深嵌岩桩承载特性及其荷载传递法应用

为了弥补大直径深嵌岩桩(嵌岩比hr/b≥5)承载特性研究领域的不足,利用青岛海湾大桥试桩zh12的自平衡测试结果,对大直径深嵌岩桩的承载特性进行了分析。研究了深嵌岩桩嵌岩段实测的桩侧摩阻力与位移关系以及桩端阻力与位移关系,并与采用双曲线分布模式的荷载传递法进行了比较。研究结果表明：在软岩地区,大直径深嵌岩桩基桩顶处的荷载位移曲线为缓变型,近似为直线分布形态。从实测曲线的拟合结果来看,岩层处的侧摩阻力与位移关系采用双曲线拟合是可行的,参数1/b也能反映出桩侧极限摩阻力的数值;桩端岩层实测的荷载位移曲线也与双曲线形态比较相似;利用拟合曲线所得到的参数a、b反演计算所得到桩顶荷载位移曲线也与自平衡测试方法的实测结果接近。最后,根据实测结果分析了在不同单轴抗压强度状态下,桩侧极限摩阻力经验公式中参数α的取值范围。     

多层地基横向荷载桩Ks值分布研究

根据国内外横向荷载下钢管桩现场试验资料,本文提出了静载作用下多层地基地基系数K_s的经验公式。不仅考虑了K_s值沿深度分布的非线性,而且考虑了其随荷载大小而变化的非线性。桩身弯矩和桩顶位移的计算值与实测值基本符合。     

静压桩的荷载-沉降特性动、静载试验结果分析

依据某工程三根静压桩的单桩竖向抗压静载试验和高应变动力试验，通过对桩身材料特性、桩侧阻力和桩端阻力发挥性状、桩身荷载传递机理的分析，研究和比较了桩的动、静载试验荷载－沉降特性。高应变计算的Q～s曲线和静载试验实测结果相比，在荷载较小时高应变计算的沉降较大，在荷载较大时高应变的结果较小。高应变试验模拟结果与静载结果的不同，与其测试分析中采用的数学模型有关。由于实际混凝土荷载变形的非线性，以及高应变动测中桩产生的位移特别是桩端位移较静载试验中的小，使得高应变计算的Q～s曲线在荷载较大时一般不可能有静载试验那样大的位移和明显的陡降段。在采用高应变动测模拟Q～s曲线时应考虑这些因素的影响。     

桩土体系的荷载传递

通过对桩土的荷载传递机理描述，对不同类型土的剪应力-位移关系的比较，从Q-S曲线的性状分析，就桩侧摩阻力的分布和影响荷载传递因素的理论展开，归纳出荷载传递分析的基本微分方程，从而得出桩土体系荷载分析计算的参数关系。     

人工挖孔桩的端阻力、侧阻力分担荷载比的分析探讨

本文从桩的荷载传递机理出发,探讨桩的侧阻力、端阻力与桩位移关系,分析人工挖孔桩的端阻力,侧阻力分担荷载比。     

普通抗拔桩与托底抗拔桩荷载传递数值分析

基于FLAC3D有限差分软件,对普通抗拔桩和托底抗拔桩进行数值模拟分析,对比研究两种抗拔桩的荷载-位移曲线、桩身轴力传递特性及桩侧摩阻力分布等特性。结果表明:普通抗拔桩的极限承载力小于托底抗拔桩的极限承载力,荷载相同时普通抗拔桩的位移更大;两种桩型的荷载-位移曲线均主要由线性段构成,普通抗拔桩和托底抗拔桩在极限状态时均发生"突变型破坏";托底抗拔桩桩身轴力由下向上传递,普通抗拔桩桩身轴力由上向下传递,两者的轴力沿深度分布形式相反:普通抗拔桩轴力随深度增加而减小,托底抗拔桩随深度增加而增大;两种桩的摩阻力分布曲线相似,上部小,中下部大;荷载水平较低时,托底抗拔桩上部摩阻力大于普通抗拔桩,荷载水平较高时,除了桩端附近,托底抗拔桩全桩摩阻力均大于普通抗拔桩;桩侧摩阻力与桩土相对位移关系呈双曲线型分布。     

托桩的荷载传递机理分析及实例验证

本文基于荷载传递函数概念,建立了托桩摩阻力传递机理的力学模型。结果表明:托桩桩身轴力、位移沿桩身分布呈上弯分布,与压桩的下弯分布相反。随剪切比刚度β增大,轴力分布越来越集中在荷载作用处,向上传递的荷载不断减小,桩身各截面位移也相应减少。此外该模型也可便于考虑多层土中托桩摩阻力性状。最后举了一工程实例进行了验证。     

托桩的荷载传递机理分析及实例验证

本文基于荷载传递函数概念，建立了托桩摩阻力传递机理的力学模型。结果表明：托桩桩身轴力、位移沿桩身分布呈上弯分布，与压桩的下弯分布相反。随剪切比刚度β增大，轴力分布越来越集中在荷载作用处，向上传递的荷载不断减小，桩身各截面位移也相应减少。此外该模型也可便于考虑多层土中托桩摩阻力性状。最后举了一工程实例进行了验证。     

用荷载传递函数法计算单桩承载力

根据位移协调理论 ,采用荷载传递函数法分析了竖向受荷下单桩的承载特性。桩侧传递函数采用双曲线模型 ,然后用剪切变形传递理论对该双曲线参数a ,b进行修正 ,根据桩身各单元体位移与内力的协调关系 ,确定桩顶荷载与位移的关系曲线。利用已知土力学参数 ,对工程实例进行了数值计算 ,计算得到的桩极限承载力为4 4 5 8kN ,与工程实测值 4 6 5 4kN相吻合 ,相对差值仅为 4 % ,验证了用剪切变形传递理论修正双曲线参数的正确性。此外 ,还在不同土力学参数条件下 ,研究了单桩荷载传递的一些基本特性。研究表明 :桩的沉降量随混凝土强度的增加而减小 ;承载力和桩侧摩阻力随长径比的增大而增大 ;桩侧摩阻力还随土弹性模量Es 值的增加而增大。该研究结果对桩的设计和承载力计算具有重要意义     

嵌岩灌注桩的轴向承载力

本文通过对大型试桩资料的分析研究,提出了嵌入无覆盖层的软质岩石中的桩轴向承载力的计算方法。该方法用非线性的土阻力数学模型,应用实测资料求出了阻力函数中反映岩土物理指标的参数,算出了与实测值相吻合的荷载-位移曲线,提出了容许荷载、容许位移的指标。在提供设计使用时,采用非线性刚度系数,并配合横向抗力计算编制了嵌岩桩计算程序。该程序已应用于大型桥梁的桩基设计中。     

黏土中超长群桩竖向承载力模型试验研究

针对超长群桩使用较多而理论研究较少的现状,进行了大型的室内超长群桩模型试验。通过对黏性土中桩距为6d的超长钻孔灌注群桩的室内模型试验和实测数据分析,研究了超长群桩的荷载传递机理和承载力特性。得到了在竖向荷载作用下超长群桩的荷载与沉降关系曲线,桩身压缩量占桩顶沉降的百分比、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。研究结果表明:超长群桩属于非刚性摩擦桩,桩顶沉降主要由桩身压缩量引起;极限荷载作用下,桩端阻力接近为零,桩身中下部的侧摩阻力没有充分发挥。这些结论为超长群桩的理论研究、工程设计与施工提供有益参考。     

单桩承载力的安全度分析

根据桩的荷载传递研究知道,桩侧摩阻力及桩尖抵抗力的发挥过程是不同的,因此在确定单桩承载力时取用单一的安全系数K就缺乏确切的安全度概念,应该采用两个安全系数,即桩侧摩阻力安全系数K_f及桩尖抵抗力安全系数K_b。本文分析了5根模型桩及17根打入桩和钻孔桩的原位试验荷载传递资料,得到这三种桩的实际安全系数K_f,K_b与桩尖抵抗力发挥程度系数α之间的关系曲线,它能较好地反映桩的荷载传递规律。从试验资料还得到K_f,K_b与桩相对沉降量S/d之间的关系,由此得到相应于安全系数K=2时,三种桩的K_f和K_b取值范围,以及相应的S/d值,可供实际使用中参考。     

基于BOTDR技术的超长灌注桩承载机理研究

本文结合工程实例,展开了BOTDR光纤传感技术在超长灌注桩检测中的应用研究,分析了其沉降特性和荷载传递机理。试验结果表明：超长灌注桩的荷载一沉降曲线为缓变型,没有明显的沉降拐点;桩身竖向荷载主要由桩侧摩阻力承担,桩端承担比例很小;超长桩的侧摩阻力在桩身中部发挥最佳,桩身下部发挥很小,在超长桩设计中应考虑有效桩长来确定桩的长度。     

水平及扭转荷载作用下群桩基础受力分析方法

江河与海上的大型结构在船舶撞击、风浪等作用下,其桩基础往往会受到水平及扭转荷载共同作用,极易造成基础倾斜倒塌。针对水平和扭转共同受荷下群桩基础,建立了由刚性承台-弹性梁-土非线性弹簧组成的群桩计算模型。通过水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法,计算单桩非线性刚度;群桩各基桩间相互作用和基桩各自由度耦合,通过考虑p乘子和运用考虑推力弯矩影响的基桩受扭计算模型体现。结合牛顿迭代法,对计算模型进行求解,并与大尺寸物理模型试验结果进行了对比。通过参数分析表明在水平和扭转荷载共同作用下,群桩中各基桩桩头剪力分配不均性十分显著;并获得不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律,为复杂荷载下群桩设计提供依据。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

Interpretation of pile lateral response from deflection measurement data: A compressive sampling-based method

The performance of piles under lateral loading, i.e., the lateral response of piles, may be evaluated by in situ lateral loading tests. Inclinometers are frequently installed along the pile depth to measure the pile lateral deflection during the loading tests. Other pile responses, such as the bending moment and shear force, may be further obtained through high-order differentiation of the deflection measurement data with respect to depth. As inclinometers measure the pile deflection at a number of pre-specified depths, the deflection measurement data are discrete. Performing high-order derivatives on discrete deflection data is tricky and sometimes provides misleading results, particularly when the pile response is nonlinear. This paper proposes an innovative approach for interpreting the lateral response of piles from discrete deflection measurement data. The proposed method is based on a new sampling theorem in digital signal processing called compressive sensing/sampling (CS). The method is illustrated using a real case history in the USA, and the results show that the proposed method can provide reasonable interpretations of the lateral response of piles. A sensitivity study is also carried out to systematically explore the performance of the proposed method.     

小直径超深嵌岩灌注桩侧阻力现场试验研究

主要针对小直径超深嵌岩灌注桩嵌岩段侧阻力进行分析研究。在单桩竖向静载荷试验中,在桩身分层预埋钢筋计和应变计,测读各级荷载作用下桩身内力值,对嵌岩段侧阻力的发挥机制进行分析。结果表明:桩身内力是由上至下逐渐开始发挥的,对于超深的嵌岩桩,桩端阻力发挥比例极小。桩身侧阻力随着荷载的增加不断地变化,上部侧摩阻力先发挥,并且在每级荷载作用下,桩侧摩阻力都有传递。受桩端岩层的影响,嵌岩段靠近桩端部分的侧阻力要高于远离桩端的侧阻力。嵌岩段侧摩阻力分布曲线整体呈双驼峰形,下部峰值高于上部峰值,且在桩顶荷载传递过程中,最大峰值有下移的趋势。     

A multidirectional p–y model for lateral sand–pile interactions

The lateral loads applied to pile foundations, as induced by winds or earthquakes, are usually multidirectional. Experimental studies have indicated that the lateral resistance of the pile under multidirectional paths is generally lower than that under a unidirectional path and the degree of reduction depends on the characteristics of the loading paths. On the other hand, most currently used p–y models can take the soil–pile interaction under unidirectional lateral loading into account, but it cannot be applied directly to analyze the response of piles under multidirectional lateral loading. A multidirectional p–y model is proposed in this study, which is formulated within the framework of the bounding-surface elastoplastic theory and consists of two loading mechanisms: the parallel loading and the orthogonal loading. The model has five parameters, which are readily available or calibrated. To demonstrate its ability to model soil–pile interactions under both unidirectional and multidirectional lateral loadings, the proposed model is incorporated into a finite-element program to analyze laterally loaded piles. The responses of piles with different embedment lengths subject to various loading paths are investigated. The non-coaxial relationship between the force increment and the displacement increment vectors at the pile head under the multidirectional loading, and the impact of the multidirectional loading on the lateral resistance are well captured in the analyses.     

考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法

考虑天然饱和黏土地层的原位力学特性,采用圆孔扩张模型考虑沉桩效应,结合太沙基一维径向固结理论推导了桩周土再固结过程中土体强度和剪切模量的解析解。在此基础上,根据桩基加载过程中桩侧土体的剪切变形特性,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型,提出了考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系理论预测方法。通过现场试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩荷载–沉降特性随时间的变化规律,分析了静压桩沉桩后不同历时的荷载传递特性。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载特性的变化主要是由于桩侧承载特性的提高;特定休止期后的静载试验结果与静压桩真实承载特性存在一定差异。因此,实际工程中应根据桩周土体力学特性的改变结合静载试验合理确定静压桩的承载特性。     

软土地基中组合桩水平受荷作用下的试验研究

组合桩为预应力混凝土桩插入水泥搅拌桩中而形成的新桩，为探讨该桩在水平荷载在用下的承载力和破坏模式，通过3根14.0 m长组合桩的水平载荷试验，实测得到该桩在水平荷载作用下桩与土共同作用下的工作性状和破坏特征，分析了组合桩受水平力作用时的临界和极限荷载、破坏模式、地基土的水平抗力比例系数以及桩帽对组合桩抗水平力的有利作用。为合理地评价组合桩的水平承载力，探讨组合桩在水平荷载作用下的计算方法：临界荷载法和转折点法，并给出计算公式。试验和分析结果表明：组合桩具有较好地抵抗水平荷载的能力，有桩帽的组合桩水平受荷性状优于无桩帽的组合桩，桩帽使组合桩由水泥桩和外侧的水泥壳之间相互分开的破坏模式变为外侧的水泥土和土之间分开的模式，保证组合桩在水平荷载下的完整性，用转折点法计算组合桩的水平承载力更为合理。