改进的桩土界面荷载传递双曲线模型及其在单桩负摩阻力时间效应研究中的应用

桩土界面荷载传递模型对预测桩的承载变形性状有重要影响。本文在总结前人研究成果的基础上,改进了反应桩土界面荷载传递性状的双曲线模型。改进后的模型可以描述随着地基土的固结,桩侧土初始剪切刚度随时间增长及桩土界面的加载、卸载循环剪切特性。利用该模型分析了大面积堆载下,在桩顶作用大小不同的竖向荷载以及桩侧土达到不同固结度时再施加桩顶荷载情况下,桩身摩阻力的发展变化规律。研究结果表明:随着地基土的固结,桩身中性点位置处于一个变化过程中,桩顶作用的荷载大小不同,桩身中性点位置也不同;地基土固结一段时间后再打桩能减小桩侧负摩阻力。     

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。     

桩负摩阻力时间效应分析

负摩阻力对桩基的承载变形性状有重要影响.分析了大面积堆载下、地基土固结过程中,桩顶荷载大小、桩端支承条件等因素对桩身负摩阻力、中性点位置的影响.结果表明,在地基土固结过程中,桩身负摩阻力、中性点位置也处于一个变化过程中.桩顶竖向荷载越大,中性点深度越浅,桩身承受的下拽力越小.研究还表明,在地基土固结过程中,桩的承载力逐渐减小.     

不同初始含水率条件下欠固结软黏土地基单桩负摩阻力模型试验研究

海涂围垦形成的软黏土地基一般为欠固结土地基。为了研究垦区欠固结软黏土地基中的桩基负摩阻力规律,考虑不同桩周土初始含水率,以及自重固结和堆载2种工况,开展4组单桩模型试验,基于试验结果分析摩擦型管桩的桩土位移、桩身轴力、桩侧负摩阻力及中性点位置等特性。试验结果表明,不论在堆载还是自重固结条件下,随着桩周土含水率的提高,桩身沉降、土体沉降、桩身轴力及桩侧负摩阻力总体成增大趋势,桩周土初始含水率的降低引起的中性点位置的升高。在堆载条件下,中性点位置随着荷载等级的提高而下移;自重固结条件下,中性点位置随固结时间变化不大。在工程实际中,桩周土初始含水率的增加会扩大负摩阻力范围,增大负摩阻力峰值和桩身轴力,因此需要注意其对欠固结软黏土地基桩基负摩阻力的影响。     

欠固结土中单桩负摩擦效应研究

本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应,建立了桩和土体协同作用的三维计算模型,对桩土沉降过程进行了内力和变形计算,分析了不同欠固结土厚度和桩顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚度为定值时,桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小,桩顶荷载越大,"中性点"位置越靠近地面(即上移),欠固结土厚度越大,"中性点"位置越远离地面(即下移);桩体轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势,轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置,即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应,受桩顶荷载大小的影响,轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大,土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大,土体的沉降量也逐渐增大,但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。     

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     

大直径钻孔灌注桩负摩阻力试验研究

 针对大面积堆载情况下,周边土体的沉降使桩基产生负摩阻力从而导致桩基承载力特性变化的问题,以宁海电厂工程2组冲孔灌注桩的现场负摩阻力试验为例进行讨论。通过对原位试验结果的全面分析,探讨桩周土体固结沉降对桩身所受下拉荷载和中性点位置的影响。根据实测桩土沉降曲线确定的中性点与根据桩身轴力沿深度变化曲线确定的中性点位置大体相一致,位于可压缩土层下部,桩身最大轴力随固结时间而增大,中性点位置也随时间略有上移;分析桩侧摩阻力系数的大致范围以及施工工艺对负摩阻力的影响,现场试验得到的桩侧摩阻力系数为0.3～0.4,由于桩基施工的影响导致该值与规范相比略大,工程中应充分考虑成桩工艺对负摩阻力的影响;指出负摩阻力桩基的设计分析中沉降计算至关重要。得出的结论可指导同类工程的设计和施工。     

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。     

堆载作用下端承桩负摩阻力分析

基于有限元模拟桩土相互作用,简要分析了大面积堆载作用对端承桩桩身负摩阻力大小及中性点位置的影响,指出桩基负摩阻力随桩周土体固结时间的增长而增大,中性点位置随固结时间的增大而不断加深,随着堆载的增加,桩身承受的负摩阻力随之增加、中性点位置逐渐加深,而且负摩阻力引起的桩身附加轴力也随之增大。     

饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究

在28℃,28℃→55℃,28℃→55℃→28℃三种工况下,开展宁波饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究,先对桩土加热(降温),再进行静载荷试验,测定土体的温度和孔隙水压力、地表沉降及桩顶位移、桩身轴力和荷载–沉降试验数据,研究土体的热固结过程及桩负摩阻力的形成机制;其次,以模型试验为原型,利用Abaqus软件建立了考虑热流固耦合作用的桩–土有限元模型,将计算结果与试验结果进行对比验证,进而讨论温度对桩身轴力和桩侧摩阻力的影响,结果表明:加热升温后,桩、土发生膨胀变形,土中出现超静孔隙水压力;随着孔压的消散,土体发生热固结现象,且其固结沉降量大于桩体沉降量,地基最终表现为沉降变形,而桩侧出现下拉荷载,产生负摩阻力;随温度的升高,沿深度方向,桩身轴力衰减,热固结后土体的强度有所提高,桩侧摩阻力增大,单桩极限承载力随温度的升高而增大。     

堆载作用下竖向承载桩负摩阻力分析

基于ADINA模拟桩土相互作用,简要分析了大面积堆载作用对竖向承载桩桩身负摩阻力、中性点位置的影响。分析结果表明,在堆载条件下,随固结时间的增长,桩基负摩阻力不断增长,且中性点位置不断变浅。随着堆载的增加,桩身承受的负摩阻力随之增加、中性点位置逐渐加深,且负摩阻力引起的桩身附加轴力也随之增大。     

酸性土腐蚀对钢桩基础承载性能的影响

土质酸性是导致钢桩腐蚀的主要原因之一。服役于酸性土中的钢桩将会被侵蚀,导致桩身材料劣化,影响了桩基的安全性和耐久性。为了了解腐蚀桩的承载性能,通过中性和模拟酸性土两种环境下的桩基室内模型试验,测得腐蚀前后承台沉降量和桩端阻力值随桩顶加卸载的变化规律以及地面堆载固结过程中各土层沉降量、桩端阻力值、桩身轴力值以及桩侧摩阻力的变化情况。研究表明,由于腐蚀钢桩表面产生大量疏松的锈蚀产物,使桩–土界面的黏着力大大降低。桩顶承台的沉降量较未腐蚀桩大,腐蚀桩的桩端阻力值比未腐蚀桩大。而在堆载固结条件下,由于堆载作用不仅加速了桩间土体的固结,桩–土界面再次挤密,单桩以及群桩中各桩的桩端阻力值减小。腐蚀桩的中性点位置明显下移,腐蚀率越大的桩,桩侧负摩阻力的增加值越大,腐蚀前后中性点位置处桩身轴力变化率越大。研究成果可以为腐蚀条件下各类桩基载荷性能研究提供参考。     

单桩在竖向受荷条件下的时间效应

通过单桩的有限元固结分析,研究了单桩在不同加载方式下的桩顶荷载-沉降关系曲线,揭示了不同载荷比条件下桩身轴力和桩侧摩阻力受荷载维持时间的影响程度,以及桩侧和桩端下土体中的初始超静孔压分布,通过分析与实测结果表明,土体的固结对单桩的静载荷试验的影响很小,桩身上的荷载主要以剪应力的形式传递到周围土体中。     

浅谈填土负摩阻力对嵌岩桩竖向承载力的影响

针对填方土体会逐渐产生自重固结沉降的现象进行了分析,探讨了填土负摩阻力对嵌岩桩竖向承载力的影响,并根据JG J 94-2008建筑桩基技术规范,指出验算单桩承载力时应考虑桩周土的负摩阻力引起的下拉荷载。     

垂直受荷桩负摩阻力时间效应的试验研究

 在地面堆载作用下,对3根施加不同荷载桩的负摩阻力性状的时间效应进行现场测试。试验结果表明,负摩阻力随堆载作用时间的延续而变化;堆载使土体沉降,土体沉降就会引起负摩阻力。在堆载初期,负摩阻力引起的桩附加沉降速率随着桩顶荷载的增大而加快,且稳定的附加沉降随着桩顶荷载的增大而增加。在有无桩顶荷载的2种情况下,下拉力随着堆载作用的时间延续而增大,稳定的下拉力随着桩顶荷载的增加而减小。在堆载作用下,桩顶荷载推迟了负摩阻力出现的时间。桩顶荷载越大,中性点初次出现的时间越晚、位置越浅。中性点出现的时间随着桩顶荷载的增加而延后,桩顶荷载的增大会加剧这些现象。上述研究结果对于桩的负摩阻力性状的研究有一定参考价值。     

考虑时间效应的群桩负摩阻力模型试验研究

基桩负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,但是针对考虑土体固结时间效应的群桩负摩阻力研究却相对较少。进行了在地面堆载固结条件下,黏性土层中3×3群桩负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了不同桩间距(3d,4d,6d)条件下各位置桩(角桩、边桩、中心桩)的桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况,分析了桩身下拽力和中性点位置随时间的变化规律;并进行了同等条件下单桩及2×2群桩(4d)试验作为比较分析。试验结果表明,群桩中桩侧负摩阻力引起的下拽力和中性点位置都存在明显的时间效应和群桩效应,其数值与基桩数、基桩的布置位置及桩间距等因素有关;在本文试验情况下,当桩–土相对位移达到2 mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%。