软黏土中劲性复合桩水平承载特性p-y曲线研究

劲性复合桩(SC桩)是一种将高强度混凝土桩与水泥土桩相结合的新型桩基。为研究软黏土中SC桩水平承载力理论计算方法,将水泥土视为硬黏土,基于现有软黏土和硬黏土中桩基的p-y曲线形式,考虑水平荷载作用下桩周水泥土和软黏土的土抗力分担比例,推导了p-y曲线中两个重要参数p_u和y₅₀的修正因子,进而建立了软黏土中SC桩水平承载特性p-y曲线计算方法。通过与3个现场试验的实测结果的对比分析,验证所建立的p-y曲线法的准确性与可靠性,继而开展SC桩水平受荷性能影响因素分析。结果表明:所建立的理论计算方法可以有效预测SC桩的水平承载特性,且当桩身变形较大时应考虑混凝土芯桩的非线性影响。水泥土桩桩径(D)对SC桩水平承载性能影响显著,当水泥土桩与混凝土芯桩的桩径比(D/d)从1.0增至3.0时,120 kN水平荷载下的桩头位移从25.8 mm减至5.1 mm,且桩身最大弯矩值减小51.0%;桩身水平承载性能受水泥土桩桩长(L)的影响较大,但当长径比(L/d)超过10后,桩身内力位移趋于稳定值;适当地增加水泥土桩强度与混凝土芯桩弹性模量也可提高SC桩的水平承载性能。     

软黏土中水平受荷桩的静力和循环p–y曲线

首先介绍了构建软黏土中水平受荷桩静力p–y曲线的拟三维分析方法,该方法基于考虑土体特性的二维弹性虚拟加载上限方法和改进的三维极限承载力剖面。基于水平受荷桩的静力p–y曲线,引入土体不排水抗剪强度和塑性累积位移间的关系和Masing准则,建立了水平受荷桩的循环p–y曲线。采用考虑土体应力–应变关系及强度衰减的p–y曲线分析离心机模型试验,计算结果表明本文方法可较好地模拟黏土中水平受荷桩的静力及循环承载特性。经试验标定土性相关参数后,本文循环p–y曲线在不同循环荷载幅值下获得的桩顶荷载–位移滞回曲线及相应桩顶荷载衰减曲线均与离心试验结果基本吻合。     

基于应变路径法的黏土中水平受荷桩p–y曲线

水平桩的p–y曲线大多是基于试验数据(A P I规范,双曲线),旨在从理论出发推导桩侧土体的p–y曲线。首先,推导了与上限解等价的分步弹性加载理论,并结合刚性圆盘在环状弹性介质中受水平力作用下的弹性力学解以研究桩身水平位移和桩周平均剪应变间的关系;再应用该平均剪应变和土体的双曲线应力应变关系建立联系以得到桩周土体在加载过程中的平均屈服应力即已发挥的土体强度;以此确立二维情况下桩身位移和桩周土反力的关系即p–y骨干曲线。再进一步根据三维的桩侧初始地基模量和桩侧极限承载力,将其推广至三维。该p–y曲线的优点在于可以考虑土体应力应变关系、桩身刚度和长细比对p–y曲线的影响。最后,将本文p–y曲线和传统p–y曲线分别与工程实例以及有限元结果进行对比,并指出传统p–y曲线的不足及恰当的使用范围。     

劲性搅拌桩在水平荷载下承载特性研究

由于单桩水平承载力的影响因素很多,劲性水泥土搅拌桩的水平承载力研究是一项空白,为了探讨劲性水泥土搅拌桩的水平承载特性,通过对3根劲性水泥土搅拌桩的水平承载力载荷试验研究,讨论了该桩的水平临界荷载、极限荷载及水平承载力设计值,分析了其破坏模式。     

等芯与短芯劲性复合桩承载特性对比研究

劲性复合桩为近年来工程界出现的新桩型,等芯劲性复合桩和短芯劲性复合桩得到了广泛应用,当前针对两者承载特性差异的研究鲜见报道。文章建立等芯与短芯劲性复合桩数值计算模型,结合室内试验结果设置界面接触属性,明晰等芯与短芯劲性复合桩承载特性差异。结果表明：等芯劲性复合桩沉降控制效果优于短芯劲性复合桩,内芯桩端下水泥土非复合段的压缩量是短芯劲性复合桩沉降量的主要组成部分;相较于等芯桩,短芯桩应关注水泥土强度对桩性能的影响;短芯劲性复合桩的桩侧摩阻力分担了更多的上部荷载,桩端下土体压缩量较小,对桩端持力层刚度的要求低于等芯劲性复合桩;两种劲性复合桩内芯轴力与内界面侧摩阻力沿深度的变化规律基本相同。研究成果可为劲性复合桩工程实践提供科学依据。     

砂土中水平桩不同p—y曲线尺寸效应研究

通过现场水平受荷桩试验,评测现有砂土中p—y曲线模型准确性随着桩径增加或变形增加的精度,并选用现场实验数据,评测三种p—y曲线模型预测桩身弯矩的精度,该结果可广泛应用于工程中砂土不同直径水平受荷桩的非线性分析,为大直径的水平桩受荷分析提供建议。     

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。     

多桩型软岩复合地基承载特性现场试验研究

为了研究多桩型软岩复合地基的承载特性,选取了具有代表性的多桩型软岩复合地基工程,对复合地基大直径桩和CFG桩桩身轴力及桩间土应力进行了长期监测,并根据测试结果对软岩复合地基承载特性进行了分析。分析结果表明,软岩复合地基的承载特性与一般刚性桩复合地基的承载特性相似,复合地基中大直径桩与CFG桩桩身轴力随深度增加呈现先增大后减小的分布特征,在桩顶一定范围内桩侧存在负摩阻力,桩间土应力则随着与桩中心距的增加而增大。当建筑结构主体完工后,现场实测得到大直径桩桩顶平均压力约1847k N,CFG桩桩顶平均压力约105k N,复合地基表面桩间土应力在70~200k Pa之间,根据实测结果推算出的强风化泥岩中平均应力约为273k Pa。从测试分析结果中可以看出,软岩复合地基充分利用了地基中强风化泥岩的天然地基承载力,具有较好的经济性。     

软岩复合地基桩间岩土承载特性现场试验研究

软岩复合地基是近年来软岩地区新近发展出的一种地基基础形式,可有效利用复合地基中软岩的天然地基承载力,但目前对于软岩复合地基中软岩承载力发挥情况的研究并不多见。为了研究软岩复合地基承载时桩间软岩的承载特性,文章选取了具有代表性的软岩复合地基工程,对复合地基中软岩承载特性展开了现场试验研究。实测结果表明,软岩复合地基表层软岩发挥的最大承载力达540 k Pa,合理利用了软岩天然地基承载力,是一种经济高效的新型软岩地基加固处理方式。     

钢渣桩复合地基承载特性研究

本文阐述了豫北某钢厂挤密钢渣桩处理湿陷性黄土地基的机理、设计与检测。重点论述了钢渣桩复合地基的设计思路与检测方法，并从技术、经济及社会角度与碎石桩复合地基进行了比较。     

劲性复合桩抗拔承载机理分析与改进对策

由水泥土桩与预应力抗拔管桩组合所形成的劲性复合桩用于大型多层商业综合体建筑的抗浮构件,在国内尚属首次。文章通过既有劲性复合抗拔管桩的承载机理分析、校核与对比,指出设计劲性复合抗拔桩存在承载力不足、耐久性缺陷,以及主导规程依据缺失等问题;根据静载试验桩与实际劲性复合抗拔桩受力工况条件对比分析,得出实际劲性复合桩的抗拔承载力特征值小于静载试验结果的结论;并依据分析结果,对桩基结构进行处置改进,使柱下独立承台群桩基础呈群桩整体破坏,而劲性复合桩中的刚性管桩与灌芯组合结构,以及刚性桩与承台节点不发生破坏。在此情况下,不考虑水泥土桩体复合作用的既有单桩承载力计算特征值,可满足设计抗浮承载能力的要求。     

云南泥炭质土层劲性复合桩承载力特性研究

泥炭质土作为云南地区特有的土质,是一种特殊的软土地基,这使得桩基的选择成为重中之重。劲性复合桩作为一种新型组合桩型,是利用水泥土桩内部插入相应芯桩组合而成,对整体承载性能有很大提升,并且对软土地基处理有着良好的效果。本文通过室内模型试验,研究不同芯桩长度及不同截面大小的劲性复合桩的荷载—沉降曲线、桩身轴力及桩身侧摩阻力,得出劲性复合桩在荷载作用下的承载特性。试验表明：劲性复合桩荷载沉降曲线呈“缓降”型,表现为大直径桩的承载特性;芯桩承担主要荷载,轴力与摩擦力在芯桩底端截面处发生突变。     

劲性复合桩抗拔承载机理分析与改进对策

由水泥土桩与预应力抗拔管桩组合所形成的劲性复合桩用于大型多层商业综合体建筑的抗浮构件,在国内外尚属首次。本文通过既有劲性复合抗拔管桩的承载机理分析、校核与对比,指出设计劲性复合抗拔桩存在承载力不足、耐久性缺陷,以及主导规程依据缺失等问题;根据静载试验桩与实际劲性复合抗拔桩受力工况条件对比分析,得出实际劲性复合桩的抗拔承载力特征值小于静载试验结果的结论;并依据分析结果,对桩基结构进行处置改进,使柱下独立承台群桩基础呈群桩整体破坏,而劲性复合桩中的刚性管桩与灌芯组合结构,以及刚性桩与承台节点不发生破坏,此时,可满足设计抗浮承载能力的要求。     

不同包裹角度下GFRP复合桩水平承载特性研究

玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer)是由玻璃纤维和基体材料按照一定比例混合而成的高性能材料,具有轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳的优点。GFRP复合桩是利用GFRP筋代替钢筋,并且在桩身包裹GFRP布的一种新型桩基形式。为了研究在桩身表面粘贴不同角度的GFRP单向布对GFRP复合桩水平承载性能的影响。通过室内模型试验,研究了在桩身表面分别按照30°、45°和60°包裹GFRP单向布,对单桩的水平承载力和抗弯刚度的影响。利用ABAQUS有限元软件建立模型,对不同包裹角度GFRP复合桩的水平承载力进行数值模拟。试验结果表明:随着包裹角度的增加,单桩的水平承载力和抗弯刚度随之增加,桩身的弯矩则减小少。在桩顶承受2 000 N的水平荷载作用时,GFRP布按60°包裹的GFRP复合桩的水平位移比按30°包裹减小了21.8%,桩身截面的最大弯矩减小了16.7%。增大GFRP单向布在桩身的包裹角度,可以提高GFRP复合桩的水平承载力。     

单桩水平承载特性研究综述

单桩水平承载作用下的工程性能是桩基工程的主要课题之一.该文回顾了单桩水平承载力特性的研究历史及现状,总结了国内外相关研究的理论方法,探讨了水平受荷桩试验研究进展,分析了当前对水平荷载下桩基受力特性,并对单桩桩基受水平荷载的研究方向进行了展望.国内外试验与研究表明,合理选取方法及参数对桩基的水平承载力进行分析计算,能够有效保障桩基工程水平承载安全性的基础上降低工程成本.     

软黏土中冲刷坑尺寸对水平向受荷桩承载性能影响分析

冲刷会导致基础的承载力降低甚至结构的失稳。在实践中往往忽略冲刷坑的几何形状,这对冲刷后水平向受荷桩承载性能评估带来偏差。文中基于传统软黏土p-y曲线,提出修正后的p-y曲线,使其能够用于冲刷后软黏土中水平向受荷桩承载性能计算。结果表明:相比于考虑了冲刷坑尺寸的情况,忽略冲刷坑尺寸会导致桩顶位置水平向位移大10%～19%,弯矩大6%～8%;冲刷坑深度对结果影响最大,冲刷坑坡角影响最小,而冲刷坑宽度增加到8倍桩径之后其影响可以忽略不计。     

砂土地基小直径单桩的浅层土p–y曲线

小直径桩在桩基础的抗震设计、加固中已得到越来越多的应用。针对美国石油协会(API)规范的p–y曲线法和中国规范的m法对小直径单桩的适用性问题,通过拟静力试验研究了砂土地基小直径单桩的浅层土(深度小于1 m)p–y曲线。对实测桩身弯矩采用分段函数的拟合方法来推算土反力和桩身变形,获得了小直径单桩在饱和中砂中的浅层土静力p–y曲线,并基于试验结果提出了三线性本构。进一步地,通过数值模拟分析比较了所提出的浅层土三线性p–y曲线、API规范的p–y曲线、中国规范的m法对预测小直径桩基受力和变形的有效性。结果显示API规范的p–y曲线可能稍低估桩基的水平承载力,并获得更深的桩身最大弯矩位置,而提出的浅层土三线性p–y曲线可更好地预测桩基的整体水平力和位移关系、桩身弯矩及变形。另外,传统的m法仍然适用,当桩身变形较小时(土面桩身变形不超过6 mm),m值宜取推荐范围内的较大值,而当桩身变形较大时,m值宜取推荐范围内的最小值。     

劲性桩复合地基在工程中应用

对于工程建设中遇到的厚层素填土,应选择合适的地基处理方案。鉴于单一桩型的局限性,将常用的散体桩(S桩)、水泥土类桩(M桩)和混凝土桩(C桩)中的两种或三种进行复合,形成互补增强的劲性复合桩型,结合了各种桩型的优点,充分体现出优越的经济技术效益。     

黏土中桩身表面粗糙度对单桩承载特性影响的试验研究

为研究预制桩桩身表面粗糙度和桩端条件对单桩承载特性的影响,预制了6种不同桩身粗糙度的桩,在室内进行了黏土中纯摩擦桩和摩擦端承桩的试验。试验结果表明:预制桩在黏土层中桩身表面粗糙度越大,其极限承载力越高;相同粗糙度不同桩端条件的桩,在荷载较小时荷载-沉降曲线基本重合,随着荷载的增大,相同荷载下,摩擦端承桩的桩顶沉降量小于纯摩擦桩的桩顶沉降量;在桩端处纯摩擦桩的侧摩阻力急剧减小而摩擦端承桩的侧摩阻力有所增强,经对这种现象分析认为,在摩擦端承桩中桩端处土体有挤压效应而使此处的侧摩阻力增大,在纯摩桩中,桩端底部是空的,桩土在桩端处相互作用较小而导致此处侧摩阻力减小。