素混凝土桩复合地基荷载传递机理的试验研究

为研究带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程 ,设计了一组足比例尺单桩复合地基试验 ,在桩身内埋设钢弦式应力计测出了桩身轴力 ,并由此得出桩侧摩阻力。从实测结果与散体桩、无垫层带台单桩的桩身轴力、侧摩阻力分布对比分析可以看出 ,三者传力机理是不同的。与散体桩相比 ,素混凝土桩复合地基中荷载沿桩身全长传递。与无垫层带台单桩相比 ,桩侧摩阻力从加荷开始在桩周上部土层即出现负摩阻 ,使得桩身轴力最大点不在桩顶而在中性点处。带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小 ,同时中性点位置逐渐上移 ,相当一部分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐渐变为正摩阻力。该负摩阻力使桩从加荷开始就承担较大荷载 ,并使桩下部的摩阻力也能得到充分发挥 ,进而使桩在全过程都发挥了作用。同时 ,桩周土体的承载力也得到增强     

长期列车荷载下无砟轨道X形桩-筏复合地基动力响应模型试验

基于缩尺比例为1︰5的无砟轨道X形桩-筏复合地基模型试验,在长期列车循环荷载作用下开展饱和砂土地基中该复合地基的动力响应研究,分析X形桩桩身动应力、桩侧摩阻力以及累计沉降随荷载循环次数的变化规律。试验结果表明,桩身轴力和累积沉降均随加载次数的增加而逐渐增加,但增加的速率逐渐放缓,桩身轴力的发挥具有明显的时间效应。加载频率越小,桩身轴力趋于稳定所需的荷载加载次数越少。在桩顶向下1m范围内为负摩阻力区,在1 m范围外为正摩阻力区,中性点位置在桩长的1/4处。归一化桩身轴力、桩侧摩阻力和沉降随归一化荷载循环次数的变化规律均可用对数函数描述。     

褥垫层对单桩复合地基桩侧摩阻力影响的有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件,分析了在一定地面堆载作用下,褥垫层厚度和变形模量的改变与单桩复合地基桩侧正、负摩阻力大小以及中性点位置的变化关系。结果表明,荷载和褥垫层模量一定时,褥垫层厚度增加对桩充分发挥正摩阻力有利,中性点位置上升;褥垫层厚度小于0.5m时,增加褥垫层变形模量,桩侧正摩阻力也随之提高,中性点位置提升;褥垫层厚度大于0.5m时,增加褥垫层变形模量,其提高更明显。利用数值模拟分析褥垫层对单桩复合地基的桩侧摩阻力影响,可为研究复合地基荷载分担、荷载传递以及工作性状提供借鉴。     

变截面柔性桩与地基相互作用的非线性分析

对桩侧土采用双曲线荷载传递函数 ,对桩端土采用线性荷载传递函数。提出了变截面柔性桩与土非线性相互作用的增量传递矩阵法。并通过切线迭代法 ,得到了桩顶荷载 沉降关系、桩身轴力随深度变化的关系。同时 ,得出了变截面桩侧摩阻力比等截面桩侧摩阻力大 ,采用变截面柔性桩能有效地提高柔性单桩及其复合地基的承载力的结论。为验证本文方法的可行性 ,笔者将模型试验结果与本文计算结果进行了对比 ,表明此方法有较好的精度     

路堤荷载下现浇X形桩复合地基承载特性数值分析

以江苏省南京长江第四大桥北接线工程N1标段现浇X形桩软基加固段为工程背景,建立了路堤荷载作用下现浇X形桩复合地基数值分析模型,开展了现浇X形桩复合地基承载机理的分析,并采用现场实测沉降曲线验证了分析方法的合理性.就填土期和运营期地基土固结对现浇X形桩桩身轴力和桩侧摩阻力的影响进行分析,探讨了褥垫层模量、褥垫层厚度、桩体模量、桩端土模量对桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比的影响.结果表明:随着路堤的填筑和地基土的固结,桩土应力比先快速后缓慢增加并逐渐趋于稳定,中性点逐渐下移;褥垫层模量和厚度的增加对调节现浇X形桩桩土应力分配有明显的作用;由于现浇X形桩为摩擦刚性桩,桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,桩端土模量和桩体模量对桩身轴力和中性点位置的影响较小;路堤荷载下现浇X形桩的桩土应力比可在30左右,褥垫层模量建议取为20～50 MPa,厚度为30～50 cm.     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。     

现浇X形桩复合地基静载荷试验研究

结合南京市桥北污水处理厂软土地基处理工程,开展了现浇X形桩单桩、单桩复合地基和多桩复合地基的静载荷试验研究,现场测得其荷载-沉降关系曲线、桩身轴力与桩侧阻力、桩土荷载分担与桩土应力比、桩侧阻力与桩端阻力的分布规律,重点论述分析了多桩复合地基竖向承载力的变化特性和规律。试验研究结果表明:X形桩单桩承载力、单桩及多桩复合地基承载力均符合设计要求;布桩间距、布桩方式及桩长是影响单桩复合地基承载力的主要因素;多桩复合地基的受力特性及变形规律与单桩复合地基基本相同;多桩复合地基桩侧阻力的整体分布规律符合传统圆形桩特点,且中性点位置在桩长的1/4～1/3处;在满足设计要求时,桩土荷载分担比例桩约为63%、土约为37%,桩土应力比约为27;桩的最大侧阻力值是桩承载力值的73.2%,具有典型的摩擦桩的特性。试验研究成果为X形桩复合地基在市政构筑物软土地基处理设计和施工应用提供了可靠的参考依据。     

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。     

长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

采用三维弹塑性有限元方法对全短桩、全长桩、长短桩复合地基和长短桩桩基础进行了比较分析。筏板分析采用弹性薄板理论,土体采用莫尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟。针对不同基础类型,从沉降性状和桩顶荷载大小以及长短桩的桩身轴力分布规律方面进行了比较分析。得出长短桩桩基础的平均沉降小于全短桩基础和长短桩复合地基,但仍大于全长桩基础。长短桩桩基础中长桩的中性点位置比长短桩复合地基的要深一些,受到的负摩阻力稍大些。长短桩桩基础中短桩作用发挥要比长短桩复合地基的短桩充分,而且其长桩的最大桩身轴力相比也小。     

高填方夯实地基桩侧负摩阻力受力性状试验研究

对原为沟壑的场地,经回填全风化泥质粉砂岩形成高填方地基。对高填方地基采用3000kN·m能级强夯预处理后,打设钻孔灌注桩,通过在桩身钢筋笼主筋上安装应力计,在桩身截面和桩周土层分别埋设沉降杆、分层沉降仪,测试桩身轴力、桩身及桩周土层沉降变化情况,得到高填方夯实地基未处理填土层桩侧负摩阻力变化规律。试验结果表明,未处理填土层桩侧摩阻力沿深度呈现“负-正”变化的现象,随着固结时间的增加,端承桩负摩阻力区段大于摩擦桩。端承桩桩侧土层提供的最大负摩阻力约是摩擦桩的1.18~2.56倍,桩周土层密实度对桩侧最大负摩阻力有影响。采用一阶负指数函数拟合得到桩身下拉荷载预测模型,随着固结时间的增加,作用于桩身的下拉荷载趋于定值,作用于端承桩的下拉荷载比摩擦桩高41.2%~55.4%,从控制负摩阻力角度推导出高填方夯实地基摩擦桩桩长设计计算方法。桩身中性点位置均随固结时间增加而逐渐下移,端承桩中性点深度较摩擦桩平均大0.7m。     

考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降计算方法研究

针对目前常用的刚性桩复合地基沉降计算方法未考虑桩土相互作用的缺陷,在深入分析剐性桩复合地基桩土相互作用机理与摩阻力发挥机制的基础上,将桩侧摩阻力的分布模式分为塑性区与弹性区,并引入上下部刺入模型,根据变形协调条件,导出了刚性桩复合地基体系中桩土相对沉降关于桩侧摩阻力分区拐点的代数方程组并进行了相应的求解,继而获得了考虑桩土相互作用的刚性桩复合地基沉降计算方法,最后利用某试验对本文方法进行了验证,结果表明本文方法较为合理,可为刚性桩复合地基设计计算提供理论指导。     

非均质地基中单桩非线性性状的无量纲分析

在考虑桩侧极限摩阻力和剪切刚度系数随深度线性变化,以及桩侧土和桩端土采用弹性-全塑性荷载传递函数基础上,推导了以无量纲参数表达的单桩荷载-沉降、桩身位移、轴力以及侧阻力等计算公式,分析了桩土体系无量纲参数对单桩非线性工作性状的影响,加深对非均质地基中单桩非线性特性的认识.     

考虑堆载和桩载施加顺序的单桩负摩阻力模型试验研究

通过室内模型试验,研究堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。试验结果表明:先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点位置离桩顶最远,随桩载增加,中性点位置逐渐上移,最终中性点位置在桩顶以下0.5l附近,桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数为0.69。先桩载后堆载工况下,先施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小趋势,中性点出现并逐渐下移,最终中性点位置在0.41l附近,单桩承载力发挥系数为0.86。先桩载后堆载较先堆载后桩载桩基承载力发挥系数大,即桩基承载力安全储备小。以上分析表明,荷载施加顺序对基桩的负摩阻力分布有很大的影响,建议在实际工程中综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力。     

深基坑开挖对扩底抗拔桩承载性能的影响

有限元数值模拟研究表明,基坑开挖土体回弹在扩底桩桩身引起较大的轴力,桩身的中性点位置靠近扩底端。在考虑基坑开挖影响时,桩身的真实轴力远较未考虑基坑开挖影响时大,且轴力的最大点并非在桩顶加载部位,在设计时应充分注意到这一特点给予桩身足够的配筋量。与轴力相应,在基坑开挖后,桩侧表面即存在较大的摩阻力;若忽略该部分摩阻力的存在,将导致对上拔荷载作用下桩侧摩阻力估计的较大偏差。承受上拔荷载后,扩底桩桩端阻力承担了37%左右各级荷载的增量,体现了扩底端在抗拔荷载作用下的有效性。     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

考虑地基土非线性固结的桩侧负摩阻力计算方法研究

针对软土地基因固结沉降在桩侧引发的负摩阻力问题,从桩土相互作用机理出发,首先,根据软土压缩曲线性质,采用双曲线应力应变模型考虑地基土固结非线性特性,推导了桩侧土沉降随深度和时间变化的计算公式;其次,引入Gibson地基理论考虑地基土的非均质性,结合桩土界面剪应力–剪应变双曲线模型,建立了反映桩土界面剪切刚度系数随深度非线性增长的荷载传递函数。在此基础上,联立桩体平衡方程,获得了桩侧摩阻力、桩身轴力分布和中性点位置。最后,将理论计算曲线与工程实测曲线进行对比,并进一步分析了压缩试验参数、固结度、桩径及桩长、地表堆载对桩侧负摩阻力及中性点位置的影响,结果表明计算方法是可行的,可为类似工程提供参考。     

钻孔扩底桩原型对比试验研究

为选择合理的桩基础形式，结合静荷载试验对一大型建筑场地同一地质条件下相同桩径的钻孔扩底桩和不扩底桩进行桩身轴力和桩侧阻力测试，以确定单桩竖向承载力设计参数。通过对测试资料的分析，对比两种桩型桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩端阻力分布特征，探讨两种桩桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥过程，研究两种桩荷载-沉降特性。研究结果表明，扩底桩能够充分发挥持力层的承载潜力，对提高单桩承载力、减小桩体沉降效果显著。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

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。     

基于光纤监测钻孔灌注桩承载性能研究

为了研究湖州软土地区钻孔灌注桩侧摩阻力的发挥,采用光纤监测技术获取试桩在现场载荷试验中桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶沉降位移。通过对监测数据分析,结果表明：试验荷载下试桩为摩擦桩,摩擦桩的承载力提高主要由桩侧摩阻力决定,且随着桩顶荷载的增加各土层的侧摩阻力相应增加;上部的黏质粉土层侧摩阻力随着加载等级的增加相应增加并趋于极限,其他土层侧摩阻力也逐渐增加,其中桩承载力主要由中部粉质黏土层的侧摩阻力提供;在桩顶荷载较小的情况下,桩顶荷载由上部的土层侧摩阻力承担,轴力未传递到下部土层,下部土层对桩身侧摩阻力无发挥,桩端阻力为零。