浅析水平荷载作用下单桩承载力影响因素

分析了影响单桩水平承载力以及位移的主要因素—桩长、桩径、竖向荷载、桩身抗弯刚度、桩身截面积、桩顶形式等。在影响单桩承受水平荷载作用性状的诸多因素中,桩长的影响相对较大。在单桩的桩长范围内,桩长越长其水平承载能力越高。通过分析比较,为改进和提高桩基础结构设计的安全性和经济性提供了依据,可供工程应用参考。     

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。     

夯扩桩受水平荷载作用时的性状研究

应用有限元软件ANSYS模拟夯扩桩基础,对钢筋混凝土夯扩桩受水平荷载作用时的性状开展深入的研究,分析影响单桩水平承载力以及位移的主要因素——桩长、桩径、竖向荷载、桩底扩大头、桩身抗弯刚度、桩身截面积、桩顶形式等;在对单桩分析的基础上,进一步分析群桩受水平荷载作用时的性状及影响因素——桩距、桩数、桩长、桩径、土体模量、扩大头。发现桩径和扩大头对夯扩桩水平承载力影响较大,桩距和桩数对位移场群桩效应的影响较为显著。     

非均质地基中桩的荷载传递特性

考虑了非均质地基,对现有的荷载传递模型进行了改进,采用“桩顶荷载等值法”来计算竖向受荷单桩的荷载-沉降曲线,同时编制了计算机程序,并将用该方法所得的荷载-沉降曲线与现场实测的数据进行拟合对比,结果比较吻合。最后,分析了桩长、桩径、桩身混凝土弹性模量等参数对荷载-沉降曲线的影响,得出了一些较有意义的结果。     

基于荷载传递函数法的单桩抗拔承载力计算方法研究

采用荷载传递函数法,推导考虑桩身自重的抗拔桩的基本微分方程,建立荷载增量与变形增量的迭代关系。根据位移协调法,给出了荷载-位移加载曲线的计算步骤。通过与实际工程中试桩的实测结果进行对比,表明计算结果相对偏小,总体吻合情况良好,说明了该方法计算抗拔桩的可行性。此外,对桩身的设计参数进一步作了参数分析,考察承载力的变化规律。结果表明,当桩体满足承载力要求时,改变桩身的配筋率和混凝土强度对桩体的抗拔承载力影响不大,桩长和桩径是抗拔承载力主控因素。     

考虑嵌入变形水平受荷桩分析

在弹性理论的基础上,假设桩-土之间有嵌入变形以模拟土的塑性,分析了水平荷载作用下桩基的荷载-变形特性。研究了模型参数的取值方法,同“m”法做了比较。算例分析表明,这个模型的计算结果同实测吻合得较好,并且可以考虑桩-土以及桩-桩相互作用,有利于分析群桩;直桩截面直径的增加,可以显著提高桩的水平承载力,但是当桩径达到一定值以后,桩径的提高对水平承载力的提高幅度并不显著;桩长的增加,不一定能够提高桩的水平承载力,存在一个临界桩长;地面土临界侧压力的提高,可以明显改善桩周土体的受力状态,减小桩的水平位移,提高水平承载力;“m”法假设地面侧压力为0,同黏土地基的工程实际不符。     

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。     

上拔与水平力组合作用下单桩静载试验

通过现场单桩水平静载荷试验及上拔与水平力组合作用下单桩静载试验,分析了水平荷载作用下不同桩身抗弯刚度灌注桩的变形特性和承载特性,探讨了有、无上拔荷载作用两种情况下单桩水平承载力及变形之间的差异。结果表明:桩身抗弯刚度的大小是影响单桩水平承载力及水平位移、桩顶转角的一个重要因素;当水平荷载较小时,与水平荷载同时作用的上拔荷载对桩的水平位移及桩顶转角无较大影响;而当水平荷载较大时,上拔荷载的主要影响在于降低桩周土体的强度,使得土体的水平位移增大。     

刚性基础下复合地基桩长计算方法

由于刚性基础下的复合地基没有考虑桩土变形协调和土的沉降位移,桩土相对位移计算偏大,导致计算桩侧摩阻力值偏大而设计桩长偏小。针对复合地基传统设计方法的不足,建立了一个考虑桩土变形协调和土的压缩变形对桩体荷载传递影响的双曲线模型函数,以及建立了荷载从桩顶向下传递计算的方法,可更准确计算桩侧摩阻力及桩端荷载,桩底土层沉降采用切线模量法计算,以桩体压缩量及桩端土体沉降量为控制要求,进而可以确定满足复合地基承载力及沉降要求的单桩长度。通过工程实例验证,该方法计算得到的复合地基桩长与实际工程中桩长基本一致,为今后复合地基桩长设计提供参考。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

桩承式加筋路堤关键部位分析

建立了桩承式加筋路堤模型,对关键部位进行了分析。结果表明:设置加筋垫层对桩顶平面产生良好的保护作用,边桩弯矩和剪力较大,中桩桩侧摩阻力充分发挥有效减小了桩端土附加应力。     

Lateral load response of steel fiber reinforced concrete model piles in cohesionless soil

It has been long recognized that piles could be damaged under major lateral loading environments. Precautions such as increasing pile dimensions or reinforcement to avoid damages were often proved to be inadequate for satisfactory pile design especially against heavy lateral loads. This fact necessitated research for piles that are more resistant to lateral forces. Recent debate for better lateral load performance has been about the design and construction of ductile piles. In this respect, steel fiber reinforced concrete (SFRC) can be considered as a contemporary material being able to provide desired additional ductility to conventional reinforced concrete (RC) piles. The lateral load carrying mechanisms of SFRC piles and their interaction with surrounding soil have not been fully studied yet. In this study an investigation for lateral load carrying capacity of SFRC piles in cohesionless soils has been undertaken. A model study involving instrumented model piles, a testing pool and a monotonic loading mechanism has been planned and pursued. Three different steel fiber ratios by volume were utilized in the production of model piles. Performances of these piles were compared with that of the conventional concrete pile. The goal was to observe the influence of steel fibers on ductile pile behavior by isolating them from other reinforcement components (i.e. bending and shear reinforcement). It has been found that SFRC model piles with steel fiber reinforcement ratios of 1% and 1.5% are capable of providing more ductility and higher lateral load carrying capacity while taking lower bending moments compared with the concrete model pile.     

考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析

目前就隧道开挖对桩基变形影响的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,较少考虑地基的剪切变形和桩侧土体三维作用效应。基于Pasternak地基模型,首先推导了隧道开挖与邻近桩基相互作用的简化理论解,该解反映了地基剪切变形但未考虑桩侧土体三维作用效应。在此基础上,为反映桩侧土体三维作用效应,将其等效成集中力通过剪切层传递到桩基两侧,推导了体现三维作用效应的群桩反应表达式。将考虑与不考虑桩侧土体三维作用效应的结果进行对比,发现考虑桩侧土体三维作用效应的桩基水平位移和弯矩值更接近监测数据和离心试验数据。此外,还针对群桩影响因素进行了分析。结果表明：土体剪切变形对桩基影响不容忽视,剪切层模量越大,隧道开挖引起的桩身水平位移越小;桩径越大,桩身水平位移越小,桩身弯矩越大;桩基与隧道距离越小,桩基最大水平位移和弯矩值越大。     

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。     

加鳍桩抗扭性能及在推扭受荷群桩中应用

加鳍桩是一种通过在桩身设置侧鳍片或在桩端设置尾鳍片以提高单桩抗扭能力的新型桩形式。圆截面单桩通过桩–土界面摩阻力提供扭转反力,单桩承载力一般较低。加鳍桩通过鳍片挤压土体,从而提升单桩扭转承载力。大尺度模型试验结果表明,桩身增加鳍片使单桩扭转曲线由陡降型变为缓变型,其抗扭刚度和承载力均有显著提高,在3.6°扭转角时扭转反力提高4.7倍。采用数值方法分析加鳍桩在水平偏心加载1×2群桩中的应用效果,分析表明,加鳍桩通过显著减小群桩扭转变形降低了两基桩间内力差异,明显降低群桩中基桩的最大剪力和弯矩,降幅分别达30%和79%,有效提高群桩抵御偏心加载能力。     

水泥土长短桩复合地基承载特性的现场试验

为研究水泥土长短桩复合地基在深厚软土的加固效果和承载特性,对水泥土长短桩复合地基进行载荷试验,实测出长桩、短桩和桩间土顶面应力,并对采用水泥土长短桩方法对深厚软土进行处理时复合地基桩土应力比及其变化规律进行探讨。试验表明,水泥土长短桩复合地基的桩土应力比均表现为先增大,后减小,再趋于稳定的趋势,并在临界荷载pc前后,主次桩顺序发生变化。     

深基坑护壁桩的受力特性和土压力

根据成都锦阳商厦深基坑护壁桩的实测钢筋应力和利用钢筋应力求得的桩身弯矩,分析了桩的变形状态,发现桩顶的圈梁对桩有明显的约束作用,使护壁桩的受力完全不同于上端自由的直立杆件。利用桩身弯矩对坑底以上桩侧土压力的分布和大小进行了反分析,所得结果与经典土压力理论有显著差别。     

软黏土中导管架基础水平循环加载离心模型试验

为研究海上风机四腿导管架基础在风、浪等水平循环荷载作用下的受力及变形特性,开展了近海饱和软黏土地基四腿导管架基础水平循环加载离心模型试验。实测获得了水平循环荷载下导管架顶部的位移、基桩顶部的水平位移以及桩身弯矩,并利用实测桩身弯矩推导出桩身变形与桩周土反力。试验结果表明:水平循环荷载作用下导管架顶部的荷载–位移曲线表现出明显的非线性;后排桩的水平位移约为前排桩的80%,且均小于导管架顶部的水平位移,导管架发生了一定角度的倾斜;桩身最大弯矩值出现在泥面下约6D深度处。在此基础上,采用双曲正切型p–y曲线方法拟合试验结果并与API规范作对比,发现API规范p–y曲线的初始刚度和极限土反力均偏小。试验进一步揭示了泥面下5D深度范围内需考虑桩周土反力的弱化现象,且前排桩周土反力的弱化程度明显大于后排桩,在工程设计时应分开考虑下基桩桩周土的强度弱化情况。     

高桩基础水平静载和撞击模型试验研究

开展了水平静力和撞击荷载作用下高桩基础的 1<>g 大比例模型试验研究,测试获得了桩顶水平静动力作用力、桩身水平静力变形、桩身水平振动响应、桩身静动力弯矩及桩侧静动力土压力等。发现由实测桩身静力弯矩推算的桩周土反力规律与实测静态桩周土压力规律较为一致;水平撞击荷载作用下,动态桩周土反力与撞击力时程曲线密切相关。结合弹性地基梁线弹性动力模型及静动力 <> p – <> y 曲线模型的分析揭示了桩土静动力相互作用机理及其对桩基内力和变形的影响规律。综合比较了上述分析模型的理论计算结果及试验实测结果,推荐采用复合刚度动力 <> p – <> y 曲线模型分析水平撞击荷载作用下的高桩基础,其分析结果与实测桩身振动响应和内力均吻合良好。最后采用该模型对现场防撞桩进行了防撞分析。     

基坑开挖对临近桩基影响的实测及有限元数值模拟分析

基坑开挖引起的土体位移对临近建筑物桩基的影响越来越得到工程界的重视。对某基坑工程开挖进行的实测表明,基坑开挖可对临近桩基产生显著影响,并发现当排桩桩间距较大时,其后止水帷幕的水平位移可能大于排桩水平位移。以该实测工程为算例,采用三维有限元法进行了计算并与实测进行了对比。分析了桩基和基坑间距、桩基刚度、桩顶竖向荷载和桩基顶部约束条件等对桩基附加弯矩、位移的影响,并进行了评价分析,以期为有关的设计和施工提供参考。