组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

基于沉降控制的竖向下压循环荷载作用下的桩基设计方法

低幅值、大周次竖向循环荷载作用下桩基发生累积沉降及承载力弱化,影响到风机塔架、高速铁路路基等沉降敏感结构物的服役性能。首先总结了竖向循环荷载作用下桩基设计要求及若干设计关键问题。基于模型试验结果,分析了竖向循环荷载作用下的桩基承载力和累积沉降演化规律;定义了3种桩顶累积沉降发展模式及对应的循环荷载比和静荷载比组合,建立了桩基循环累积沉降分析图,提出了组合循环荷载作用下的桩基循环加载性状简化判定公式。提出了针对竖向循环荷载作用下桩基的设计方法及设计流程,并给出了设计实例。     

竖向受荷混凝土桩-地基土模型试验研究

桩基础广泛应用于建设工程项目中,桩基础承载力和地基土体沉降是影响建设工程项目质量的重要因素。通过自主设计加载装置和量测系统,进行竖向荷载下室内单桩静荷载模型试验,分析桩顶沉降、桩身应变、桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩周土压力,研究桩体荷载分担和地基土体沉降机理。试验发现,存在一个地基土沉降盆,范围内的土体沉降较大,易对地基承载力和稳定性产生影响;存在一个有效桩长,当桩基长度超过此值时,增大桩长无法增大桩基极限承载力。试验结论对桩基设计提供参考,旨在保证桩基和地基土的承载作用。     

竖向下压循环荷载作用下单桩承载力及累积沉降特性模型试验研究

竖向循环荷载作用下,单桩的承载力及变形特性均不同于静荷载情况。利用浙江大学自行研制的大型地基与边坡工程模型试验系统开展了单桩基础竖向下压循环荷载作用下的大比例模型试验,获得了不同侧/端阻比下桩基的循环承载力及桩顶循环累积沉降。试验发现:存在一最小循环荷载比,当循环荷载比小于该值时,桩顶不会发生循环累积沉降;一定循环次数内桩顶循环累积沉降基本与循环次数成正比,且循环累积沉降与循环次数的比值近似与桩顶循环荷载比呈线性关系。通过给定单桩循环破坏标准,绘出了模型桩的循环承载力曲线,发现侧/端阻比较大的桩基更易发生桩顶循环累积沉降;通过拟合桩顶无量纲沉降,可预测桩基循环累积沉降的发展。最后提出了长期循环荷载作用下单桩基础的工程设计方法。     

基桩模型试验及时效性研究现状——竖向循环荷载作用

桩基础理论研究与工程应用比较广泛,文章总结了学者们对砂土、粘土、粉土及红粘土等地基土中桩基模型模拟海洋平台中的受力,如竖向循环荷载作用下桩顶沉降和桩基承载力与桩侧摩擦系数与循环次数、循环荷载比以及循环加载速率有关,而地基土的种类以及土的参数不同时,结果也不相同。研究现状表明,对于在役公路的黄土地基桩基在轴向循环荷载方面研究甚少,有待深入进行探讨。对于模型试验研究的总结,能够为复杂施工条件下桩基承载机理的认识与应用提供科学依据。     

循环荷载作用下粉土地基中刚性桩桩土相互作用研究

针对近海风机单桩基础,采用室内模型试验,对粉土地基中刚性桩循环加载条件下的桩土相互作用规律进行研究,实时监测了加载过程中荷载、位移和土压力的变化。研究发现循环荷载作用下桩周土压力最大值和最小值没有明显的弱化;循环加载模式下,刚性桩变形转动中心在0.85埋深以下;基于静力加载条件下的水平非线性地基反力系数,提出了粉土地基中刚性桩循环荷载作用下土的水平抗力-位移曲线。在此基础上,提出循环荷载作用下预测超大直径单桩基础变形的简化计算方法。     

黄土中服役期桥梁基桩承载特性模型试验研究

桥梁桩基长期受到恒定和循环载荷的影响,研究其服役期的沉降、承载性能与桩侧摩阻力、循环载荷与土层性质之间的关系,对桥梁的改扩建有重要的意义。采用钢管粘贴光纤光栅(串)的方式设计出了理想模型桩,用于加载试验系统。通过模型试验,对黄土地基中桩基在竖向循环荷载作用下承载特性进行研究,基于桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩周土体应力等数据分析,揭示试验加载次数与桩基承载特性间的关系,拟合了黄土中模型试验桩基在静载作用下桩基的承载力与桩顶沉降关系以及循环荷载作用下的桩顶沉降与循环次数间的变化关系。     

桩土界面荷载传递双曲线模型的改进及其应用

 首先,在总结前人土–结构相互作用试验研究成果的基础上,改进反应桩土界面荷载传递性状的双曲线模型,改进后的模型能够描述随着地基土固结、桩侧土初始剪切刚度随时间增长以及桩土界面的分阶段加/卸载循环剪切特性。然后,利用改进模型对文献中的算例进行分析,计算结果与文献结果比较接近,验证了改进模型的合理性。最后,利用该模型分析大面积荷载下,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打桩情况下,桩身摩阻力、中性点位置及桩承载力的发展变化规律。研究结果表明,桩身中性点位置、桩身负摩阻力随地基土的固结逐渐变化;在地基土固结过程中,桩承载力逐渐减小。该研究成果可为桩基工程设计提供有益的参考。     

高陡斜坡区基桩水平承载特性模型试验研究

凭经验建造的高陡斜坡区桥梁基桩因水平作用引起病害的情况越来越多。为此,以红顶特大桥为原型,设计一套加载装置和试验方案,考虑基桩位于边坡中的位置与受力形式2个因素,对基桩水平承载特性进行水平静载与轴–横向组合加载模型试验研究并分别得到桩顶位移,水平荷载与相对位置及竖向荷载的拟合关系。结果表明,水平循环荷载作用下,桩顶水平位移与桩身弯矩均随荷载及其循环作用次数的增大而增大;水平荷载作用下,基桩水平极限承载力与其所在位置距坡脚的水平距离呈反比,即基桩越靠近坡脚线,其水平极限承载力越大,同时桩顶水平位移、桩身弯矩则越小;水平与竖向同时加载对基桩水平极限承载力的影响,与预加竖向荷载是否达到基桩竖向变形稳定荷载临界值有关,竖向荷载小于该临界值时,可提高基桩水平极限承载力,竖向荷载大于该临界值时,会降低基桩水平极限承载力。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

竖向及水平荷载加载水平、顺序对单桩承载力的影响

在桩基础设计中通常分别确定单桩的竖向和水平承载力,而不考虑竖向荷载与水平荷载之间的相互作用对桩承载力的影响,这显然不能反映桩的真实受力状况。软土地基上建造超高层建筑有时需要采用长度达80 m甚至更长的超长桩,目前考虑超长桩的竖向荷载和水平荷载二者之间相互作用的研究还很少。利用有限元软件ABAQUS模拟天津市某工程的79 m长桩载荷试验结果,通过参数调整使有限元计算结果与载荷试验的结果一致,在此基础上进行仿真模拟,研究竖向及水平荷载作用下超长桩的荷载传递与变形特点。分析结果表明超长桩表现出与已有文献中的刚性短桩不同的变形特性:对于承受水平荷载与竖向荷载的桩,竖向荷载对水平荷载作用下桩的性状的影响与竖向荷载相对于水平荷载的施加顺序、竖向荷载的大小以及土质条件等均有关。就本文算例,先施加竖向荷载再施加水平荷载时,存在一个最优的竖向荷载,在最优竖向荷载作用下,竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用最明显,且竖向荷载减小桩顶侧移的作用主要表现在水平荷载加载后期,即水平荷载较大时。在土质条件较好的情况下竖向荷载对桩顶侧移的有利影响不如土质条件较差时那样明显。先施加水平荷载再施加竖向荷载时,竖向荷载不再起到减小水平荷载作用下桩顶侧移的作用。加载顺序变化对桩水平承载力的影响要大于对桩竖向承载力的影响。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

横向荷载作用下扩底桩弯曲破坏性状分析

扩底桩因其承载能力强而越来越多地应用于工程实践中,对扩底桩的研究多集中在竖向荷载作用下的工作性状研究,承受横向荷载作用的扩底桩受力性能研究较少。对大尺寸、承载力强的扩底桩开展原型破坏试验非常困难,而模型试验可以在有限试验条件下模拟原型试验的真实试验过程。本文通过对扩底桩进行横向逐级加载模型试验,得到扩底桩在横向加载作用下桩顶位移、桩身应力、桩侧土抗力、桩底土压力的变化规律以及弯曲破坏时桩体的破坏形态,并对其承载性能进行分析和总结。模型试验得到的扩底桩在横向受荷作用下呈现的承载性能规律和破坏形式可以为今后扩底桩的横向受力机理研究和应用提供依据和参考。     

不同型式复合地基试验对比分析

基于相似理论,设计并完成了土工格室加筋垫层、砂井、散体材料桩、柔性桩等九组复合地基模型试验,并对其加固效果进行对比分析,分析结果表明：水平加筋垫层的设置可扩散上部荷载,提高复合地基承载力,土工格室的加强效果优于土工格栅;桩体复合地基须考虑群桩效应的影响,其承载能力明显好于加筋垫层复合地基;不同加载范围下桩和土体的承载能力发挥程度不同,单桩加载下桩体承载能力发挥较三桩、七桩加载时大,碎石桩桩顶桩土应力比>碎石桩+土工格栅>碎石桩+土工格室,而柔性桩+土工格室的桩顶桩土应力比>柔性桩+土工格栅>柔性桩;砂井和各种型式的碎石桩复合地基桩底桩土应力比在1左右,各种型式的柔性桩桩底桩土应力比较大,最大达24;软基浅部较深部孔隙水压力大、消散速度快;桩体复合地基孔隙水压力较土工格室复合地基和软土地基小,砂井和碎石桩复合地基的排水速度明显快于柔性桩复合地基。     

多年冻土区管桩基础抗拔承载性能试验研究

以青藏直流联网工程为背景,进行上拔和水平力组合荷载作用下管桩基础抗拔承载性能真型载荷试验。结果表明:冻结期冻土地基整体处于冻结状态,地基回冻情况良好;融化期最大融化深度与地基多年冻土上限较吻合,多年冻土层无明显退化迹象。上拔加载过程桩底接触土压力减小,冻结期活动层范围内桩侧土压力明显增大,融化期活动层范围内桩侧土压力大大减小,其余位置土压力变化不明显。冻结期基础位移量显著低于融化期,冻结期抗拔及水平承载力高于融化期,上拔承载力高于水平承载力;上拔荷载与位移关系可采用幂函数模型进行预测。试验所得基础抗拔承载力与规范法计算结果比较吻合,表明冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可靠的。     

后注浆钻孔灌注桩承载性状试验研究

采用桩底后注浆技术不仅可以大幅度提高基桩的承载能力、减少桩顶沉降量,同时基桩的承载性状也会得到改善。依据中原地区某工程中采用桩底注浆和没有注浆桩的2根试桩的单桩竖向抗压静载试验结果,通过对基桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性以及桩侧阻力发挥特性和桩端阻力发挥特性的综合分析研究,揭示了桩底后注浆对基桩承载性状的影响情况,得出了一些对相同地区同类基桩的设计、施工和深入研究具有指导意义的结论。     

非均质土层中钻孔灌注长桩竖向荷载传递模型及应用研究

针对大直径钻孔灌注长桩承载力分析的实际问题和工程评价需要,在大量桩基载荷试验资料基础上,提出适用于北京地区非均质互层地基钻孔灌注长桩的荷载传递分析方法。考虑层状非均质地基条件、桩长与桩侧土埋深、灌注桩后压浆等因素,改进荷载传递函数,并建立确定荷载传递参数的目标优化及预估单桩承载力的方法。通过对具体工程实例的应用分析,表明采用提出的荷载传递模型和参数优化方法,计算结果能够反映互层地基土层的单桩竖向荷载传递特征,确定单桩极限承载力的方法和得出的结果是可行和可靠的。     

钢管桩逆作复合基础竖向承载性能试验研究

为了研究砂性土中钢管桩复合基础的承载特性,设计了模型桩系列试验。结果表明:对于单桩复合基础,封桩前阶段的荷载全部直接由承台底砂土承担,封桩后阶段桩体达到极限承载力之前,桩体分担的荷载占荷载增量的73.5%～92%,当桩的承载能力达到极限后,随着荷载的继续增加,桩分担的荷载比例较之前衰减明显,而土体分担的荷载比例增加。钢管桩八桩复合基础中,桩身轴力在桩身上部的衰减梯度明显小于中下部,角桩衰减速率最大,边桩次之;桩身摩阻力自上而下逐渐发挥,桩顶以下1.55 m处摩阻力达到最大;每级荷载作用下,角桩的侧阻力大于边桩。钢管桩群桩复合基础的竖向承载力远大于相对应的高承台群桩承载力。