XCC桩单桩荷载传递特性的离心机模型试验研究

XCC桩是根据等截面异形周边扩大原理改造而来的异形截面桩,通过改变截面形状来改变桩土荷载传递机理。为了得到真实应力状态下XCC桩-土荷载传递机理,开展了单一均质Toyoura干砂中XCC单桩与等截面面积的圆形单桩的离心机对比模型试验,得到了真实应力状态下XCC异形桩的极限承载力、轴力和侧摩阻力分布特性。结果表明,以10%桩径沉降作为承载力判别标准时,XCC单桩极限承载力较圆形单桩提高了约30%,其主要来源于桩侧摩阻力的提高;XCC桩侧摩擦力稍大于圆形桩,其总侧摩阻力至少是等截面面积圆形桩的1.65倍,侧摩阻力的提高部分来源于截面周长的增大,其余来源于XCC单桩的“异形效应”。     

#br# 基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩（以下简称XCC桩）是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型（圆孔扩张法和应变路径法）进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩(以下简称XCC桩)是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型(圆孔扩张法和应变路径法)进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

异形桩桩土荷载传递机理理论分析

近年来,异形桩成为国内外学者研究的热点之一。所谓的异形桩有两种,第一是通过改变桩身纵向截面形状得到变截面异形桩,第二是通过改变桩截面几何形状得到异形截面桩,其共同目的是通过改变桩身形状来提高桩基承载力。然而,目前的研究仍着眼于异形桩的宏观承载特性上,其复杂的桩土荷载传递机理即异形效应并未得到根本的揭示。通过平衡分析方法得到了考虑桩土剪切作用的单桩荷载传递计算方法,包括桩周土竖向有效应力、桩侧正(负)摩阻力、桩身总侧摩阻力和桩身轴力(下拽力)的计算公式。通过模型试验验证了公式的合理性。通过对比分析等截面面积的圆形桩、H形桩和X形桩,揭示了桩土剪切作用在异形截面桩中的表现,初步探讨了异形截面桩的异形效应。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基桩侧摩阻力数值分析

作为异形截面桩,现浇X形桩承载特性主要受侧摩阻力特性的影响.采用有限元软件ABAQUS建立了三维X形桩和圆形桩单桩复合地基计算模型,对比分析了两种桩型的侧摩阻力分布特点和侧阻承载能力的差异.分别分析了X形桩侧摩阻力沿桩周和桩长的分布特性.结果表明X形桩侧摩阻力和侧阻承载能力都优越于等截面积的圆形桩,在理想成桩条件下,X形桩侧摩阻力在0.9倍桩长深度处比圆形桩侧摩阻力有较大的提高.在水平方向,由于土拱效应,X形桩凸出段侧摩阻力为凹弧段的1.5～3倍.深度方面,X形桩凸出段侧摩阻力与凹弧段侧摩阻力比值沿深度逐渐增大.这些结论为X形桩的承载力设计计算提供了一定的理论依据.     

异形截面桩在地基处理中的应用

简要介绍了目前几种主要的异形截面桩桩型,通过试验研究可知:与传统圆形截面桩相比,在截面积相等的情况下.矩形截面桩能够形成更大的截面模量及周长,桩刚度和单桩承载力明显提高,具有广泛的应用前景和研究价值.     

现浇 X 形混凝土桩与圆形桩承载性状对比试验研究

通过现浇 X 形混凝土桩与等截面圆形桩、等周长圆形桩足尺模型静载试验,对比分析了试验各桩桩身轴力分布、桩侧摩阻力以及桩端阻力的发展情况,并对 X 形桩的荷载传递机理进行了深入研究。试验结果表明：对于本次研究对象的 X 形桩,与等截面圆形桩相比：其极限承载力及桩身单位体积混凝土极限承载力均为等截面圆形桩的 1.32 倍,与等周长圆形桩相比：其极限承载力及桩身单位体积混凝土极限承载力分别为等周长圆形桩的 0.84 倍与 1.47 倍。从提高桩基承载力,节约桩身混凝土用量角度来看, X 形桩是一种具有较高的竖向承载力且造价低的新型桩,因此该桩在软土地基中有广泛的推广和应用价值。     

软土中桩顶水平承载离心模型试验

为研究软土中刚性桩水平承载性状,设计开展了离心机试验,分析不同桩端情况和截面形状刚性桩水平承载特性及桩土相互作用。结果表明:闭口桩的水平承载力大于开口桩;桩土响应处于线弹性阶段时,水平荷载-桩顶位移曲线与桩端类型和截面形状无关;桩身材料、桩端开口形式及桩入土深度相同时,H形桩水平承载力最大,而圆形桩最小。综合分析试验结果表明:归一化桩顶水平荷载-桩顶水平位移曲线符合指数函数关系。     

基于模型试验及耦合数值分析的XCC桩挤土效应研究

针对当前数值模拟方法、理论解答等对异形桩沉桩挤土效应研究的不适应性,通过室内模型试验结合FLAC-PFC耦合数值模拟方法对XCC桩与圆形桩的挤土效应进行比较分析,获取了XCC桩沉桩后桩周土体位移变化模式及XCC桩与圆形桩沉桩挤土效应的异同性。此外,基于修正的圆孔扩张理论,提出了XCC异形桩的沉桩挤土径向位移公式,并结合室内模型试验,证明了修正扩孔理论的准确性和可行性。研究结果表明：(1)XCC桩的沉桩挤土径向位移场可以分为r<1.25D范围内的十字形扩张过渡区、1.25D≤r<2.5D范围内的方形扩张区和r≥2.5D范围内的圆形均匀扩张区;(2)XCC桩的挤土效应大于等截面圆形桩挤土效应,其径向挤土位移约为圆形桩的1.0～1.4倍;(3)XCC异形桩的沉桩挤土径向位移公式为：u_Xr=r_X(θ)[r_X(θ)/(kr)]~(n(θ)),r≤1.6D;u_Xr=u_Xr=1.6D(1.6D/r)ⁿ,r>1.6D。     

现浇X形桩产生地基附加应力的修正Geddes应力解

 现浇X形混凝土桩(X形桩)作为新型的异形截面桩,其侧摩阻力和端阻力对桩周土体产生的附加应力的计算方法尚未得到系统的研究。传统的Geddes解以圣维南原理作为模型假设的依据,忽略桩截面半径和截面形状对计算结果的影响,误差较大。在Geddes应力解的基础上,对附加应力计算过程引入二重积分,推导得出修正的Geddes应力解。通过2种计算方法对X形桩附加应力进行对比分析,结果表明：桩径越大,异形特性越突出,Geddes应力解的误差越大。用修正Geddes应力解分析X形桩侧摩阻力和端阻力产生的附加应力,可知X形桩对下卧层土体产生的附加应力是等截面面积的圆形桩的1/3左右,而端阻力产生的下卧层的附加应力是等截面面积的圆形桩的1～2倍。在1.05倍桩长以下的大部分下卧层区域内,凹弧段侧摩阻力产生的附加应力大于凸出段。随着凸出段与凹弧段侧摩阻力比值的增大,凹弧段侧摩阻产生附加应力系数逐渐减小,凸出段侧摩阻产生的附加应力系数逐渐增大,但两者之和始终小于圆形桩。对于端阻力,X形桩凹弧区产生的附加应力是凸出区的1～3倍。通过对单桩桩顶沉降对比计算,表明修正Geddes应力解与Geddes应力解相比,更适合解决X形桩地基附加应力和沉降问题。     

不同包裹角度下GFRP复合桩水平承载特性研究

玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer)是由玻璃纤维和基体材料按照一定比例混合而成的高性能材料,具有轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳的优点。GFRP复合桩是利用GFRP筋代替钢筋,并且在桩身包裹GFRP布的一种新型桩基形式。为了研究在桩身表面粘贴不同角度的GFRP单向布对GFRP复合桩水平承载性能的影响。通过室内模型试验,研究了在桩身表面分别按照30°、45°和60°包裹GFRP单向布,对单桩的水平承载力和抗弯刚度的影响。利用ABAQUS有限元软件建立模型,对不同包裹角度GFRP复合桩的水平承载力进行数值模拟。试验结果表明:随着包裹角度的增加,单桩的水平承载力和抗弯刚度随之增加,桩身的弯矩则减小少。在桩顶承受2 000 N的水平荷载作用时,GFRP布按60°包裹的GFRP复合桩的水平位移比按30°包裹减小了21.8%,桩身截面的最大弯矩减小了16.7%。增大GFRP单向布在桩身的包裹角度,可以提高GFRP复合桩的水平承载力。     

微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。     

打桩对砂砾层地基影响的探讨

本文通过对柱基群桩周围和桩尖下土层的勘探,及对最短的桩做单桩垂直静载荷试验进行的理论分析,说明打桩之后,由于砂、圆砾层土壤被加密,提高了桩周摩阻力和桩尖阻力,桩基承载力及其沉降量仍能满足设计要求。     

挤密效应对砂土中水平受荷桩承载特性的影响

砂土中的挤土桩在实际工程中广泛应用,部分挤土桩长期遭受风荷载、波浪荷载等水平循环荷载的作用,而挤土桩对桩周土体的挤密效应会对桩身水平承载力产生较大影响。通过开、闭口桩的室内模型试验,研究分析了砂土初始相对密度、桩径、长径比等因素对挤土桩单调和循环承载特性的影响。结果表明,在不同密实度砂土中,开口桩水平承载力总体上弱于闭口桩。桩径、长径比和土体相对密度都会对开口桩、闭口桩之间承载力的差值造成较大的影响。循环荷载作用下,松砂中不同桩径和埋深的开口桩、闭口桩的水平承载力都随着加载周期的增加而增大,而在中密砂中,随着循环次数的增加,循环加载后承载力增加的幅度较松砂中的减少,甚至出现下降。     

斜桩水平承载力现场试验研究

对上海附近海上风电场的斜桩基础进行现场水平承载力试验,测试采用单向单循环加载,对正反斜桩的水平承载力及水平位移进行测试。对比测试结果发现,正斜水平承载性能比反斜有较大优势。     

立式钢制储罐基础设计

以某罐区立式钢制储罐基础设计为例,探讨预制桩、灌注桩和浅基础应用于储罐基础的设计方法。储罐基础设计可比拟为“板-柱结构”体系,借助pkpm结构软件分析两种桩型承载力、浅基础设计、场地条件影响及桩-土共同作用。储罐桩基设计应对水平承载力、竖向承载力和配筋量三控制设计,对于端承型桩基,一般情况下单桩水平承载力起控制作用。相同桩数时,采用方形布桩的边桩配筋比环形布桩的更易产生突变。应用于软土场地的砼预制桩不仅应进行桩基承载力计算,还应加强桩基配筋验算。     

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。     

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     

不同型式复合地基试验对比分析

基于相似理论,设计并完成了土工格室加筋垫层、砂井、散体材料桩、柔性桩等九组复合地基模型试验,并对其加固效果进行对比分析,分析结果表明：水平加筋垫层的设置可扩散上部荷载,提高复合地基承载力,土工格室的加强效果优于土工格栅;桩体复合地基须考虑群桩效应的影响,其承载能力明显好于加筋垫层复合地基;不同加载范围下桩和土体的承载能力发挥程度不同,单桩加载下桩体承载能力发挥较三桩、七桩加载时大,碎石桩桩顶桩土应力比>碎石桩+土工格栅>碎石桩+土工格室,而柔性桩+土工格室的桩顶桩土应力比>柔性桩+土工格栅>柔性桩;砂井和各种型式的碎石桩复合地基桩底桩土应力比在1左右,各种型式的柔性桩桩底桩土应力比较大,最大达24;软基浅部较深部孔隙水压力大、消散速度快;桩体复合地基孔隙水压力较土工格室复合地基和软土地基小,砂井和碎石桩复合地基的排水速度明显快于柔性桩复合地基。