柔性基础下刚性单桩复合地基性状研究

采用数值分析方法,对柔性基础下刚性单桩复合地基的中性点位置、桩侧摩阻力、桩身轴向应力、桩端刺入量等工作性状进行了计算分析,着重讨论了垫层模量、桩土相对模量、置换率、桩长等因素的影响,并指出了本文与《建筑桩基技术规范》所讨论的桩侧负摩阻力成因不同。     

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     

褥垫层对刚性桩复合地基承载性状的影响

褥垫层在刚性桩复合地基中起到协调桩土变形的作用,其厚度及变形模量等特性对刚性桩复合地基承载性状有较大影响,褥垫层关键参数值在工程常规值范围内变化时,复合地基承载性状有何影响并不清楚。为探讨褥垫层的厚度及变形模量在常规值范围内变化时对刚性桩复合地基承载性状的影响,结合工程实例进行了相关计算分析。结果表明,褥垫层厚度在100~500 mm之间及变形模量在40~140 MPa之间范围内变化时,对复合地基桩土应力比的影响较大,但对复合地基总沉降量的影响较小。另外,由于桩顶刺入褥垫层,桩身产生负摩阻力,负摩阻力对桩身承载有一定影响,但对复合地基总沉降量的影响有限,复合地基沉降计算时可以忽略其影响。     

“柔性基础”刚性桩复合地基试验分析与变形计算

为了建立路堤下刚性桩复合地基变形计算模型,通过对14组刚性4桩复合地基的现场试验结果的分析,研究柔性基础条件下刚性桩复合地基的工作性状。试验研究表明采用一定强度或刚度的加筋垫层配合合适的桩帽设置,可改善柔性基础条件下刚性桩复合地基的工作性状,有效减小复合地基变形。复合地基承载力相同时,"柔性基础"沉降量为刚性基础的1.1~1.5倍。在一定荷载或承载力条件下,垫层中不设加筋材料时"柔性基础"短桩复合地基变形接近加筋垫层天然地基。垫层加筋有帽桩复合地基变形明显小于其他情况。对"柔性基础"短桩复合地基,设桩帽、垫层加筋,桩土应力比与不加筋相比增加了1~3倍;对刚性基础长短桩复合地基,碎石垫层中加筋与不加筋相比,桩土应力比范围得到延伸,其中长桩桩土压力比增大明显。提出了"柔性基础"条件下刚性桩复合地基承载力确定,以及考虑桩"上刺入"的刚性桩复合地基变形计算方法。该方法采用力平衡方程计算桩身中性点位置,将复合土层变形计算分为中性点平面     

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比计算

研究了刚性桩复合地基桩侧摩阻力在线性模式下中性面深度及桩土应力比的计算方法。根据刚性桩复合地基各组成部分的沉降变形关系,推导了垫层–桩–土的变形协调方程。考虑负摩阻力对桩土工作性状的影响,将桩侧摩阻力分布由试验曲线简化为线性模式,同时考虑桩顶刺入褥垫层,桩底刺入下卧层,结合桩土变形协调方程推导了中性面深度、桩顶平面桩土应力比、中性面桩土应力比的计算公式。分析了多种因素对中性面深度及桩土应力比的影响,结果表明:刚性桩复合地基的中性面深度比在0.15~0.35之间,中性面桩土应力比相比桩顶平面桩土应力比增大10%~40%。最后应用于某工程现场载荷试验和某刚性桩复合地基模型试验,计算值与试验值吻合较好。     

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基桩土应力比计算

在考虑桩体负摩阻力作用的条件下,针对刚性桩复合地基中桩-土-垫层相互作用特点,引入"中性点"概念和改进后的弹塑性荷载传递模型,并考虑桩顶对垫层的上刺入变形以及桩端对下卧层的下刺入变形,通过桩-土-垫层的竖向变形条件推导得到了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式。应用该计算方法对工程实例进行分析后结果表明,当桩侧摩阻力发挥到一定程度时,计算结果与实际情况十分接近。     

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。     

水泥搅拌桩复合地基垫层效应研究

深中通道为国内首次大规模采用深层水泥搅拌桩(DCM桩)处理沉管隧道地基的超级工程。由于碎石垫层+块石振密垫层+DCM桩复合地基的沉降变形规律尚不明确,为研究垫层效应对水泥搅拌桩复合地基沉降的影响规律,在现场荷载板试验的基础上,应用数值模拟的方法分析碎石垫层厚度、模量以及块石振密厚度对复合地基桩顶沉降和总沉降的影响。研究结果表明：在刚性基础下设置柔性垫层能使基础由“刚”变“柔”,垫层能调节桩、土所承担的荷载,使桩体承担的荷载变小,土体承担的荷载荷载变大,以致桩顶沉降减小,复合地基总沉降增大。随着垫层刚度的减小(厚度增大或者模量变小),其调节桩土所承担荷载的效果并不会一直变大,在复合地基承载力不变的同时,总沉降继续增大。从提高复合地基承载力和控制沉降考虑,结合工程实际情况,建议碎石垫层的厚度取0.4～0.8 m,模量取10～20 MPa,块石振密的厚度取0.7～1.1 m。     

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。     

长桩对多元复合地基性状的影响探讨

通过对长短桩复合地基的有限元分析,探讨了长桩的变形模量、桩长对桩身轴力和复合地基沉降的影响,分析表明长桩的桩身应力表现出均匀向下传递荷载的特性,长桩的变形模量对复合地基沉降的影响不大;增加长桩的桩长可以有效减小基础承台的沉降和提高桩顶荷载.     

带褥垫层刚-柔性桩复合地基性状试验研究

为了研究带褥垫层刚-柔性桩复合地基这种新型复合地基桩土共同作用特征,在温州地区选择了一个采用刚-柔性复合地基的工程开展静荷载试验研究。在条形基础下抽取一根钻孔灌注桩(刚性桩)和四根水泥搅拌桩(柔性桩)进行刚-柔性复合地基静荷载试验,分析整个加荷过程中复合地基的承载变形规律。试验结果表明复合地基Q-s曲线呈缓变形,承压板底土反力分布呈现出中部大边部小的形态,土应力在桩端平面出现应力增大现象,复合地基中刚性桩、柔性桩桩顶均出现负摩阻力。另外,通过反分析方法确定本次试验中钻孔灌注桩、水泥搅拌桩和桩间土的承载力发挥度分别为0.97、0.73、0.99。     

微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。     

高应力作用下CFG桩复合地基承载变形机制

为探究水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基在高应力下的承载变形机制,基于西安市高新区拟建场地CFG桩复合地基高应力现场试验建立数值模型并进行分析。结果表明:该场地CFG桩复合地基的极限承载力不小于1 666 kPa;褥垫层在高应力作用下发生破坏,其协调桩土共同作用能力降低;桩顶向上刺入褥垫层,荷载向桩顶集中,致使桩承担上部荷载的96.5%;桩间土发挥作用能力受限,复合地基相当于单桩承载;褥垫层的厚度与桩土应力比的增长呈现负相关;桩间土与桩顶的沉降差随着荷载的增加而增加,且随着褥垫层厚度的增大呈现先增大再减小的趋势;当单桩承载力满足要求时,为保证高应力下桩间土不因荷载过大而造成复合地基的破坏,应适当减小褥垫层的厚度,降低其流动补偿能力;所得结论可为CFG桩复合地基在高层建筑地基处理设计提供参考。     

现浇薄壁管桩复合地基竖向承载特性分析

为了解现浇薄壁管桩复合地基的加固机理,在盐通高速公路试验段进行现浇薄壁管桩单桩复合地基静载试验。试验结果表明:现浇薄壁管桩成桩质量好,承载性能好。建立现浇薄壁管桩复合地基三维模型,通过有限元模拟,与现场静载试验结果对比,表明建立的模型是可行的。基于该模型分析了褥垫层模量、桩间距、桩长、土体模量等因素对现浇薄壁管桩复合地基承载性能的影响。结果表明:褥垫层能较好调节桩土应力分配,使桩土共同工作;较大的桩间距虽能充分发挥桩、土承载力,但桩间距的选择要兼顾承载力与变形要求;桩长的增长有利桩体承载力的发挥。地基土模量大有利于桩侧阻的发挥。     

群桩刚性桩复合地基地震反应三维有限元分析

应用三维有限元方法分析了群桩刚性桩复合地基在地震作用下的动力反应规律,特别是桩体的内力反应。计算表明,由于刚性桩复合地基中垫层的存在,桩顶内力较桩基明显减小,从而使整个桩身的最大内力显著小于桩基。但当桩体位于分层地基,且相邻土层模量差异较大时,地震作用则会使桩体产生较大的内力。     

特殊浸水下桩基负摩阻力试验研究

为妥善解决湿陷性黄土地区负摩阻力引起的桩基承载力下降问题,以消除桩周黄土湿陷性为出发点进行新途径和新方法的探索,采用非传统的特殊浸水方式分别对混凝土灌注桩、微型钢管砂浆复合桩进行了现场试验。结果表明:桩顶受荷时采用注水孔与试坑相结合浸水量较大,浸水段桩侧以负摩阻力为主,最大值达319.62 kPa,局部出现正摩阻力;成桩过程中采用泥浆循环浸水量较小,桩周土体在桩顶受荷前完成部分湿陷,受荷后桩侧以正摩阻力为主,局部出现负摩阻力,且数值较小,最大值为32 kPa;特殊浸水条件下桩周土体沿桩身分段湿陷,桩侧出现多个负摩阻力峰值及中性点,正、负摩阻力交错分布;桩基负摩阻力的大小受浸水方式、加载方式、浸水固结时间的综合影响,建议在桩基施工过程中采用合理的施工工艺对桩周土体预先进行微量浸水,消除部分黄土湿陷,以避免由于地下水环境改变而引发的桩基承载力下降。     

桩基础承载力室内试验与数值计算研究

为深入研究桩基础破坏特征,解决桩基础承载机理和破坏条件问题,自行设计桩基础承载力室内试验,对桩顶外力、位移、桩侧摩阻力与桩底反力进行了全方位测试。采用临近桩基破坏时减小加载量的方法,结合数值模拟极限方法分析,在两种方法所得P-s曲线中可以找到陡降的破坏点。两种方法的极限承载力、桩底反力吻合较好,表明室内试验可信,数值极限方法可行。依据以上两种方法,提出了桩基的三点破坏特征:(1)破坏时桩顶位移突变,破坏后有时会有所反弹;(2) 破坏时桩底反力突变并出现明显反弹;(3) 破坏时桩侧摩阻力出现先降低后增大现象。这些特征表明桩基破坏后桩侧与桩底承载力还将提高,使桩基仍然维持力学平衡状态,表明桩基这种破坏特征与其他基础形式不同。综合桩基础破坏特征,提出应按第一次桩顶位移突变作为控制桩基础承载力的条件。本次研究只是探索,还需现场试验的验证。     

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。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明:光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90cm时,土塞高度稳定在33cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

峰值后软化水泥土桩复合地基工作机制研究

基于收集到的三轴试验资料,建立了一个可考虑峰值后软化性能的水泥土力学模型。采用该模型对水泥土单桩复合地基体系进行了数值模拟分析,研究了水泥土复合地基的荷载-沉降曲线、水泥土桩的轴向力、侧摩阻力和桩土应力比,以及母土、水泥掺合比、桩径和桩长等因素的影响。基于模拟分析的结果,得到水泥土桩端破坏是水泥土桩复合地基承载力的控制条件。研究了水泥土桩端破坏时的桩端变形和桩身压缩。基于水泥土复合地基破坏机制,对确定水泥土桩复合地基承载力提出了建议。