地基工程中组合桩荷载性质试验研究

为掌握组合桩的荷载传递机理、破坏模式和竖向承载力特性,分析了桩身轴力和桩周的侧摩阻力的分布及影响组合桩承载力因素,试验得到了组合桩的Q—S曲线和桩的极限承载力。试验结果表明混凝土桩的插入改变竖向荷载的传递规律,形成了从混凝土桩到水泥土再到土的传递模式,更有效地发挥了桩周的侧摩阻力;水泥土的固化效应、混凝土桩的挤土效应和混凝土桩的荷载传递是组合桩高承载力的主要来源。组合桩具有较高的单桩竖向承载力,在软土地基工程中具有广泛的应用价值。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性分析

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性较为复杂的问题,基于砼芯水泥土搅拌桩(DCM)复合地基载荷板试验,采用弹塑性有限元方法,讨论不同芯长比和含芯率条件下砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递、承载力和沉降变化规律.计算结果表明:随着芯长比的增加,越来越多的上部荷载集中至砼芯,同时桩周土体上的竖向应力减小;水泥土搅拌桩外壳在上部与桩周土和砼芯共同承担竖向荷载,随着深度的增加变为负责传递砼芯与桩周土之间的剪应力;砼芯长度控制了桩土侧摩阻力的发挥长度,而且使得桩土侧摩阻力沿深度均匀发挥;芯长比和含芯率对于砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力的影响是相互的,选择合适的芯长比和含芯率组合,能最大限度地发挥砼芯水泥土搅拌桩桩复合地基的承载力.     

砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性分析

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性较为复杂的问题,基于砼芯水泥土搅拌桩(DCM)复合地基载荷板试验,采用弹塑性有限元方法,讨论不同芯长比和含芯率条件下砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递、承载力和沉降变化规律.计算结果表明:随着芯长比的增加,越来越多的上部荷载集中至砼芯,同时桩周土体上的竖向应力减小;水泥土搅拌桩外壳在上部与桩周土和砼芯共同承担竖向荷载,随着桩体入土深度的增加变为负责传递砼芯与桩周土之间的剪应力;砼芯长度控制了桩土侧摩阻力的发挥长度,而且使得桩土侧摩阻力沿深度均匀发挥;芯长比和含芯率对于砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力的影响是相互的,选择合适的芯长比和含芯率组合,能最大限度地发挥砼芯水泥土搅拌桩桩复合地基的承载力.     

水泥土桩荷载传递性状的数值分析

根据位移协调理论,采用荷载传递函数法分析了竖向受荷下相关因素对水泥土桩荷载传递规律的影响。桩侧传递函数采用双曲线模型,以桩身轴力为迭代变量,进行迭代计算。为验证本文分析模型的有效性,对工程实例进行了数值计算,计算得到的水泥土桩荷载-沉降曲线与工程实测曲线基本吻合,尤其对于荷载水平较低的情况计算值与实测值误差更小。研究表明:较高的荷载水平能使桩体下部侧摩阻力充分发挥;增大弹性模量能使桩更容易将荷载传递到较深的土层中;侧摩阻力随长径比的增大而减小;而内摩擦角对水泥土桩荷载传递的影响不大。该研究结果对桩的设计和承载力的计算具有重要意义。     

劲性搅拌桩复合地基承载特性数值分析

为研究劲性搅拌桩复合地基的承载特性,采用三维弹塑性有限元对其在竖向荷载作用下的响应规律进行分析,并与同等条件下的水泥土搅拌桩复合地基进行对比,重点分析荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身水泥土和混凝土应力发挥过程、桩身应力分布等内容。计算结果表明,劲性搅拌桩复合地基的承载能力优于水泥土搅拌桩复合地基,桩端土层越硬,承载力提高越明显。劲性搅拌桩复合地基的桩土应力比随着垫层厚度的增加而减小,但垫层超过30 cm后桩土应力比变化不大。由于水泥土的竖向变形沿径向非均匀分布,桩顶水泥土-混凝土界面附近的水泥土有受拉破坏的可能。     

竖向受荷PCC桩承载机制颗粒流数值模拟

采用颗粒流数值仿真技术,从细观力学角度对砂土中竖向受荷现浇混凝土薄壁管桩(简称PCC桩)与土相互作用过程中的传力机理、桩内外侧土体位移场分布特征及细观结构参数变化规律进行研究。结果表明:PCC桩侧阻力及端阻力在加载初期同步发挥,桩外侧摩阻力始终明显高于桩内侧,桩芯土体承载力发挥不充分,PCC桩承载力主要由桩外侧摩阻力控制;桩外侧摩阻力在桩身中部及靠近端部发挥较为充分,在0.65 L入土深度处外侧摩阻力明显弱化;桩内侧土体在桩身上段范围内位移矢量较小,桩端以上3 d1范围内土颗粒由于土塞效应的存在随桩身一起发生刺入变形,桩外侧土体在桩身中部位移影响范围达到2 d,整个桩外侧位移影响区呈弧形分布;桩周土体接触力链及孔隙率变化与PCC桩宏观力学表现保持一致。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机理具有意义。     

静钻根植竹节桩荷载传递机理模型试验

针对静钻根植竹节桩这种新型组合桩基的荷载传递机理的问题,在模型槽中进行竹节桩的模型试验.通过埋设在竹节桩表面与水泥土中的应变片及桩底的土压力传感器对加载过程中桩身、桩端以及水泥土中的应力进行测量.模型试验结果表明:桩侧水泥土与桩端水泥土在荷载传递过程中所起作用不同,靠近桩端水泥土处桩侧水泥土中应力较大,在实际工程中需要提高该区域水泥土强度;模型试验测得的水泥土与桩周土极限侧摩阻力比现场试桩水泥土与桩周土的极限侧摩阻力大,在实际工程中搅拌水泥土时应提高搅拌均匀性以增加桩侧摩阻力;可以用传统桩基沉降计算公式计算静钻根植竹节桩的桩端沉降.     

方桩-水泥土接触面摩擦特性试验研究

通过一系列三维桩土接触面剪切试验，研究方桩–水泥土接触面的摩擦特性，主要研究方桩边长、水泥土龄期对接触面摩擦特性的影响.研究结果表明，方桩–水泥土接触面最大桩顶荷载随着方桩边长的增加而呈现先增大后减小的趋势，方桩–水泥土接触面最大桩顶荷载随着养护时间的增加而增加.方桩–水泥土接触面的最大侧摩阻力随着方桩边长的增加而减小.方桩边长的增加，即水泥土厚度的减小，使得方桩–水泥土接触面的破坏模式由渐进破坏转变为脆性破坏.方桩–水泥土接触面最大侧摩阻力随着养护时间的增加而增加，即最大侧摩阻力随着水泥土强度的增加而增大.在剪切试验过程中，方桩角点处出现应力集中，不利于方桩–水泥土接触面摩擦特性的发挥.     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验，测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力，并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用，得出了CFG桩由于褥垫层的设置，在加载初期，桩身存在负摩擦力，同时协调了桩土变形，使得桩土共同承担荷载，充分发挥土体的承载能力。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明:秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载-沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500 kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏; 淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩-土(岩)相对位移为4～8 mm; 强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩-土(岩)相对位移为3～8 mm; 中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显; 淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征; 试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥; 桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。     

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90 cm时,土塞高度稳定在33 cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

劲芯搅拌桩的承载力分析

劲芯搅拌桩是由搅拌桩和钢筋混凝土芯桩组合而成的新型桩,为掌握其荷载传递机理和承载力影响因素,进行了19根桩的荷载试验;并对劲芯搅拌桩的P-s曲线进行了数学描述和最优化分析.研究表明:劲芯搅拌桩的承载力高于同等条件下的水泥搅拌桩和钻孔灌注桩;通过桩的P-s曲线的数学描述和优化方法可以得到桩的极限承载力和破坏荷载;计算和实测都表明劲芯搅拌桩具有较高的承载力.     

Vertical bearing capacity of pile based on load transfer model

The load transfer analytical method is applied to study the bearing mechanism of piles with vertical load in this paper. According to the different hardening rules of soil or rock around the pile shaft, such as work-softening, ideal elasto-plastic and work-hardening, a universal tri-linear load transfer model is suggested for the development of side and tip resistance by various types of soil （rock） with the consideration of sediment at the bottom of the pile. Based on the model, a formula is derived for the relationship between the settlement and load on the pile top to determine the vertical bearing capacity, taking into account such factors as the characteristics of the stratum, the side resistance along the shaft, and tip resistance under the pile tip. A close agreement of the calculated results with the measured data from a field test pile lends confidence to the future application of the present approach in engineering practice.     

钢渣桩在湿陷性黄土地基中的应用探讨

通过钢渣桩在湿陷性黄土中的静荷载试验、土压力调试等试验结果的基础上，对钢渣桩复合地基、桩间土和钢渣单桩的p-s曲线以及其各自的承载力和相应的沉降量进行了分析，探讨了附加应力沿深度变化规律；研究了桩间土承载力、桩土应力比和桩土荷载比的变化规律，对钢渣单桩和碎石柱以及钢渣桩复合地基和石灰粉煤灰桩复合地基等的承载力特性进行了对比分析；对单桩施工影响范围和施工时地基隆起量进行了观测．     

人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析

以青岛市某大型工程为依托,对在泥质粉砂岩地基中的5根人工挖孔嵌岩灌注桩分别进行竖向静载荷试验与桩身内力测试。根据大直径嵌岩桩实测数据探讨大直径人工挖孔嵌岩灌注桩的荷载传递机理与竖向承载特性。试验结果表明：试桩荷载沉降（Q-s）曲线为缓变形,桩顶沉降量均小于11 mm,卸载回弹率大,幅度为51%~75%,承载力较高,5根试桩均满足设计要求;在最大荷载下,5根嵌岩桩桩端阻力所占桩顶荷载比值均在10%~20%之间,随桩长、嵌岩深度（中风化）增大而减小,表现出端承摩擦桩的特性;桩身荷载自上而下逐步发挥,上覆土层先达到侧摩阻力极限值,在嵌岩段中部侧摩阻力达到峰值;桩入岩越深,安全储备量越大,在泥质粉砂岩中风化段,实测侧摩阻力约为规范推荐值的2.5倍,说明5根桩有较大的承载潜力;随着荷载的增大,嵌岩段分担的总阻力由39%上升至45%,嵌岩段侧摩阻力占主要比重,但桩端阻力分担荷载的比例上升速率较快;根据行业标准与静载试验数据,重新认识该地层人工挖孔嵌岩灌注桩的竖向承载特性,充分发挥其承载潜力,对工程桩桩身尺寸进行优化,达到节约材料和提高施工功效的目的,具有较好的经济效益。     

既有建筑地下开挖工程中在役桩竖向承载特性分析

如何评价土体开挖条件下在役桩的竖向承载能力,是桩支承的既有建筑地下开挖工程中亟待解决的关键问题,围绕上述问题,明确土体开挖条件下土体应力状态改变、回弹等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,建立考虑土体开挖效应影响的桩侧荷载传递双曲线模型和桩端荷载传递双折线模型,考虑开挖卸荷效应引起的土体超固结状态提出土体开挖条件下桩侧极限摩阻力的计算方法,基于有限差分法和荷载传递法形成既有建筑地下开挖条件下在役桩基竖向承载特性的计算方法。通过与现有试验结果比对分析,验证计算方法的合理性。结果表明,对地下增层开挖条件下单桩进行分析时,应考虑开挖引起的土体回弹、桩周土超固结状态等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,当计算的归一化土体回弹量较小时(<1),沉降分析中可不考虑回弹效应。