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。     

考虑剪切刚度系数变化的单桩弹塑性解

以桩侧土和桩端土分别采用弹性–全塑性和双线性硬化荷载传递函数为基础,推导了轴向荷载作用下考虑桩侧极限摩阻力和剪切刚度系数随深度线性变化的单桩弹塑性解析解,得到了荷载-沉降、桩身位移、轴力等计算公式。该方法能更好地反映摩擦桩和端承摩擦桩的荷载传递规律,并可通过试桩资料的反分析,以及结合土工试验和地质勘察资料确定合理的计算参数,计算结果与工程试桩结果间良好的一致性验证了该方法的合理性。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

软土地区大吨位超长试桩试验设计与分析

温州350 m超高层中超长桩加载2800 t的试桩静载试验设计与分析表明：在地表土质承载力较低场地进行大吨位堆载试验时,可选择桩梁式堆载支墩–反力架装置来完成试验。对超长桩来说,在最大加载条件下,实测桩端阻力仅为桩顶荷载的25%左右,超长桩表现为端承摩擦桩性状。在使用荷载下,桩顶沉降的90%以上来自桩身压缩,在进行超长桩设计时,要充分考虑桩身质量对试桩沉降的影响。同时,桩底沉渣清除的干净与否,也直接影响超长桩的沉降。超长桩桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有较弱的强化效应,因此在超长桩承载力计算时,不同深度土层的桩侧阻力和桩端阻力都应乘以相应不同的修正系数。试验结果显示淤泥土、淤泥质黏土、淤泥夹粉砂土中极限侧阻充分发挥所需的桩土相对位移阀值分别约为5～7 mm、6～8 mm和8～10 mm。     

砂土中成桩工艺对桩基承载性能影响的室内模型试验研究

 模型试验是桩基承载性能研究中不可或缺的一种科研手段。通过设计模型试验,基于试验数据进行整理分析,研究砂土中成桩工艺差异对桩基承载性能的影响,经过对比研究,分析桩基的受力分布特点和沉降变形特性,探讨成孔卸荷对灌注桩承载特性产生的作用效应。结果表明：试桩的荷载–沉降(Q-s)曲线均呈陡降型。静压桩承载力最大,但曲线突降性方面不如预埋桩和灌注桩明显;成桩工艺不同会影响桩基的荷载传递性能,由于成孔卸荷和挤土效应差异,静压桩沿深度方向的荷载传递性能相对于灌注桩和预埋桩要差;4桩桩侧摩阻力在一定深度都出现强化现象,静压桩桩侧阻力强化位置略高于灌注桩和预埋桩,这是因为挤土效应使桩侧阻力增大,成孔卸荷和裹膜撤除产生的侧向卸荷会在一定程度上削弱桩侧阻力;桩侧阻力的极值发挥和极值点位置受成桩工艺影响较大;侧阻与端阻异步发挥且其最大值并非同时到达,端承力占桩顶荷载的比例随上部荷载变化而变化。     

冲击荷载与静荷载作用下的单桩承载特性

对灌注桩试桩分别进行了高应变冲击试桩试验和单桩轴向抗压静载试验,并对动静载试验的结果进行了对比分析。结果表明:试桩静载试验荷载-沉降曲线呈缓变型,桩侧摩阻力先于桩端阻力发挥,且桩端阻力随桩端位移的增加表现出硬化特性; 桩侧各土层达到极限摩阻力所需的桩土相对位移差异较大,且摩阻力随相对位移的增大分别呈理想弹塑性、双曲线型和软化模型变化; 桩端持力层强度越高,冲击试验实测桩底速度信号负向反射越显著; 桩端持力层强度越低,实测桩底速度信号正向反射越显著; 高应变拟合分析的承载力普遍低于静载试验,而拟合分析的桩顶位移远小于静载试验单桩极限承载力对应的桩顶位移; 极限端阻力随桩岩阻抗比的增大而增大,且桩端持力层存在有效阻抗面积; 所得结论对于提高拟合分析土参数及单桩极限承载力的计算精度和可靠性具有重要意义。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

基于光纤监测钻孔灌注桩承载性能研究

为了研究湖州软土地区钻孔灌注桩侧摩阻力的发挥,采用光纤监测技术获取试桩在现场载荷试验中桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶沉降位移。通过对监测数据分析,结果表明：试验荷载下试桩为摩擦桩,摩擦桩的承载力提高主要由桩侧摩阻力决定,且随着桩顶荷载的增加各土层的侧摩阻力相应增加;上部的黏质粉土层侧摩阻力随着加载等级的增加相应增加并趋于极限,其他土层侧摩阻力也逐渐增加,其中桩承载力主要由中部粉质黏土层的侧摩阻力提供;在桩顶荷载较小的情况下,桩顶荷载由上部的土层侧摩阻力承担,轴力未传递到下部土层,下部土层对桩身侧摩阻力无发挥,桩端阻力为零。     

非均质地基中单桩非线性性状的无量纲分析

在考虑桩侧极限摩阻力和剪切刚度系数随深度线性变化,以及桩侧土和桩端土采用弹性-全塑性荷载传递函数基础上,推导了以无量纲参数表达的单桩荷载-沉降、桩身位移、轴力以及侧阻力等计算公式,分析了桩土体系无量纲参数对单桩非线性工作性状的影响,加深对非均质地基中单桩非线性特性的认识.     

浙江财富金融中心超长单桩与群桩实测沉降分析

 单桩静载试验和基础沉降实测资料表明：在设计工作荷载下超长单桩的桩顶沉降主要来自桩身压缩,且在最大加载条件下超长桩表现为端承摩擦桩性状。超长单桩侧摩阻力由上部土层到下部土层依次发挥,砂质粉土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限相对位移为14～18 mm,粉质黏土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限位移为17～19 mm,当桩土相对位移大于该极限位移后,桩侧土层会出现侧摩阻力软化现象。群桩基础的沉降随施工荷载水平的增加而增大。荷载较小(第5层以下)时,大楼沉降较小且沉降均匀;当荷载达到一定值(第30层以上)时,核心筒处沉降大于大楼周边沉降。大楼竣工时核心筒与周边沉降差较小,大楼整体变形协调。群桩效应沉降比随着荷载水平(施工层数)的增大先增大后减小。     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

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。     

承台刚度对受荷群桩基础承载性状的影响研究

既有建筑下挖增层改造将引起群桩基础产生附加沉降。笔者引入双曲线模型来模拟桩端和桩侧阻力的发挥机理;考虑到群桩基础之间存在复杂的桩-桩、桩-土相互作用,结合剪切位移法导得双曲线模型参数的计算方法;通过荷载传递法建立群桩基础刚性承台条件下的控制方程,并结合Plaxis 3D数值分析软件验证了该计算方法的可行性。最后,研究了既有建筑下挖增层改造对刚性和柔性承台群桩基础承载性状的影响因素。结果显示:刚性和柔性承台顶部沉降比随着开挖深度的增加大致呈线性增加;在同一开挖深度时,沉降比随着顶部荷载的增加而有所增大,且柔性承台的沉降比大于刚性承台的沉降比;群桩基础中的桩间距对承台顶部沉降比会有一定的影响;在既有建筑下挖增层改造过程中,群桩基础承台应做成刚性承台。     

采用桩土共同作用的浙江省第一医院医技楼现场实测分析

 采用桩土共同作用设计方法的浙江省第一医院医技楼实测资料表明,大楼装修完成时基础底板周边和内部实测平均土压力分别已达地基土承载力特征值的83.3%和62.7%,地基土承载力被较大程度的得到利用。桩顶应变计实测结果显示,大楼竣工时桩顶反力超过单桩极限承载力的50%,这是与传统设计方法的不同之处。同时,随建筑层数的增加,桩间土分担荷载的比例逐渐减少,装修完成时土承担上部荷载的20%。而在大楼结顶时基础底板内钢筋实测应力很小,基础底板面层和底层钢筋平均压应力分别为9.84和7.68 MPa,远低于钢筋所能承受的最大抗压值。同时发现,基础底板的存在会削弱桩侧摩阻力,相同桩顶荷载水平下全桩长范围内实测桩基平均侧摩阻力均小于静载试验中单桩的平均侧摩阻力。该大楼实测沉降结果表明,沉降较小且较为均匀,能满足使用要求。     

软土中注浆与未注浆抗拔桩受力性状对比试验研究

在杭州萧山一工地未注浆与注浆试桩抗拔静载试验的基础上,发现抗拔桩经过桩端后注浆可显著减少桩端位移,极限抗拔力至少提高25%,最大桩身拉伸量占桩顶上拔量的91.5%。注浆与未注浆桩的桩身轴力都随深度逐渐减少,桩端轴力始终为0;浆液上返高度16.9m范围内注浆桩侧摩阻力有较大幅度的提高,最大提高幅度为83.3%;在利用浆液上返高度公式计算注浆抗拔桩竖向增强体高度和考虑桩身自重的基础上,提出桩端后注浆抗拔桩承载力的估算公式。通过反分析计算,未注浆桩抗拔折减系数的取值范围为0.65～0.80,注浆桩侧阻力增强系数的取值范围为1.33～1.83,计算方法与结果可供初步设计与实际工程使用。     

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。     

竖向荷载下变刚度群桩变形性状研究

在试验室进行了一系列变刚度群桩和均布群桩基础的静载荷物理模型试验,并对试验结果进行了分析对比。结果表明,变刚度群桩的位移分布方式是边桩大于中心桩,正好和一般均匀布桩的沉降分布形式相反。其总沉降略有增加,但差异沉降显著减少。变桩长与均布群桩相比,增加中心桩桩长,还能提高桩基的极限承载力和承台下地基土的承载能力,说明均布群桩中边桩的承载能力还有富余。群桩中基桩的侧摩阻力表现与单桩不同,侧摩阻力的发挥是自桩身下部某点向上逐步发挥。桩距越小,这种趋向越明显。     

超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析

目前对于超深基础下的桩的设计尚未考虑超深开挖、坑底隆起对桩产生的作用。现场采用静载试验确定单桩承载力时也仍采用常规的地表加载并扣除开挖深度范围内桩侧摩阻力的方法,没有考虑深开挖效应的影响。采用经实际工程算例验证的土参数、桩身材料参数和桩土接触面参数,在均质土中建立了轴对称有限元模型,对三种不同试桩方法进行了模拟。通过开挖模拟,首先揭示了深开挖对桩的影响效应,在此基础上,对超深开挖对桩在开挖后再加载的荷载传递机理和沉降机理进行了研究。与常规试桩法和套管试桩法中的基坑底以下相同桩长的桩相比,超深开挖产生的影响效应使桩的极限承载力降低,竖向刚度减小,相同荷载下沉降加大,且其沉降中桩整体刺入所占的比例显著大于其它两者。桩侧摩阻力完全发挥时需要的桩土滑移量增大。此外,超深开挖可在桩身中产生较大的拉力,桩身中下部钢筋不能随意减少。