砂土地基中静压桩沉桩及其承载特性室内试验研究

静压沉桩过程中沉桩阻力计算是桩机选型的关键,而目前对沉桩阻力计算方法尚未统一,且沉桩过程中引起的桩周侧压应力分布规律尚不明确。为此,通过室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,研究沉桩速率和桩长对静压沉桩过程中沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力的影响。结果表明：沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力主要与桩长有关,沉桩端阻力与沉桩阻力之比随着沉桩深度增加而减小,但在沉桩深度为12倍桩径位置的沉桩端阻力占沉桩阻力的比例仍高达75%;桩周侧压应力随着埋深增加逐渐趋近于被动土压力,其主要与沉桩对土体挤密作用有关,且增加桩长和降低沉桩速率均可改善沉桩挤密作用;桩周侧压应力存在显著的“退化”现象,并与沉桩过程和桩体回弹有关。此外,基于太沙基极限承载力理论建立了沉桩阻力拟合计算式,并结合朗肯被动土压力理论,提出了桩周侧压应力计算的朗肯被动土压力修正计算公式,可用于静压桩沉桩完成后的桩周侧压应力计算。     

砂土地基中静压桩桩体回弹和复压特性分析

明确静压桩回弹和复压特性有利于提高静压沉桩质量及其经济性。为此,采用室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,考虑沉桩速率、桩长和卸荷速率,分析静压桩卸荷过程中桩体回弹量、桩周侧压应力、桩端残余应力和单桩极限承载力的变化规律。并对比分析了复压前与复压后桩体回弹量、桩周侧压应力和桩体极限承载力的变化。结果表明：桩体回弹量主要与桩长有关,桩体回弹量约为桩长的0.4%,并随沉桩速率和卸荷速率增加而增大,且卸荷速率的影响程度大于沉桩速率。建立了桩体回弹量随时间变化的双曲线模型,较好地反映了卸荷过程中桩体回弹量随时间的变化规律。提出了卸荷后桩周侧压应力计算的修正被动土压力计算式,其计算结果显著优于被动土压力公式计算结果。沉桩速率和卸荷速率引起的极限承载力差异最高可达12%,建议以沉桩终压力的1.04倍进行桩体极限承载力估算。复压的主要作用是提高桩周侧压应力,且桩周侧压应力约提高50%,桩体承载力提高幅度约为10%,故实际工程中应关注复压施工质量,以有效提高桩体极限承载力。     

砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。     

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。     

Investigation on in-situ test of penetration characteristics of open and closed PHC pipe piles

To investigate the load transfer mechanism of open and closed Pre-stressed High-strength Concrete (PHC) piles jacked into layered soil, a full-scale in-situ test was conducted. In this test, the axial stress experienced by one open and two closed PHC pipe piles during jacking into layered soil was monitored using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors mounted on pile shaft. The test results showed that (1) The jacking force on pile depended on the soil mechanical properties at the end of pile; (2) The variation of axial force on pile reflected that the compaction effect of soil for closed pile was larger than that for open pile; (3) At the beginning of penetration depth, the variation of shaft and end resistances on the open pile were different from those on the closed piles; (4) The variation of average shaft resistance relied on the mechanical properties of soil at the side of pile.     

坝上地区预钻孔沉桩桩基承载力异常原因分析

坝上地区某工程采用预钻孔锤击沉桩工艺进行预制桩施工,原体试验发现桩基承载力偏低.经分析,对于短桩,因土体上覆压力较小,极限状态时桩土应力相对较小,不推荐采用统一的土层侧摩阻力,应考虑土层应力状态和埋深的影响,采用美标推荐的理论模型计算桩基承载力理论值.通过对比沉桩锤击数和静载试验成果,发现取土预钻孔影响土层侧摩阻力的发...     

基于桩土界面的静压桩沉桩效应与承载特性室内试验研究

饱和黏性土地基中桩土界面的受力特性会对静压桩沉桩效应及长期承载力的发挥产生重要影响。通过黏性土地基中桩身表面嵌入式安装硅压阻式传感器的静压桩模型试验,分别对开口和闭口静压桩沉桩和加载过程的桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力进行研究。结果表明：在沉桩过程中,桩土界面超静孔隙水压力及有效径向应力随入土深度逐渐增加,沉桩结束时增量幅值随着h/D(h为传感器距桩端距离,D为桩径)增大而减小,同一h/D位置处闭口桩的增量幅值大于开口桩的;同一入土深度处,桩身不同h/D位置处桩土界面有效径向应力存在退化现象,且随着h/D和入土深度的增加退化越明显。在加载过程中,h/D=1和h/D=5位置处桩土界面超静孔隙水压力相比沉桩结束时减小,且随着h/D增大,减小幅度也增大;同一h/D位置处,桩土界面有效径向应力增量幅值随着桩顶施加荷载值增加而增大。沉桩过程和加载过程桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力均随着h/D的增加而减小,不同h/D位置处桩土间的有效径向应力变化是沉桩和加载过程桩土界面受力机理不同的重要原因。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

砂性土层中静压桩的荷载传递和承载力研究

通过对某砂性土场地内一组H型钢长桩的原位试验,分别以2倍和2.5倍的单桩承载力设计值进行压桩,同时,以一根类似土层中的锤击桩作为对比试验,并沿桩身安装频振型应变计考察桩在载荷试验过程中的荷载传递性状。试验结果显示:静压桩的荷载传递性状表现为端承摩擦桩,而锤击桩的荷载传递性状则表现为摩擦端承桩。以最终贯入度收桩的锤击桩,其桩端深度大于以超载预压法收桩的静压桩。静压桩的极限承载力与其曾经历的最大压桩力紧密关联。当静压桩的最大压桩力达2.5倍的单桩承载力设计值时,虽然其桩端较锤击桩而言置于较浅并较软的土层上,但极限承载力并不小于锤击桩。原因在于,较高的压桩力可能降低了桩在高荷载条件下的蠕变沉降,从而增加了桩的极限承载能力。     

基于变分原理的静压沉桩挤土效应理论解答研究

静压法施工工艺近年来得到广泛使用。但静压桩是一种挤土桩,挤土作用将对桩基础本身和周围环境产生一系列影响,引发很多工程问题。通过综合考虑桩长有限、地面自由、终孔孔壁形状、孔壁位移边界条件以及土体材料非线性,应用变分原理推导沉桩挤土位移、应变和应力场解答,并应用经典土压力理论、小孔扩张理论和Ansys计算结果对理论推导结果进行验证。研究结果对静压桩的施工、相应防护措施的选择和设计有较大的指导作用。     

静压桩承载性能的分析研究

本文在总结静压桩基础在广东应用经验的基础上,讨论了静压桩基础的成桩机理,压桩时穿过土层的滑动摩擦力一般较小且在同一土层中不随入土深度的增加而累计增大,压桩阻力随桩端处土体的软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动,压桩停止后,随着超孔隙水压力的消散,滑动摩擦力逐渐转化为静摩擦力,从而使静压桩的承载力得到恢复。通过对241根桩的试验检测资料,研究分析了静压桩施工终压力和极限承载力的区别和关系,根据桩的人土深度,简易地将桩划分为短桩、中长桩和长桩,并认为短桩的极限承载力将小于压桩的终压力,而长桩的极限承载力将大于终压力。提出了静压桩适用的承载力估算的经验公式,同时给出了静压桩设计的极限侧摩擦力标准值和极限端阻力标准值的参考表。     

软土地区锚杆静压桩施工问题及解决方案

通过对锚杆静压桩加固工艺及施工情况进行详细总结和对锚杆静压桩的施工的挤土效应、附加沉降产生的原因进行讨论分析,提出6种减小锚杆静压桩施工挤土效应的控制措施以及5种防止锚杆静压桩施工引起的附加沉降的控制措施。以软土区某工业厂房地坪沉降锚杆静压桩加固处理案例为实例,对不同的压桩速率、压桩顺序等工艺进行介绍,对施工过程中地面、立柱的变形进行动态监测,针对施工中出现问题通过优化施工工艺进行解决,有效地减小了挤土效应和附加沉降现象,验证减小挤土效应及附加沉降方法的可靠性。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

Influence of soil reinforcement on the uplift bearing capacity of a pre-stressed high-strength concrete pile embedded in clayey soil

This paper presents a field study on the uplift bearing capacity of a pre-stressed high-strength concrete (PHC) pile embedded in clayey soil, and on the soil around the PHC pile that was treated with cement paste. The PHC pile was inserted into a pile hole filled with cemented soil by its own weight (by gravity), and the soil compaction effect of a conventionally driven pile induced by the installation process was avoided. The test results showed that: the pile head displacement needed to fully mobilize the uplift bearing capacity of the test piles was about 0.1 D (pile diameter); the ultimate skin friction of the PHC pile–cemented soil interface was much larger than that of the cemented soil–soil interface; the PHC pile and the cemented soil around the pile behaved as an integral pile in the load transfer process; and the measured ultimate bearing capacity of the test piles was 0.91–0.94 times the American Petroleum Institute (API)’s proposed values for piles under compression and 0.79–0.80 times the values calculated with the effective stress method for piles under compression.     

软土中注浆与未注浆抗拔桩受力性状对比试验研究

在杭州萧山一工地未注浆与注浆试桩抗拔静载试验的基础上,发现抗拔桩经过桩端后注浆可显著减少桩端位移,极限抗拔力至少提高25%,最大桩身拉伸量占桩顶上拔量的91.5%。注浆与未注浆桩的桩身轴力都随深度逐渐减少,桩端轴力始终为0;浆液上返高度16.9m范围内注浆桩侧摩阻力有较大幅度的提高,最大提高幅度为83.3%;在利用浆液上返高度公式计算注浆抗拔桩竖向增强体高度和考虑桩身自重的基础上,提出桩端后注浆抗拔桩承载力的估算公式。通过反分析计算,未注浆桩抗拔折减系数的取值范围为0.65～0.80,注浆桩侧阻力增强系数的取值范围为1.33～1.83,计算方法与结果可供初步设计与实际工程使用。     

基于球孔扩张理论的静压桩承载力时效性研究

通过研究软土地基中静压桩的承载性状发现,静压桩的单桩承载力随时间的提高主要来源于桩侧摩阻力的增长,而桩端阻力变化对承载力的时间效应影响较小。静压桩承载力随时间增长的关系,可以用对数曲线描述。根据静压桩的贯入机制,将沉桩过程模拟为半无限土体中一系列球孔的连续扩张,土体假定为Mohr-Coulomb材料。基于球孔扩张理论,计算出不同时期桩侧极限摩阻力和桩端阻力,从而进一步求得不同休止期的静压桩极限承载力。与现场试验资料对比分析表明,计算值与实测值的变化规律一致,且误差较小,能够满足工程需要。     

基于不同贯入速率砂土地基中静压敞口混凝土管桩试验研究

贯入速率对静压敞口混凝土管桩沉贯及承载力特性具有重要影响。通过砂土地基中静压敞口混凝土管桩室内模型试验，分别对不同贯入速率下模型桩土塞特性、压桩力及极限承载力变化进行研究。结果表明，模型桩贯入速率由2.0mm/min增大至3.0、4.0mm/min时，土塞高度分别降低了12.8%、27.2%，土塞率降低幅值分别为12.9%、27.2%。不同贯入速率沉桩结束后，模型桩土塞增长率分别为35.4%、23.6%及19.8%；相比于4.0mm/min贯入速率，贯入速率2.0mm/min及3.0mm/min下模型桩最终压桩力增长幅度分别为92.6%及 25.1%，极限承载力增长幅值分别为77.8%及4.5%，这主要是由于贯入过程中土塞特性差异导致的内壁摩阻力不同所引起的。研究成果可为砂土地基中敞口混凝土管桩沉桩性状及极限承载力研究提供理论依据。     

基于球孔扩张理论和时效性的静压桩承载力计算

通过研究软土地基中静压桩的承载性状发现,静压桩的单桩承载力随时间的提高主要来源于桩侧摩阻力的增长,而桩端阻力变化对承载力的时间效应影响较小。静压桩承载力随时间增长的关系可以用对数曲线描述。根据静压桩的贯入机制,将沉桩过程模拟为半无限土体中一系列球孔的连续扩张,土体假定为Mohr-Coulomb材料。基于球孔扩张理论,计算出不同时期桩侧极限摩阻力和桩端阻力,从而进一步求得不同休止期的静压桩极限承载力。与现场试验资料对比分析表明,计算值与实测值的变化规律一致,且误差较小,能够满足工程需要。     

基于BP神经网络的静压桩承载力时间效应预测

基于珠海软土地区3根PHC管桩隔时复压试验数据,采用BP神经网络建立了静压桩承载力时间效应的BP神经网络模型来预测静压桩的长期承载力。在建模过程中将桩长、桩截面积、土体摩擦角、土体变形模量、渗透系数、最终压桩力及休止期等与静压桩承载力密切相关的7个参数引入到输入层,用Visual Basic语言编制了以最终压桩力和休止期为主要输入因素的计算程序,程序可以对比显示计算和实测曲线。在样本训练和学习过程中,任意选取2根桩的试验数据来预测第3根桩的长期承载力。通过对施工现场工程桩的试算,预测结果与实测值较为吻合,表明提出的BP神经网络模型用于预测静压桩长期承载力是切实可行的。     

基于CPTU测试的K_0固结黏土中静压桩时变承载力研究

基于空间滑动面(SMP)准则改进的K_0固结各向异性修正剑桥模型,考虑K_0固结饱和黏土初始应力各向异性、应力历史及应力诱发各向异性对土体三维力学特性的影响,推导了静压沉桩柱孔扩张问题的弹塑性解析解。在此基础上,根据桩侧土体应力状态与单剪试验中试样应力状态的相似性,结合桩周土轴对称固结理论提出采用孔压静力触探仪(CPTU)锥尖阻力、锥肩孔隙水压力及相应孔压消散数据预测静压桩时变承载力的理论方法。通过离心机模型试验实测结果和理论预测值的对比,验证了理论方法的有效性,研究了静压桩承载力随时间的变化规律。研究结果表明,本文理论预测方法避免了土体基本参数测定等繁琐过程,且可以较为合理地预测静压桩时变承载力;静压桩沉桩结束后其承载力在短时间内迅速增加,之后承载力增加幅度变缓且逐渐趋于稳定值;静压桩桩径越大,沉桩结束后承载力增加的速度越慢,承载力达到稳定值的时间越长。