劲性芯水泥土搅拌桩承载力计算方法研究

劲性芯水泥土搅拌桩是将传统的水泥土搅拌桩和混凝土预制桩相结合起来的新桩型,使混凝土预制桩强度高的优点得到充分发挥,还可以充分利用水泥土搅拌桩较高的侧摩阻力,共同提高桩的整体承载力.文章根据相关规范规定,对等芯劲性芯水泥土搅拌桩的破坏模式和单桩竖向承载力计算公式进行了分析研究,按破坏模式构建承载力计算体系.研究水泥土胶结作用、水泥土和混凝土弹性模量比值、应力集中对承载力和破坏模式的影响,并对竖向承载力计算公式进行了修正.以常州市新孟河奔牛水利枢纽工程劲性芯水泥土搅拌桩试桩试验为依托,验证修正后承载力计算公式的准确性.     

水泥土搅拌桩荷载传递特性分析

根据水泥土搅拌桩的现场静载试验,测量了桩的轴向应变,计算了桩身轴力、桩侧摩阻力,分析了桩的荷载传递特性。结果表明:水泥土搅拌桩表现出摩擦桩的特性;荷载主要在一定的范围内传递,桩的轴力和侧摩阻力在桩体上部的衰减较快;主要在桩顶处发生横向拉裂破坏;桩体破坏前后荷载的传递机理是不同的。     

大直径灌注桩承载力特性试验研究

基于某工程现场大直径灌注桩静载试验测试结果,分析竖向荷载作用下灌注桩承载力特性及荷载传递规律,结果表明荷载-沉降曲线均为陡降型,具有明显拐点,获得灌注桩的承载力极限值;同时基于现场试验进行了桩身应力测试,对灌注桩侧摩阻力结果进行分析讨论,结果表明,该工程区域地质条件下,桩侧出现负摩阻力,这一结果对灌注桩的设计和施工具有重要影响。     

水利工程中大直径PHC管桩承载力试验研究

结合某一水利工程大直径PHC管桩的地基处理应用,开展了单桩竖向抗压静载试验和单桩水平静载试验,并通过在管桩预制阶段安装钢筋应力计,研究分析了静载试验中桩身的荷载传递规律。研究表明：本工程中混凝土强度C80、外径800 mm、内径580 mm的PHC管桩的单桩竖向抗压承载力极限值不小于2 880 kN,桩顶荷载几乎全部由桩周侧摩阻力承担,桩端阻力发挥较小,属于典型的摩擦型桩。桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力均随着竖向荷载的施加而逐渐增大,并沿深度呈衰减分布。水平荷载下的桩身弯矩呈弓形分布,最大弯矩发生在距桩顶约0.2～0.3倍桩长截面处,单桩水平临界荷载值在150 kN左右。     

轴-横向荷载作用下超长桩数值模拟

轴-横向荷载作用下的桩土相互作用研究主要集中在单层土中的中短桩,工程设计将水平、竖向荷载作用分开单独考虑.本文对成层地基中超长桩在轴-横向耦合荷载作用下展开数值模拟研究和试验对比,结果表明,轴-横向荷载作用下的超长桩桩-土相互作用主要集中在土体浅部区域,竖向荷载作用使得桩身弯矩、水平位移减小,从而提高了桩基础水平承载力;对于软粘土,水平荷载能在一定程度上提高超长桩的竖向承载力.桩侧土与桩端土的变形模量比也是影响超长桩承载性能的重要因素,两者比值越大,侧摩阻力占总荷载比例越低.本文建立的超长桩数值模型计算结果与实测数据吻合较好.     

砂土中根式抗拔桩模型试验研究

根式抗拔桩是一种在桩身设置根键的新型变截面基础形式,合理的布置根键可以在提高基础承载力的同时降低工程造价。为了提高根式抗拔桩在工程中应用的效率和可靠度,基于模型试验方法,通过对普通抗拔桩和根式抗拔桩的对比分析,开展砂土中竖向上拔荷载作用下2组试桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩身上拔位移、桩身轴力、桩侧摩阻力,并研究其分布规律。结果表明:根式抗拔桩承载力较普通抗拔桩大约提高57%;桩身轴力在有根键处变化显著,桩身侧摩阻力发挥由上向下传递,并在根键上下处达到极值。因此,在保证根键强度不受破坏和根键易于安装的条件下,尽量将根键位置设置在靠近桩底,是提高根式抗拔桩承载能力的有效方法之一。     

PHC-钢管组合桩竖向荷载传递机理研究

PHC-钢管组合桩因抗腐蚀、贯入性能好,在高桩码头开始推广使用。但是其上部是PHC管桩,下部是钢管桩,两者桩径不同,弹性模量和密度等差异很大,荷载在桩体中的传递呈现出不同的作用机理,传统计算方法无法直接应用于其竖向承载力计算,而且该桩型竖向荷载传递机理研究未见报道,导致PHC-钢管组合桩竖向荷载设计缺少机理依据。运用FLAC3D软件并基于镇江扬中长江沿岸地区地质条件,对PHC-钢管组合桩进行竖向静载数值计算,同时考虑土体软化特性、桩土接触特性及沉降大变形问题,对"接桩部位埋深"、"接桩部位面积"问题进行研究。分析其不同组合下对桩身极限承载力的影响以及桩身轴力、侧摩阻力分布规律。结果表明,镇江扬中长江沿岸地区打入的PHC-钢管组合桩是端承摩擦桩;接桩部位埋深与面积会影响极限承载力和桩体失稳后沉降值大小;桩身轴力在接桩部位发生较大衰减;桩侧摩阻力随深度变化较复杂;整桩侧摩阻力极值出现在接桩部位。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

竖向循环荷载下双层地基中单桩承载力发挥性状分析

通过开展单桩模型试验,研究竖向循环荷载下荷载水平、侧向压力等因素对单桩侧摩阻力及端阻力的影响。试验结果表明,增加侧向压力提高了桩侧摩阻力,尤其荷载较小时能有效减小桩的沉降,当荷载水平较高时,大循环次数下的桩侧摩阻力会出现弱化;桩端阻力随着循环荷载的增加而增大,且荷载较小时侧向压力对端阻发挥影响更加明显。大次数的循环加载下桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥特性会受到荷载水平、桩侧土体压力等因素的影响。     

边载和水平荷载作用下超长桩承载性状数值分析

采用有限元法,建立超长桩和土体共同作用的三维数值模型,研究受边载和水平荷载共同作用下超长桩的承载特性,分析超长桩侧摩阻力和桩身弯矩的变化规律。结果表明:水平荷载与边载比值k的增大可以有效改善桩侧负摩阻力,并且存在最优比值k=4。桩侧负摩阻力和桩身弯矩随着长径比的减小而减小;存在临界边载距离s=8 m,当边载距离s<8 m时,桩身负摩阻力随着边载距离的增大而减小,当s＞8 m时,边载对桩身负摩阻力几乎无影响。桩土刚度比的减小可有效提高超长桩承载力。同时应用多元非线性回归分析,得到最小桩侧摩阻力随不同因素变化的函数关系式。根据该式可预测不同因素组合下的最小桩侧摩阻力,有效避免桩侧负摩阻力的产生。