基坑开挖对抗拔桩极限承载力影响的模型试验研究

采用模型试验的方法研究了砂土地基中基坑开挖对抗拔桩极限承载力的影响,试验过程中考虑了基坑开挖直径、开挖深度及坑底以下有效桩长不同的情况,共进行19组试验。试验结果表明：开挖深度相同时,基坑开挖直径越大,抗拔桩极限承载力下降越多,开挖直径为30 cm（10d）时,抗拔桩极限承载力较开挖前有明显下降,随着开挖直径的继续增加,极限承载力继续下降,但下降幅度逐渐减小,并趋于一个稳定值;开挖深度相同时,坑底以下有效桩长越短,开挖后抗拔桩极限承载力损失比例越大;开挖卸荷后坑内土体处于超固结状态,抗拔桩极限承载力大于土体为正常固结状态时,开挖深度相同时,坑底以下抗拔桩长度越短,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力与土体正常固结状态相比增加比例越大;坑底以下有效桩长相同时,开挖深度越大,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力也越大。     

既有地下室增层开挖引起的桩基侧摩阻力损失分析

既有高层建筑地下增层开挖,不可避免地引起地基应力场改变,导致桩土接触面和桩端土层应力变化,从而降低原基础底板下桩基承载力。由于实际工程情况限制,增层开挖后桩基的承载力无法通过现场试验获得,因而采用理论分析和有限元模拟增层开挖后桩基承载力就显得尤为重要。采用经典桩侧摩阻力计算公式,简单地考虑上覆土压变化以及应用Mindlin应力解考虑开挖引起的附加应力,分别计算桩侧极限摩阻力,然后利用有限元法计算桩侧摩阻力并和前述计算结果相对比,最后分析了增层开挖条件下桩侧极限摩阻力损失比随不同增层开挖宽度和深度的变化规律,结果表明：损失比随增层开挖宽度的增大而增大,开始呈线性增大然后趋于稳定;损失比随增层开挖深度的增大而增大,大致呈线性趋势;损失比沿桩身由上往下逐渐减小。     

深开挖条件下抗拔桩分析与设计方法

上海世博500kV地下变电站抗拔桩桩端埋深为82.3m,开挖深度约34m,且开挖面积大,开挖土方量达450000m3。结合工程实际提出了深开挖条件下抗拔桩的分析与设计问题。对深开挖条件下抗拔桩开挖段侧摩阻力的扣除、开挖卸荷桩周土体围压减小引起的抗拔桩承载力损失及开挖卸荷基底土体回弹对桩产生预拉力等问题进行了分析。提出了一种双套管法实现开挖段侧摩阻力的扣除,得到有效桩长的抗拔承载力;采用有限元法和基于Mindlin解的简化分析方法预估大面积深开挖土体卸荷引起抗拔桩承载力损失比例;采用有限单元法分析基坑开挖卸荷土体回弹对桩身产生预拉力,并指出深开挖的桩身设计应进行开挖过程及正常使用阶段两个方面的抗拉强度的验算。     

深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析

抗拔桩极限承载力的确定对于工程设计有决定性作用,由于实际工程情况和现场试验条件的限制,深层开挖条件下的抗拔桩极限承载力实际上无法通过现场试桩得到,因而理论研究显得尤为重要。采用基于直接约束算法的桩土库仑摩擦模型,借助于弹塑性有限单元法对上海某工程的等截面和扩底抗拔桩单桩足尺试验进行对比分析,验证了所采用的理论计算分析方法的合理性,得到了上海软土地区抗拔桩有限元计算的相关参数。然后在此基础上,对比了等截面和扩底抗拔桩受力特性,通过在不同开挖宽度和埋置深度条件下抗拔桩极限承载力的对比分析和影响因素的探讨,最后得到了深层开挖条件下抗拔桩承载力变化的一般规律。     

超深开挖对抗拔桩承载力影响的离心机试验研究

深基坑开挖会改变桩周土的应力状态,影响抗拔桩的承载力。通过离心机模型试验,研究了超深开挖对抗拔桩承载力的影响。采用考虑基底土超固结效应影响的有限元数值模拟分析方法,对离心机试验进行了计算分析,研究超深开挖对抗拔桩承载力影响的内在机理。研究结果表明：坑内土体卸荷,桩侧土体有效应力降低,抗拔桩承载力下降;受基底土超固结效应的影响,桩侧土静止土压力系数要大于正常固结状态,桩侧极限摩阻力与抗拔桩承载力大于正常固结状态;不考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,以覆土条件下的承载力做为设计取值,偏于不安全;考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,但不考虑基底土的超固结特性,抗拔桩承载力的取值偏于保守。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

深开挖条件下抗拔桩承载性状分析与设计方法研究

基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩-土界面法向应力及抗拔桩原有受力特点发生改变。由于实际工程条件限制,开挖后的坑底试桩往往不具备工程条件,因此掌握大面积深开挖抗拔桩承载特性,寻求简便、实用的下部桩身承载力测试方法便显得尤为重要。通过数值模拟开展对4类试桩方法:常规试桩、试验试桩、套管试桩及坑底试桩的数值分析,总结不同试桩方法下抗拔单桩荷载传递规律与其工作机理。在此基础上对本文提出的试验试桩方法进行参数化分析,结果表明:抗拔桩有效桩长越长,开挖面处钢筋拉力与开挖后的承载力损失比越小。而随着开挖深度的加大,钢筋拉力的损失比基本在10%~15%变化。在实际工程应用中,建议可按本文提出的试验试桩方法测试下部桩身承载力,并按10%~15%的折减考虑开挖后的最终承载力。     

抗拔群桩承载力的简化计算

抗拔群桩极限承载力是抗拔桩设计的主要内容之一,然而相对于抗拔桩单桩的极限承载力研究而言,国内对抗拔群桩极限承载力的理论研究相当有限,现有分析方法大多采用等效墩法预测抗拔群桩的极限承载力。等效墩法虽然计算方法简单,然而不能合理考虑桩-桩相互作用对群桩承载力的影响,因而有一定的局限性。本文采用边界元法分析群桩的极限承载力,该方法能较好的考虑桩-桩间的相互作用对群桩承载力的影响。在此基础上,本文对抗拔群桩的影响因素进行了详细分析,分析结果表明抗拔群桩效率系数随桩的距径比的增加而增大,随长径比的增大而减小,随桩数的增加而减少。由于边界元法计算过程较为复杂,本文通过回归分析方法给出了预测抗拔群桩承载力的经验公式,从而简化了抗拔群桩承载力的计算,便于应用于实际工程。通过与模型试验结果进行对比,对比结果表明本文提出的两个预测抗拔群桩承载力的分析方法可以较好的预测抗拔群桩的极限承载力,计算结果与实测结果较为相近。     

开挖条件下抗拔桩承载力的离心模型试验

深开挖条件下抗拔桩的承载力问题正受到越来越多的岩土工程师和科研人员的重视,对这个问题的理论研究也正在逐步开展,但由于实际工程情况限制,往往工程现场无法进行原位试桩,对理论研究成果也就无法直接进行验证。基于此,采用室内离心模型试验来代替现场原位试验,通过开挖前后抗拔单桩的离心模型试验全面的考察开挖前后抗拔桩的承载力变化特性,分析开挖前与开挖后抗拔桩在竖向上拔荷载作用下的Q–s曲线、桩身轴力以及极限承载力,然后分别利用文献中的数值分析方法和极限平衡简化分析方法建立合理的模型模拟分析离心试验,并将理论方法计算结果和离心模型试验结果进行对比,以此来验证数值分析方法和极限平衡简化分析方法的合理性。     

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。     

上海世博500kV地下变电站超深抗拔桩的设计与分析

上海世博500kV大容量全地下变电站地下建筑直径(外径)为130m,地下结构埋置深度34m,正常使用阶段采用桩端深度达82.3m的钻孔灌注桩作为抗拔基础。与浅埋的地下工程相比,该深埋地下结构抗拔桩设计面临的特殊问题是如何反映如此大体量深层地下开挖卸荷对抗拔桩承载特性的影响,主要表现在:深埋地下结构抗拔桩地面试桩开挖段侧摩阻力的扣除;开挖卸荷后桩周土体围压减小对桩基承载力削弱的影响;开挖卸荷基底隆起对桩产生的预拉力。介绍了上海世博500kV地下变电站工程超深抗拔桩的设计,采用现场试验与有限元方法针对上述深层开挖带来的特殊问题进行初步的研究与探讨。理论分析表明,深层开挖对抗拔桩承载性能产生了显著的影响,承载力发生较大削弱且产生较大的预拉力。该抗拔桩的设计采取了相应的对策。     

深开挖卸载条件下坑底群桩受力特性的有限元分析

大面积的深基坑坑底往往设置密集的工程桩,深开挖导致的土体卸荷回弹作用会对这些工程桩产生强烈的影响。采用ABAQUS软件建立平面有限元分析模型,对深开挖过程中坑底群桩的受力特性进行研究,确定桩顶抬升量、桩土相对位移、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布。最后在开挖结束时对各工程桩重新加载,根据Q-s曲线来判断其抗压承载力和抗拔承载力。结果表明,工程桩的承载力与其在基坑平面中的位置有关。     

扩底桩的抗拔承载力试验及计算

通过对干旱地区黄土中扩底桩的抗拔试验 ,测试了扩底桩在上拔荷载、水平荷载作用下的上拔位移和水平位移以及位移与荷载的关系。研究了极限上拔承载力和抗拔桩的破坏机理。在相同条件下 ,增加扩大端的高度对提高桩的极限上拔承载力是有效的 ,破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏。提出了极限上拔承载力的理论计算模式 ,并与实测资料进行了对比 ,理论计算结果与实测值是吻合的     

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。     

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.     

竖向荷载下膨胀土桩基承载室内模型试验

利用自主研发的多向桩基加载系统,开展了室内模型试验,研究了膨胀土中桩基分别在最优含水率和饱和含水率条件下的下压和上拔荷载桩基的承载特性。试验结果表明:膨胀土含水率的变化,对抗压桩的极限承载力影响更为明显,对抗拔桩的极限位移影响更为明显。随着含水率的增加,尽管抗压桩和上拔桩的极限侧摩阻力均减小,且减小程度接近,但上拔荷载作用下极限侧摩阻力明显低于下压荷载的极限侧摩阻力。不同含水率条件下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而上拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布,含水率的增加使抗压桩和上拔桩的极限承载力显著减小,且抗压桩减小幅度更大,但抗压桩的极限承载力始终大于上拔桩的极限承载力。