地铁车站抗拔桩侧摩阻力试验研究

采用自平衡法和滑动测微计法对地铁车站的嵌岩抗拔桩进行了侧摩阻力试验,采用自平衡法进行了嵌岩桩的抗拔试验,同时在桩身埋设滑动测微管,研究桩侧摩阻力的分布规律。研究表明,桩侧摩阻力随深度自下而上递减,且受桩身弹性模量的影响。试验测试得到的摩阻力分布曲线需进行断面修正和回归处理方能得到合理的试验结果。自平衡试验方法可与传统的抗拔试验做对比,验证桩基抗拔承载力,试验结果可为相关抗拔桩测试提供参考。     

嵌岩扩底抗拔桩承载特性现场试验研究

依托国网路平―富乐500kV双回线路工程中嵌岩抗拔桩极限载荷试验,针对其中3根嵌岩扩底抗拔桩,对其桩顶荷载位移关系曲线、桩身轴力及桩身侧摩阻力等特性进行分析。结果表明,对所处岩土层相同、桩长接近的抗拔桩,嵌岩扩底抗拔桩较等截面桩不但能够显著提高极限抗拔荷载,而且能够有效降低桩顶位移。扩大头所处岩层性质对其所能提供的抗拔力影响较大,处于中风化岩层中的扩大头所提供的抗拔力要显著大于位于强风化岩层中的扩大头所提供的抗拔力。对同为扩底型的嵌岩抗拔桩,桩长较短时,扩大头提供的抗拔力占桩体极限抗拔荷载的比例更高,扩大头的扩底作用更显著。对于扩大头位于中风化岩层且扩大头上部等截面段具有一定厚度的黏土层与强风化岩层的抗拔桩,其等截面段与黏土层、强风化岩层接触部分极限侧摩阻力可在规范建议标准值的基础上,根据工程实际适当提高。     

嵌岩灌注桩抗拔承载性状试验研究

嵌岩抗拔桩的荷载传递机理和抗拔承载性状的研究比较缺乏。依据某核电厂2根嵌岩灌注桩单桩竖向抗拔静载试验数据，分析了嵌岩抗拔桩在受荷时的轴力传递、侧阻力发挥和桩端阻力特征，表明抗拔桩在承受拉升荷载时的承载机理与抗压桩存在不同，通过对试验结果的分析讨论，揭示了该地区土层和嵌岩段抗拔侧阻力的取值特点，得出了一些为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。     

嵌岩旋挖扩底抗拔桩工程应用研究

 对于单轴抗压强度在14.4 MPa以下风化程度不同的泥岩、泥质砂岩互层的特殊地质条件,按照现行设计规范,抗拔桩基础往往难以找到合适的终孔地层,利用旋挖钻机成孔、扩孔施工工艺形成扩底抗拔桩解决上述问题,并根据现场原型试验,对嵌岩旋挖扩底抗拔桩承载规律进行研究。根据桩顶静载试验和桩身应变测量试验数据,分析抗拔桩的桩身开裂、桩身变形规律。分析后认为,嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要由桩侧摩阻力、扩大头抗拔力提供,桩侧摩阻力是逐渐发挥作用的,计算桩的极限抗拔力时不宜考虑全部的桩侧摩阻力,扩大头抗拔力在整个抗拔力中占较大比例。嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要受桩顶位移控制。极限承载力是桩顶位移达到极限值(即容许上拔量)所对应的承载力,而不是抗拔桩真正所能发挥出来的最大承载力。当上部结构对抗拔桩桩顶位移比较敏感时,宜采取措施控制桩身变形,而不是单一提高桩的极限抗拔承载力。     

桩侧注浆与扩底抗拔桩的极限载荷试验研究

相比于传统等截面抗拔桩,桩侧注浆抗拔桩和扩底抗拔桩能大幅提高抗拔承载力,具有较高的工程应用前景。笔者开展了有效桩长19 m的桩侧注浆抗拔桩和扩底抗拔桩的极限载荷对比试验,各3根试桩,均加载至极限破坏状态,同时开展桩身轴力与变形量测。从荷载位移曲线、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力发挥特性等方面对两种桩型进行了对比分析。试验表明,两种桩型相比于等截面抗拔桩的承载力提高机理不同:桩侧注浆使得有效桩长范围内各层土桩侧摩阻力普遍得到增强,实测桩侧摩阻力比勘察建议值提高33%~73%。扩底抗拔桩中等截面段侧摩阻力的发挥与勘察报告建议值相当,扩大头提供的抗拔承载力随加载值的增大而逐步发挥,在最大加载值时,扩大头承载力达到总加载的55%,超过等截面段桩侧摩阻力,扩大头的存在对于提高抗拔承载力作用明显。     

普通抗拔桩与托底抗拔桩荷载传递数值分析

基于FLAC3D有限差分软件,对普通抗拔桩和托底抗拔桩进行数值模拟分析,对比研究两种抗拔桩的荷载-位移曲线、桩身轴力传递特性及桩侧摩阻力分布等特性。结果表明:普通抗拔桩的极限承载力小于托底抗拔桩的极限承载力,荷载相同时普通抗拔桩的位移更大;两种桩型的荷载-位移曲线均主要由线性段构成,普通抗拔桩和托底抗拔桩在极限状态时均发生"突变型破坏";托底抗拔桩桩身轴力由下向上传递,普通抗拔桩桩身轴力由上向下传递,两者的轴力沿深度分布形式相反:普通抗拔桩轴力随深度增加而减小,托底抗拔桩随深度增加而增大;两种桩的摩阻力分布曲线相似,上部小,中下部大;荷载水平较低时,托底抗拔桩上部摩阻力大于普通抗拔桩,荷载水平较高时,除了桩端附近,托底抗拔桩全桩摩阻力均大于普通抗拔桩;桩侧摩阻力与桩土相对位移关系呈双曲线型分布。     

嵌岩抗拔桩抗拔承载力试验研究

根据三维嵌岩抗拔桩的抗拔承载力模型试验结果，分析了嵌岩抗拔桩的抗拔承载性状和桩身侧阻发挥特性，得出了一些对该类工程设计和施工具有指导意义的结论。     

砂岩地层扩底桩抗拔承载特性现场试验研究

为确定砂岩地层扩底桩抗拔承载特性,依托国网路平—富乐500 kV双回线路工程,对嵌岩抗拔桩进行现场静载试验,得到该嵌岩扩底桩的侧阻与轴力作用特征,进而提出嵌岩扩底桩极限承载力的简化计算法。分析表明:嵌岩扩底桩的上拔荷载-桩顶位移曲线为陡变型,增加桩长可以有效提高极限抗拔承载力;但底端扩大头的作用随着桩长的增加有所减弱,端身荷载承担比由69.9%逐步降至31.4%;短桩底端扩大头从加载初期即承担上拔荷载作用,而嵌岩长桩的扩大头则不一定,对于其应慎重采用底端扩大头;当桩身强度高于桩周岩体时,试桩等截面段的抗拔承载力由桩周岩体的抗剪切强度提供,其极限侧摩阻力可以等效为桩周岩体的抗剪切强度。     

嵌岩扩底抗拔桩承载特性研究

近年来扩底桩用于建筑物抵抗上拔荷载作用的情况日趋增多,而对扩底抗拔桩的理论研究远跟不上工程实践的发展。分析了扩底抗拔桩的抗拔机理和常用的破坏模式,在合理假定的基础上给出了一种扩底嵌岩桩极限抗拔承载力的计算模式,该模式包含侧摩阻力、桩自重以及扩大头抗拔力对总抗拔承载力的贡献。结合南京绿地广场紫峰大厦工程中两根扩底嵌岩抗拔桩的自平衡法极限抗拔承载力试验结果,进行了该模式计算值与实测值的对比分析,吻合程度较好。     

等截面抗拔桩承载机理的有限元分析

通过对黏性土和砂土中的等截面抗拔桩的模拟计算,研究抗拔桩的承载力、变形以及侧阻力发挥机理;并进行对比分析。抗拔桩在上拔力作用下,上拔荷载-位移曲线具有初始段为直线段,中间为过渡段,终段为陡降特征。桩身摩阻力由上部逐渐向下部扩展,摩阻力存在"滞后"效应和"软化"效应;存在"越拔越松"的现象。与实测资料进行对比,有限元计算结果与实测值比较吻合。     

基于桩侧阻力强化效应的嵌岩桩承载力计算

 根据常法向刚度条件下结构面剪切力学特性研究嵌岩桩的荷载传递机制。考虑桩–岩界面胶结作用,提出完整的嵌岩桩桩–岩界面剪切机制,即包括胶结破坏、滑动剪胀及剪切滑移3部分;根据桩–岩界面不同剪切阶段的力学特性,建立完整的桩–岩界面剪切本构方程。基于结构面剪切力学特性,从理论上分析嵌岩桩桩侧阻力强化效应的产生机制。研究结果表明,桩侧阻力增强效应在整个桩侧都有发生,但在桩端附近桩侧最为明显。在机制分析的基础上,提出考虑桩侧阻力强化效应的嵌岩桩竖向承载力理论计算方法,该法计算模式明显有别于传统桩基规范算法。工程算例对比分析结果表明,该方法计算值比桩基规范传统算法计算值更接近于现场实测静载试验结果。这一算法可为嵌岩桩设计与应用提供新的思路。     

基于桩–岩结构面特性的嵌岩桩荷载传递分析

 嵌岩桩的荷载传递特性主要取决于混凝土–岩石界面的剪切特性。基于桩–岩结构面剪胀及破坏机制,建立适于弱质岩石嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得破坏及弹性条件下桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式,并由此推导出嵌岩桩的临界长度。基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,从理论上分析嵌岩桩桩径、桩–岩模量比、剪胀角对嵌岩桩荷载传递的影响,并提出有关设计建议。提出可近似考虑各因素综合影响系数h,可作为嵌岩桩承载性能的宏观控制指标。同等条件下,h值越大,嵌岩桩承载性能越好,能承受的极限荷载也越大。工程算例对比分析结果表明,理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

嵌岩桩与多层土质构造下摩擦桩的自平衡法测试

结合检测工况对测试数据的影响,对自平衡"精确转换法"进行改进,提出摩擦桩位移协调转换法和嵌岩桩的荷载协调转换法,实际应用结果说明两种转换方法合理。所得测试结果表明湄公河大桥桩基承载力符合设计要求;分析湄公河大桥试桩的侧摩阻力和端承力分布,嵌岩桩和摩擦桩纵向承载均以侧阻力为主。     

嵌岩桩的承载特性与计算模式的认识

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的,在计算嵌岩桩承载力时,过去常忽略覆盖层的侧阻力,将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待,荷载全部由桩端承担。本文通过对嵌岩桩的长径比大小、上覆土层特性、嵌岩段的岩性及成桩工艺(有无沉渣)等分析,得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念,从而改变了人们对嵌岩桩承载特性的认识。即认为嵌岩桩的长度越长,长径比越大,上覆土层越硬、嵌岩深径比越大、嵌入岩体越深,嵌岩桩的承载性状越表现为摩擦型桩,而离端承桩也越来越远。并对现行的几种嵌岩桩承载力的计算模式进行了分析。     

模型嵌岩桩推出试验及其填隙材料遴选研究

嵌岩桩模型试验,需要在桩身贴片,而现浇桩贴片困难,所以采用预制桩的形式,这就需要解决预制桩与桩周岩面的接触面问题。试验采用不同类型胶凝材料填补桩岩界面缝隙,也选用了不同类型基岩,并进行推出试验探索其承载特性,并遴选出最优的填隙材料进行嵌岩桩模型试验。试验结果表明:高强度水泥砂浆能较好地模拟桩岩界面接触作用。     

岩层设承力盘的嵌岩桩抗拔静载试验及计算方法研究

为提高东南沿海桩基础抗拔承载性能,开发应用了一种新型的、在桩身嵌岩段的上侧岩层中设置双向旋扩承力盘的抗拔嵌岩桩。结合广东佛山市某工程,进行单桩竖向抗拔承载特性静载试验。试验表明,该桩抗拔性能优越,抗拔承载力大大优于抗拔直孔桩及扩底桩。基于实测数据,建立适用于该桩的极限承载力双曲线理论模型。基于Hoek-Brown岩体破坏准则及嵌岩桩单桩抗拔承载机理,提出该桩型的抗拔破坏模式,并建立相应的单桩抗拔极限承载力计算方法。该计算方法可有效反映盘下嵌岩段的岩体性质、承力盘所处岩层的岩体性质、盘角及上覆土层厚度等因素对基桩抗拔极限承载力的影响。与规范方法、现场实测的抗拔承载力计算结果对比表明,该计算方法与现场测试结果吻合度高,具有很好的应用前景。     

耦合结构面剪胀的嵌岩桩侧摩阻力分析

 嵌岩桩桩–岩界面受力剪切机制通常包括滑动剪胀及剪切滑移两部分,滑动剪胀导致桩–岩界面法向应力显著增大。Serrano法计算嵌岩桩侧摩阻力没有考虑桩–岩界面剪胀效应的影响,从而使得其计算结果比现场实测值偏保守。基于常法向刚度(CNS)条件下结构面剪切力学特性,充分考虑岩性、桩径以及施工等因素对嵌岩桩受力特性的影响,在对既定粗糙度结构面剪胀产生的法向应力增量实现量化分析的基础上,通过耦合结构面剪胀对Serrano法进行修正。计算结果表明,修正的Serrano法计算所得嵌岩桩侧摩阻力明显高于Serrano法,也更接近于现场实测。修正的Serrano法完善嵌岩桩侧摩阻力的理论计算。     

黄土地基中抗拔桩与抗压桩对比试验研究

通过对4根相同桩长、桩径、位于同一场地的灌注桩在竖向的拔力和压力作用下的对比试验,研究分析黄土地基中的抗拔桩和抗压桩的承载能力和位移特性,并对抗拔桩桩周地表的变形进行分析。结果表明,在相同的桩顶荷载作用下,抗拔桩桩顶上拔量大于抗压桩桩顶沉降量,当抗拔桩的上拔荷载大于1 100 kN后,侧阻力迅速退化。随着荷载的增加,抗拔桩上部侧摩阻力变化较小,而在桩身下部,侧阻增长较快。抗拔桩在2 900 kN的上拔荷载下,在距试桩中心3.667倍桩径处,地表仍有0.2 mm的隆起变形。     

嵌岩方桩竖向承载性状的有限元分析

在有限元分析的基础上,采用三维Mohr-Coulomb非线性弹塑性模型对嵌岩方桩垂直荷载作用下的承载性状做了较全面的探讨。计算结果表明,随着嵌岩深度的增加,嵌岩方桩的极限承载力也逐渐增加,当嵌岩深度超过h/B=3.0后,方桩的承载力变化不大。随着嵌岩桩岩石弹性模量和内摩擦角的增大,嵌岩方桩的极限承载力也随之增加。文中结论可为方形桩基工程的科研、设计和施工提供参考。     

按桩顶沉降控制嵌岩桩竖向承载力的方法

结合现场嵌岩桩试桩资料,深入分析了嵌岩桩的竖向承载机理,并提出了按桩顶沉降量控制嵌岩桩竖向承载力的设想及其相应的计算方法,该方法可充分考虑桩侧土(岩)阻力及桩端岩层阻力的发挥程度,尤其适用于超长嵌岩灌注桩竖向承载力的计算,最后结合某大桥嵌岩桩静载荷试验数据进行了分析,理论计算与实测结果吻合良好。