砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d~7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。     

成都软质岩灌注桩竖向承载性能现场试验与分析

为获得成都地区软质岩灌注桩的竖向承载性能与特征,基于该地区两根软质岩灌注桩的单桩竖向静载荷试验,采用分布式光纤设备开展桩身应力监测,并结合两根试桩的数值模拟分析,综合确定出桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力的大小及分布规律,得到桩身侧摩阻力沿深度呈增大变化特征,且在地层分界处,侧摩阻力曲线发生明显突变;随着桩顶荷载增大,桩端阻力逐渐增强,桩端附近的侧摩阻力也逐渐增大,且这种侧摩阻力强化效应主要集中在桩端以上1m以内。     

山东省东明黄河公路大桥大直径超长灌注桩现场试验研究

山东省东明黄河公路大桥单桩竖向静载试验采用拉压锚法加载装置实现了45000kN超大吨位加载,为研究黄河中下游地区大直径超长灌注桩承载特性及荷载传递机理提供了有价值的参考数据。试验结果表明:两根试桩桩顶Q-s曲线均呈缓变型,表现出摩擦桩性状;桩顶在低竖向荷载作用下,桩身弹性压缩量占超长桩桩顶沉降量的绝大部分,该比重随桩顶竖向荷载的增加而减小;试桩加载至45000kN时,桩身弹性压缩量占桩顶沉降量的比例仍超过50%;由于桩侧土层侧摩阻力发挥的异步性,超长桩上部土层的侧摩阻力先于下部土层发挥;侧摩阻力发挥过程中,超长桩中部土层侧摩阻力软化效应严重,而深部土层侧摩阻力具有明显的增强效应,超长桩设计计算时应考虑不同深度土层侧摩阻力的软化效应或增强效应。     

摩擦型能源桩热–力耦合全过程承载性能分析

集地源热泵换热管路与建筑桩基为一体的能源桩长度越长,换热性能越好,但其热–力耦合承载性能却愈加复杂且少有关注。利用简化热–力耦合数值方法建立昆山某40m长摩擦型能源桩的数值模型,研究其全过程荷载–温度耦合作用下的荷载传递特征与桩顶位移变化。分析表明摩擦型能源桩在荷载–受热/受冷耦合作用下,桩顶荷载小于50%极限荷载P_u,即荷载水平较低(≤50%P_u)时,桩身轴力、桩侧摩阻力和桩顶沉降明显受温度变化的影响,桩身轴力变化最大达到3.1倍(25%P_u)和1.6倍(50%P_u),桩顶沉降变化幅度达到了66%(25%P_u)和25%(50%P_u)以上;当桩顶荷载水平较高(75%P_u)时,桩顶荷载对能源桩荷载传递特征起主导作用,受冷/受热作用下的温度变化引起的桩身轴力和桩侧摩阻力变化幅度逐渐减小,但受冷工况下桩顶沉降却会有明显增加,桩顶沉降的变化使其已不适合继续作为能源桩使用。因此,工程桩基作为能源桩使用应控制荷载小于75%P_u,且应关注热–力耦合效应对承载性能的影响。     

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。     

摩擦型能源桩荷载–温度现场联合测试与承载性状分析

能源桩集地源热泵技术与建筑桩基于一体,桩基承载性状受荷载–温度耦合作用而不同于常规工程桩。开展了昆山某摩擦型能源桩工程的荷载–温度现场联合测试,测试了多级荷载水平与不同换热工况下桩身的温度、应力分布及桩顶位移变化,整理得到桩身的附加温度荷载、桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了摩擦型能源桩荷载–温度作用下的承载性状与荷载传递特征。测试结果表明:能源桩的温度变化将引起附加温度荷载,桩身轴力和附加温度荷载分布特征和桩顶荷载作用、桩端约束有关,承载性状不同于单一荷载作用下的工程桩。加热工况引起桩身上、中部多处出现负摩阻力,但荷载的增加有利于减小升温引起的负摩阻力效应;制冷工况下,桩端附近产生负摩阻力,能源桩荷载传递特征受荷载–温度耦合作用而改变。设计荷载作用下,能源桩顶加热时隆起而制冷时下沉,加热工况引起的桩顶位移在停止加热回温后可基本恢复,但制冷工况引起的桩顶位移在回温后会导致桩顶产生附加沉降,荷载–温度耦合作用也引起了能源桩沉降性状的变化。     

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。     

砂土地基小直径单桩的浅层土p–y曲线

小直径桩在桩基础的抗震设计、加固中已得到越来越多的应用。针对美国石油协会(API)规范的p–y曲线法和中国规范的m法对小直径单桩的适用性问题,通过拟静力试验研究了砂土地基小直径单桩的浅层土(深度小于1 m)p–y曲线。对实测桩身弯矩采用分段函数的拟合方法来推算土反力和桩身变形,获得了小直径单桩在饱和中砂中的浅层土静力p–y曲线,并基于试验结果提出了三线性本构。进一步地,通过数值模拟分析比较了所提出的浅层土三线性p–y曲线、API规范的p–y曲线、中国规范的m法对预测小直径桩基受力和变形的有效性。结果显示API规范的p–y曲线可能稍低估桩基的水平承载力,并获得更深的桩身最大弯矩位置,而提出的浅层土三线性p–y曲线可更好地预测桩基的整体水平力和位移关系、桩身弯矩及变形。另外,传统的m法仍然适用,当桩身变形较小时(土面桩身变形不超过6 mm),m值宜取推荐范围内的较大值,而当桩身变形较大时,m值宜取推荐范围内的最小值。     

大直径挖孔扩底桩的承载性能研究

根据单桩静载荷试验的结果 ,分析了以卵石层为桩端持力层的大直径挖孔扩底桩的荷载—沉降曲线类型、桩身轴力的分布特征及桩侧摩阻力的发挥性状 ,并对其承载性能进行了研究。     

考虑泥皮效应的大直径超长桩离心模型试验研究

应用离心模型试验研究了深厚软土地基中考虑泥皮效应的大直径超长单桩的承载变形特性。试验结果表明,考虑泥皮效应后,桩侧极限摩阻力约为不考虑泥皮的65%～85%,单桩极限承载力下降约20%。同时研究了桩径、桩长、持力层性质对单桩极限承载力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,高荷载水平作用下,大直径超长桩的桩侧土层摩阻力易发生软化,导致桩产生渐进破坏;淤泥质粘土中,桩侧摩阻力随桩径增加而降低,但降低幅度较小;桩侧摩阻力具有深度效应,对某一特定深度土层,随着桩进入土层深度的增加,桩侧摩阻力下降,可表示为(h/R)的函数。     

大直径扩底灌注桩抗拔承载力试验研究

通过现场对2根等直径桩和2根扩底桩进行竖向抗拔静载荷试验得出U-δ曲线、桩身轴力曲线和桩侧摩阻力分布图.分析U-δ曲线得到等直径桩和扩底桩的极限抗拔承载力和上拔量,得出扩底桩单桩抗拔承载力明显高于等直径桩,且在相同荷载下扩底桩上拔量小于等直径桩的结论.对桩身轴力和桩侧摩阻力进行分析,得出等直径桩和扩底桩桩身受力特性.扩...     

加载角度对斜向受荷桩承载特性影响的数值模拟

利用数值模拟方法对斜向受荷桩的承载特性进行了分析计算,主要研究加载角度对桩基承载特性影响。结果表明:(1)随着加载角度的增大,桩身水平位移显著增大;桩的承载方式由竖向承载为主逐渐向水平承载为主转化;(2)随着加载角度的增大,桩身最大弯矩逐渐增大,发生位置逐渐向深部移动;桩身弯矩的变化主要受荷载水平分量的影响。(3)斜向荷载下,随着加载角度θ的增大,桩侧土反力0点位置向深部移动;桩前最大土反力p1max和桩后最大土反力p2max与sinθ有很好的线性递增关系;(4)随着加载角度的增大,桩端阻力减小。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

超长大直径钻孔灌注桩抗拔与抗压对比试验研究

通过五根直径相同、桩长相近、位于同一场地的超长大直径钻孔灌注桩在拔力与压力作用下的对比试验,分析抗拔桩与抗压桩在变形性状和荷载传递机理的相同性和差异性。试验结果表明,对于超长大直径钻孔灌注桩,桩侧摩阻力总是上部土体首先发挥,而后逐渐传递给下部土体,桩侧摩阻力均存在强化效应和退化效应,桩沉降(上拔)以桩身压缩(伸长)为主;抗拔桩桩顶Q-s曲线呈陡降型,抗压桩桩顶Qs-曲线呈缓变型,桩承受竖向上拔力所表现出来的刚度明显小于承受竖向压力所表现出来的刚度。     

考虑塌孔的随钻跟管桩承载性能物理模拟试验研究

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型的非挤土管桩基础,在钻进—成孔—沉桩的过程中桩侧塌孔会影响桩侧注浆液的流动路径和注浆效果,最终影响桩侧摩阻力的发挥。开展了DPC桩桩侧塌孔条件下的注浆及静载物理模型试验,分析了塌孔对DPC桩承载性能、荷载传递特性、桩侧摩阻力分布规律的影响,定量表征了注浆体的三维几何尺寸和空间点位信息,揭示了塌孔影响桩侧摩阻力发挥的原因。得到如下结论:(1)桩端未嵌岩的条件下DPC桩的荷载–位移曲线均为陡降型,DPC桩的承载本质属性为端承摩擦桩。(2)注浆后塌孔所形成的孔洞被浆液充填从而引起桩侧摩阻力增大,坍塌渣土填充桩土–间隙引起注浆液的绕流易造成桩侧摩阻力下降。(3)塌孔影响了桩–土间隙中浆液的流动规律,改变了桩侧注浆体覆盖桩身的面积和厚度,这是其影响桩侧摩阻力发挥的重要原因;桩侧注浆体的面积与厚度是影响桩侧摩阻力发挥的重要因素;桩侧摩阻力与注浆体体积具有较好的三次函数关系。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究北大核心CSCD

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

软黏土中劲性复合桩水平承载特性p–y曲线研究

劲性复合桩(SC桩)是一种将高强度混凝土桩与水泥土桩相结合的新型桩基。为研究软黏土中SC桩水平承载力理论计算方法,将水泥土视为硬黏土,基于现有软黏土和硬黏土中桩基的p–y曲线形式,考虑水平荷载作用下桩周水泥土和软黏土的土抗力分担比例,推导了p–y曲线中两个重要参数p_u和y_(50)的修正因子,进而建立了软黏土中SC桩水平承载特性p–y曲线计算方法。通过与3个现场试验的实测结果的对比分析,验证所建立的p–y曲线法的准确性与可靠性,继而开展SC桩水平受荷性能影响因素分析。结果表明:所建立的理论计算方法可以有效预测SC桩的水平承载特性,且当桩身变形较大时应考虑混凝土芯桩的非线性影响。水泥土桩桩径(D)对SC桩水平承载性能影响显著,当水泥土桩与混凝土芯桩的桩径比(D/d)从1.0增至3.0时,120 kN水平荷载下的桩头位移从25.8 mm减至5.1 mm,且桩身最大弯矩值减小51.0%;桩身水平承载性能受水泥土桩桩长(L)的影响较大,但当长径比(L/d)超过10后,桩身内力位移趋于稳定值;适当地增加水泥土桩强度与混凝土芯桩弹性模量也可提高SC桩的水平承载性能。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。