩和直桩的对比研究

研究了4个场地的4组扩底桩与直桩的竖向静荷载对比试验。结果表明,场地1中桩身直径、桩长相同,桩顶沉降30mm时,扩底桩的桩顶荷载为直桩的5.5倍,桩顶荷载都为2700kN时,扩底桩顶沉降仅为直桩的1/22,扩底桩每多用1m3混凝土,极限承载力就提高1746kN;场地2中(短直桩桩长和扩底桩相当,长直桩比扩底桩长1.65m),桩顶沉降10mm时,扩底桩的桩顶荷载为短直桩的3.58倍,为直桩的1.70倍(虽然长直桩所处的持力层土性较强);场地3中各桩桩长相当,直桩直径较大,虽然直桩的混凝土用量为扩底桩的2.09倍,且刚开始加荷时直桩桩顶沉降比扩底桩大,但总的来说,扩底桩比直桩的承载力大,沉降小;场地4中如要充分发挥2桩桩长、直径相当,扩底桩底有0.2m厚的沉渣,两桩的荷载–沉降曲线很靠近,单桩承载力几乎相同,因此,扩底桩的高承载力就必须减小桩底沉渣。     

能源群桩与单桩热-力学响应特性对比分析

针对热-力耦合作用下能源群桩和单桩连续72 h放热工况以及间歇运行工况的传热和力学响应过程进行了三维动态数值模拟,对比分析了二者连续运行工况下的桩身温度、桩身应力、附加温度荷载、桩身截面位移、桩侧阻力以及间歇运行工况下的出口水温、桩心温度和桩顶位移。结果表明:虽埋管出口水温相近,但群桩与单桩的桩身温度差异较大,进而会引起桩身截面位移以及桩身应力等一系列能源桩力学响应不同;对能源桩施加结构荷载和温度荷载后,单桩的桩身应力大于群桩中各桩的桩身应力,并在桩身中下部达到峰值,附加温度应力在桩身主体段几乎相等;桩基出现整体沉降,但随着加热的进行出现了桩顶向上移动、桩底向下伸长的趋势;侧摩阻力沿桩深方向不断增大,在桩底处达到最大值;间歇运行工况下,能源桩出口水温、桩心温度以及桩顶位移出现明显的波动,呈现出累加效应。     

组合桩复合地基试验研究

组合桩是由搅拌桩和钢筋混凝土芯桩组合而成的新型桩,为掌握组合桩和组合桩复合地基承载力的特性,进行了六根桩的荷载试验.研究表明,芯桩对组合桩复合地基的荷载传递起着关键作用,提高了组合桩的承载力;组合桩复合地基的承载力高于水泥搅拌桩;水泥土的固化效应、芯桩的挤土效应和芯桩的荷载传递是组合桩复合地基高承载力的主要来源.并结合工程应用,提供了组合桩的设计方法和质量控制措施.     

二元地层中沉桩影响邻桩上浮的分析

为了研究双桩、三桩沉桩情况下后沉桩对先沉桩上浮的影响,建立了有限元模型,根据模拟结果分析桩侧摩擦力、桩侧挤压力、桩端阻力、桩周土超孔隙压力,分析过程关联邻桩上浮和桩基承载力问题,得到了在二元地层中沉入三桩时的桩上浮结果,使用有限元法模拟静载试验,表明桩的上浮类型主要是下部硬土在后沉桩的强迫变形下托顶先沉桩,此情况下的桩基承载力能满足设计要求。     

不同桩型在复合地基中承载力的分析

基于优化桩型的观点,将柔性桩和刚性桩组合,刚性桩和散体材料桩组合,形成多桩型组合桩复合地基,充分发挥了柔性桩、刚性桩和散体材料桩的优点,弥补了单一桩型在地基处理中的不足。通过对现有多桩型组合桩复合地基承载力计算方法进行分析,建立了多桩型组合桩复合地基极限承载力可靠度概率分析模型,用Jc法进行可靠度计算。通过刚柔组合桩复合地基实例,分析了随机变量的变异性对可靠性指标影响。     

软土地区扩底桩群桩抗拔试验分析

根据上海某工程的单桩、2根群桩和3根群桩的扩底桩静载抗拔试验结果,分析了上海软土地区扩底桩的群桩效应和稳定性.试验结果表明在该工程的群桩抗拔条件下,单桩、2根群桩、3根群桩的极限抗拔承载力无明显差异,群桩效应不明显;单桩、2根群桩、3根群桩恒载过程中的桩顶上拔位移变化均很小,且在后期趋于稳定,软土地区用于抗拔的扩底钻孔桩具有比较好的稳定性.     

桩径对陡岩河岸墩式码头群桩基础竖向承载特性的影响

采用ABAQUS有限元软件模拟陡岩群桩(四边形四桩)竖向承载工况,建模过程考虑陡坡钻岩成孔、桩基和承台混凝土浇筑、群桩承载等流程,并考虑材料和桩岩接触非线性影响,建立陡岩群桩系统三维模型,通过改变桩径、桩嵌岩深度等参数,分析陡岩群桩(四边形四桩)的竖向承载特性。研究表明,不同桩径和桩嵌岩深度条件下陡岩群桩(四边形四桩)竖向承载能力是群桩径向膨胀与桩前岩体缺失效应、桩后岩体增强效应、承台刚度综合作用的体现。群桩竖向极限承载力和竖向承载群桩效应系数随桩径的增大分别呈"S"形和"∽"形规律变化。对于竖向荷载作用下的陡岩群桩(四边形四桩),在桩径较大时(D=2.2m),前排桩(桩1和桩2)的桩顶沉降与后排桩(桩3和桩4)的桩顶沉降仍有较明显的差异。     

竖向-水平组合荷载下桩筏受力特性的试验研究

为研究竖向-水平组合荷载作用下桩筏基础的受力特性,开展了室内模型试验,考虑桩长、桩数、竖向荷载及桩间距对桩筏基础承载性能的影响,并分析了桩身弯矩、剪力及桩侧土压力的变化规律。试验结果表明：桩筏基础的水平承载力随着竖向荷载、桩数、桩长、桩间距的增大而增大,水平位移相应减小;桩身最大弯矩位于0.3倍桩长处,且前桩桩身最大弯矩较大,约为后桩的1.14倍;桩身弯矩及剪力均随着竖向荷载的增大而减小,桩身最大弯矩随着桩间距的增大而减小,但桩顶及桩端弯矩几乎保持不变;增大桩间距可以调整最大负剪力位置,桩顶剪力随桩间距的增大而减小,而桩端剪力值则随桩间距增大而增大;增大桩间距可以带动更大范围的桩间土,桩身内力分布规律保持相同且变化值较小;桩筏基础受组合荷载作用下的破坏模式符合刚性桩破坏规律,桩身水平极限承载力主要由桩侧土体的抗压强度控制。     

群桩相互作用的近似三维弹性分析方法的建立

群桩已不再具有圆形单桩的轴对称性,因此群桩的承载特性及群桩效应不仅受桩间距的影响,而且受群桩布置方式的影响。为分析这些因素,基于Mindlin位移解,通过将桩沿桩表面进行三维剖分,建立了能够考虑群桩之间相互作用的三维分析方法,同时该方法还能够考虑长短桩、不等直径桩之间以及有无刚性承台下的群桩相互作用。与现有的方法相比,该方法能够取得较好的结果,即使群桩之间被夸大的效应减小了,桩顶荷载的分布更趋于实际工况。另外,还得到一个有益的结论:群桩中的桩身摩阻力沿桩身横截面是非均匀分布的,位于群桩内侧的桩身摩阻力小于外侧的桩身摩阻力。     

#br# 基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩（以下简称XCC桩）是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型（圆孔扩张法和应变路径法）进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

微型抗滑桩极限抗弯承载力试验研究

对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩共27根试件进行极限抗弯承载力试验,发现桩心配筋桩极限抗弯承载力较低且为脆性破坏,钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩表现出较高的极限抗弯承载力和延性性能。对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩荷载位移曲线进行分析,将桩心配筋桩受荷分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,将钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。钢管+桩心配筋桩极限抗弯承载力计算可用钢管混凝土桩极限抗弯承载力乘以1.2的提高系数计算。