静力触探在大直径超长桩溜桩分析中的应用

静力触探在海洋岩土工程中的应用越来越广泛。随着大直径超长桩在海洋工程中的普遍应用,过大的桩锤自重使得溜桩现象在沉桩过程中频繁发生。因此对于打桩控制而言,合理的判断溜桩区间是十分必要的。针对目前所使用的API规范中桩端阻力与桩侧摩阻的计算方法对大直径超长桩不适应的问题,结合实际工程对溜桩的过程和发生机制进行探讨;利用静力触探测试数据提出在溜桩状态下土阻力的计算方法:利用LCPC(Laboratoire Central des Ponts et Chaussées)法计算桩端阻力,提出适合南海土质条件的桩侧摩阻力的分区方法,使用已有方法与灵敏度结合计算桩侧摩阻力,针对南海某平台桩基施工过程中发生的溜桩问题进行研究计算,证实建议方法的可行性,为桩基设计提供参考与依据。     

海洋工程中大直径超长桩极端贯入特性研究

海洋石油平台大直径超长桩贯入过程中会出现两种极端现象,即拒锤与溜桩。本文总结了打桩过程中不同型式桩的贯入特性,针对出现拒锤和溜桩现象的基桩的可打入性特性进行分析研究,提出以下措施:对于基桩连续贯入条件下的模拟计算,提出连续可打入性分析的重点是砂土和粘性土的不同疲劳效应;针对拒锤现象,结合实际工程对拒锤发生机理进行了研究,根据海上高应变复打试验得到桩周土强度随时间变化的规律公式,提出Restart的计算模拟方法;针对溜桩现象,结合实际工程对溜桩的过程和发生机理进行了探讨,提出了在溜桩状态下土阻力的计算方法,在此基础上,建立了判断溜桩范围的分析计算方法;利用CAPWAP软件针对海洋平台桩基工程沉桩过程中的极端现象进行了分析计算,验证了所提出的方法的合理性,可供桩基设计以及沉桩施工参考。     

黏性土中静压沉桩过程桩端阻力试验研究

为准确分离黏性土中静压沉桩阻力中桩端阻力和桩侧阻力,通过在模型桩桩端安装轮辐式压力传感器,对沉桩过程中桩端阻力进行了精确测量。试验结果表明:桩端阻力随沉桩深度的增加呈逐渐增长的趋势;沉桩过程中桩端破土产生桩端阻力,桩端阻力最终为2.054kN;黏性土中的静力压桩结束时,桩端阻力承担了62.3%的荷载。总桩侧摩阻力随沉桩深度的增加逐渐增大;随着沉桩深度的增加,桩周土的侧压力逐渐增大,从而使桩侧摩阻力增大。研究结果可为桩基础设计提供参考。     

分层土中的沉桩试验及分析

静压桩的沉桩过程与桩端土性质密切相关,压桩力或桩端阻力在土层分界面上下发生变化,存在超前深度、滞后深度等现象,探讨分层土的沉桩机理对于合理确定静压桩的桩端持力层深度、进行桩基优化设计等方面都有重要意义。本文通过室内模型试验进行了静压桩在分层土中的沉桩分析,试验结果表明:同一桩径的桩在不同分层土中的沉桩特性不同,不同桩径的桩在同一分层土中的沉桩特性也不同,端阻力和压桩力在分层界面上下的变化趋势相近,分层界面处的土颗粒位移是分层效应产生的主要原因。     

层状黏性土中静压桩沉贯特性现场试验

为探讨层状黏性土中静压桩的沉贯特性,依托山东东营某桩基工程开展了现场静压桩足尺试验,分析开闭口静压桩压桩力的变化规律,明确开闭口静压桩桩端阻力和桩侧摩阻力在贯入过程中的分布形式,揭示桩土界面径向土压力和孔隙水压力的分布特征以及有效径向土压力对单位桩侧摩阻力的影响机制。试验结果表明：压桩力的变化规律基本反映了土层性质的变化,土层的软硬程度制约着压桩力的变化,开口桩压桩力明显小于闭口桩压桩力,沉桩结束时开口桩占闭口桩的33.9%～79.7%;土层的软硬程度对桩端阻力的影响较大,并且闭口桩对桩端土层软硬程度的敏感性高于开口桩;桩侧摩阻力的发挥与土层的性质密切相关,受到土层变化的原因桩侧摩阻力临近深度并不明显,并且单位桩侧摩阻力出现明显的退化现象;桩土界面桩侧土压力的增长幅度与土层性质密切相关;孔隙水压力和超孔隙水压力的分布形式与土层的渗透性有关,基于水力压裂理论结合圆柱孔扩张理论推导的超孔隙水压力计算公式能较好地反映超孔隙水压力的分布特征;粉土层中有效径向土压力与单位桩侧摩阻力的比值为0.28左右,在粉质黏土层的比值为0.3,桩侧摩阻力的退化实质上是桩侧有效径向土压力的退化。     

黏性土层中后压浆桩承载性状的对比试验研究

基于无锡江海西路快速路工程开展的4个标段场地8根试桩静载试验,通过对比未压浆桩与压浆桩实测结果,研究黏性土层中桩端后压浆对桩基承载变形性状、桩端阻力及桩侧阻力发挥性状的影响。结果表明:桩端后压浆技术可显著提高桩基承载性能,并对提高桩基成桩质量的稳定性具有很好的效果;桩端压力浆液在桩端形成水泥结石体,有效地改善了桩端沉渣问题,显著增强了桩端承载变形性能与支承刚度;桩端后压浆可提高极限桩侧摩阻力发挥水平,使得压浆桩极限侧摩阻力要大于未压浆桩,从而提高桩基承载性能发挥的稳定性。     

砂土地基中静压桩沉桩及其承载特性室内试验研究

静压沉桩过程中沉桩阻力计算是桩机选型的关键,而目前对沉桩阻力计算方法尚未统一,且沉桩过程中引起的桩周侧压应力分布规律尚不明确。为此,通过室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,研究沉桩速率和桩长对静压沉桩过程中沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力的影响。结果表明：沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力主要与桩长有关,沉桩端阻力与沉桩阻力之比随着沉桩深度增加而减小,但在沉桩深度为12倍桩径位置的沉桩端阻力占沉桩阻力的比例仍高达75%;桩周侧压应力随着埋深增加逐渐趋近于被动土压力,其主要与沉桩对土体挤密作用有关,且增加桩长和降低沉桩速率均可改善沉桩挤密作用;桩周侧压应力存在显著的“退化”现象,并与沉桩过程和桩体回弹有关。此外,基于太沙基极限承载力理论建立了沉桩阻力拟合计算式,并结合朗肯被动土压力理论,提出了桩周侧压应力计算的朗肯被动土压力修正计算公式,可用于静压桩沉桩完成后的桩周侧压应力计算。     

Experimental investigation on resistance and response of jacked model piles in sand

静压沉桩过程中沉桩阻力计算是桩机选型的关键，而目前对沉桩阻力计算方法尚未统一，且沉桩过程中引起的桩周侧压应力分布规律尚不明确。为此，通过室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩，研究沉桩速率和桩长对静压沉桩过程中沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力的影响。结果表明：沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力主要与桩长有关，沉桩端阻力与沉桩阻力之比随着沉桩深度增加而减小，但在沉桩深度为12倍桩径位置的沉桩端阻力占沉桩阻力的比例仍高达75%；桩周侧压应力随着埋深增加逐渐趋近于被动土压力，其主要与沉桩对土体挤密作用有关，且增加桩长和降低沉桩速率均可改善沉桩挤密作用；桩周侧压应力存在显著的“退化”现象，并与沉桩过程和桩体回弹有关。此外，基于太沙基极限承载力理论建立了沉桩阻力拟合计算式，并结合朗肯被动土压力理论，提出了桩周侧压应力计算的朗肯被动土压力修正计算公式，可用于静压桩沉桩完成后的桩周侧压应力计算。     

基于单桥静力触探的静压桩沉桩阻力估算方法

为了通过单桥静力触探指标比贯入阻力来模拟计算静压桩沉桩阻力,根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中由比贯入阻力计算的单桩承载力与现场压桩试验所得到的压桩力进行比较,提出了考虑桩端阻力和桩侧摩阻力的综合修正系数α、β来估算静压桩沉桩阻力的计算方法,给出桩端阻力和桩侧摩阻力的计算公式;针对不同土层,给出了不同综合修正系数建议值;基于自行编制的Visual Basic可视化程序,以曲线的形式将计算结果直观地显示出来。实际工程的模拟计算和压桩力的实测结果进一步表明采用综合修正系数计算沉桩阻力完全可行。     

滑动测微计在桩基内力测试中的应用

滑动测微计是了解桩周土层侧阻力和桩端阻力的主要方法,结合广东科学中心桩基试验的工程实例,介绍滑动测微计在桩身内力测试中的应用原理和方法,计算该工程试桩的极限侧摩阻力和端阻力以及弹性模量与应变的关系。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明:光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90cm时,土塞高度稳定在33cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

基于CEL法的静压钢板桩端阻与侧阻分析

为研究静压钢板桩在层状土层中的沉桩阻力变化规律,运用ABAQUS有限元软件建立静压钢板桩层状土层模型,探讨了沉桩过程中沉桩阻力随沉桩深度的变化特征;同时结合工程实例,对砂土层采用不同本构模型(如扩展Drucker-Prager模型与Mohr-Coulomb模型)进行了对比分析研究。研究结果表明：钢板桩在连续贯入过程中,桩端阻力在近地表处最大,随后逐渐减小并趋于稳定;桩侧阻力随着贯入深度的增加而逐渐增大,且在3 m以下的变化趋势与总阻力一趋势致。研究成果可为静压钢板桩工程实践提供借鉴与参考。     

饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

静力压桩临界深度和最小厚度探讨

根据土塑性力学基本原理 ,用空穴球形扩张理论推得了沉桩时沉桩阻力沿深度变化的理论计算方法 ,对有软弱下卧层的桩基持力层、桩尖离下卧层顶面应留的最小厚度 ,无软弱下卧层的桩基持力层、桩尖进入持力层的临界深度 ,以及最小厚度或临界深度在不同土层或土层组合时的差别等三个问题进行了讨论。计算结果与工程实测结果对比 ,二者比较接近。还就现行规范中桩基进入持力层深度或离软弱下卧层距离大小的规定进行了讨论。     

二元地层中沉桩影响邻桩上浮的分析

为了研究双桩、三桩沉桩情况下后沉桩对先沉桩上浮的影响,建立了有限元模型,根据模拟结果分析桩侧摩擦力、桩侧挤压力、桩端阻力、桩周土超孔隙压力,分析过程关联邻桩上浮和桩基承载力问题,得到了在二元地层中沉入三桩时的桩上浮结果,使用有限元法模拟静载试验,表明桩的上浮类型主要是下部硬土在后沉桩的强迫变形下托顶先沉桩,此情况下的桩基承载力能满足设计要求。     

计算静压桩沉桩阻力的综合调节系数法

利用静力触探的资料,结合图形显示技术计算沉桩阻力,并通过调节桩端阻力和桩侧摩阻力的两个修正系数α、β来使计算曲线和实测曲线吻合。计算中可以变化选取桩尖以上、桩尖以下不同深度范围内土的静力触探锥尖阻力qp,以考察对沉桩阻力的影响;并可将压桩力分离为桩侧摩阻力和桩端阻力,分别加以研究和调整。文中称这种计算压桩力的新方法为综合调节系数法。计算实例表明,在压桩过程中,入土浅时主要是克服桩端阻力;随着桩入土深度的增加,桩侧摩阻力累计值也逐渐增大,占沉桩阻力的比例提高。当桩端进入较硬在持力层后,桩端阻力有明显的提高。用静力触探侧摩阻力fs计算桩的侧摩阻力时,土层性质不同调整折减的幅度不一样,在粘性土中调整幅度较大,而在砂性土中调整的幅度较小。     

关于带负摩阻力的桩基础探讨

桩基础属于深基础,是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。工程中桩基础主要用来支撑上部结构,承担上部结构的竖向荷载,并最终将荷载传递至地基中。桩的承载力由桩身与桩周土层的摩擦阻力、桩端阻力两部分构成。按照受力特征分析,桩侧摩阻力是桩顶荷载与桩端阻力的差值。竖向荷载首先由桩侧摩阻力抵抗,大于桩侧阻力的部分由桩端阻力抵消平衡。按照《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008(以下简称"《桩基规范》")基桩按承载性状分类为摩擦型桩和端承型桩。与正常条件下不同,在某些特殊条件下,桩基可能出现负摩阻力。文章从桩-土相对位移出发,分析了桩基负摩阻力产的机理,结合《桩基规范》探讨了负摩阻力计算和带负摩阻力桩基设计与检测标准,并提出了解决办法,最后总结了减少桩基负摩阻力的工程优化措施。     

试论桩端土强度对桩侧阻力的影响

就桩基承载性状的一个新的理论问题－桩端土强度对桩侧阻力的影响,进行了系统的引证和阐述。作者认为,桩侧阻力与桩端阻力之间存在相互作用,桩侧阻力在桩端附近局部的增强效应是普遍存在的,并且随桩端土层强度的提高而提高;同时,作者还从桩端部位土体随荷载增加位移发展过程的角度,对增强效应机理进行了解释。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

杭州地区部分土层中沉管灌注桩的承载力

笔者对收集的十几根静载试桩资料进行了统计计算得出了杭州地区部分土层中沉管灌注桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值,经对另外同类土层中的数据十根桩试算验证具有较好的精度。