管桩水泥土复合桩挤土效应现场试验

管桩水泥土复合桩是适用于软土地基的一种新型复合桩。为研究该复合桩施工过程挤土效应引起的桩周应力场随时间、空间的变化规律,结合工程实例,对其进行桩侧水平应力及孔隙水压力测试。试验结果表明:水泥粉喷桩施工过程中桩周土体应力场显著变化;粉喷桩施工造成桩周土体应力释放,有效减小了管桩静压沉桩挤土效应;管桩桩端到达测点高程时产生的超孔压最大,沉桩挤土竖向影响范围约为1.83~2.67倍沉桩深度;沉桩过程中超孔压比随距桩心距离的增加而近似呈线性规律减小,挤土产生超孔压的影响范围约为8倍管桩外径。     

静压桩挤土效应数值模拟分析

静压桩由于是预制桩,桩身质量可靠,价格相对较低,同时又具有无噪音、无振动、无冲击力、施工应力小等优点而得到了广泛的应用,但静压桩属于排土置换桩,在沉桩贯入过程中产生的挤土效应对周边环境造成了不利影响。本文根据静压桩的实际情况,采用位移贯入法和Mohr-Coulomb屈服准则,考虑了土体的剪胀性质、土体的大变形、桩土界面摩擦系数、土体初始应力场影响的情况下,建立了符合工程实际的二维轴对称有限元模型,详细地模拟了静压单桩施工过程,得出了静压桩在沉桩过程中的位移场和沉桩完成时的位移场和应力场。     

排水刚性桩沉桩挤土效应的现场试验研究

排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于江阴一中新建教学楼桩基工程,开展了排水刚性桩与不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,实时动态监测排水桩与普通桩桩周土体中不同距离及深度处的水平位移、侧向土压力及孔隙水压力的变化情况,研究排水刚性桩的沉桩挤土效应。试验结果表明：排水桩能够减小沉桩过程中桩周土体因桩身挤土而发生的侧向水平位移,在距桩心3倍桩径处,排水桩桩周土体的最大水平位移为普通桩的1/6,在距桩心6倍桩径处,排水桩为普通桩的2/5;排水桩能够大幅降低桩周土体因沉桩挤土而产生的超孔隙水压力,深度15m,距离桩中心2倍桩径处,排水桩的超孔压峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够减少沉桩过程中桩周土体的挤土压力,降低沉桩挤土对桩周原有土压力的影响,在深度15m距桩心2倍桩径处,排水桩的土压力变化的峰值仅为普通桩的1/4。现场试验数据为排水刚性桩的工程应用提供了设计参考依据。     

考虑土塞效应的PHC管桩挤土径向位移计算方法研究

为分析PHC管桩沉桩过程中土塞效应对挤土径向位移的影响,首先从土塞的形成过程和作用机理出发,建立了土塞单元体的受力平衡方程,得出了垂直向总荷载的表达式;其次,将土塞视为"桩中桩",基于Gibson提出的不排水条件下黏性土桩端极限承载力模型,得出"桩中桩"桩端极限承载力的表达式,从而导得PHC管桩在沉桩过程中土塞高度的表达式;再次,应用圆柱孔扩张理论对PHC管桩桩周土体进行弹塑性分析,获得塑性区半径、土体径向位移等解析表达式;最后,将理论计算结果与工程实例进行对比分析,并进一步分析了径厚比、刚度比对静压PHC管桩桩周土体径向位移的影响,验证了所提出的解析表达式的合理性。所提出的解析表达式对PHC管桩沉桩过程中挤土径向位移的计算具有一定的参考价值。     

静压桩在不同沉桩速率下的透明土模型试验研究

静压沉桩过程中沉桩速率决定着桩周土体扰动程度与范围，而目前在静压沉桩中考虑沉桩速率对桩周土体变形影响的研究还较少。基于透明土相似材料和粒子图像测速技术(PIV),开展静压沉桩可视化模型试验研究，分析不同沉桩速率下桩周土体位移场及其演化过程。结果表明：不同沉桩速率下桩周土体位移模式表现出斜向下挤密扩张→侧向挤压→斜向上挤出的动态变化过程；沉桩初期和后期扰动范围发生变化的原因是高速沉桩下桩端下提前产生了高应力区；高速沉桩对桩周土体扰动范围略大于低速沉桩；桩周土体总的运动趋势为向上运动，且沉桩速率越大，距离桩体越近，土体竖向位移量越大。研究成果可为合理设计沉桩速率和保障施工质量与安全提供技术支持。     

砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究

在城市中,传统锤击桩等动力沉桩产生了包括噪音、振动等环境问题。而静压桩由于其对环境影响比较小等特点得到了越来越广泛的应用。通过模型试验研究了静力压桩过程中桩周砂土的侧向土压力的发展规律。文章监测了整个沉桩过程中几组测点的土压力的发展,当桩尖向下刺入接近测点时,土压力急剧增长;当桩尖继续下沉到测点以下,测点处的土压力又急剧减小;当桩体尚未刺入到测点深度的时候,测点处的土压力就会提前达到峰值。由沉桩引起的侧向土压力最大值沿径向呈指数函数衰减,而随深度呈近似的线性增长。模型试验对比了不同沉桩速度所需的沉桩贯入力,发现沉桩速度越快,需要的沉桩贯入力越大。沉桩速度的快慢对桩周土体压力的产生没有明显影响。     

红粘土地质开口管桩上浮特性的模型试验

针对红粘土上硬下软地层中开口管桩上浮问题,分别进行了三类不同桩径的开口管桩室内沉桩模型试验,研究单桩和群桩静压沉桩试验中上浮量变化规律和土塞效应对开口管桩上浮的影响。结果表明:单桩上浮量主要由静压沉桩引起的管桩弹性压缩经卸荷回弹产生的变形提供;群桩静压上浮与施工顺序、桩间距以及位置有关,先压入的管桩上浮量大于后压入的管桩上浮量,且先压入桩的上浮速度随着后压入桩的桩间距减小而增加;桩位对桩上浮的影响强度顺序由高到低依次是中心桩位、边桩位、角桩位;当开口管桩从硬塑层压入至可塑层一定深度后,由于土塞完全闭塞的影响,导致挤土效应增强,有别于闭口管桩静压至在软硬交界面处出现的短暂上浮量增长休止的状况,开口管桩群桩挤土上浮量表现出显著上升趋势。     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。     

饱和成层土中静压桩挤土位移的模型试验研究

通过在饱和成层土中依次静力贯入三根桩的模型试验,研究了沉桩的挤土效应,总结了沉桩过程中土体在水平方向和竖直方向的位移变化规律,并对压入单桩、双桩和三桩的试验结果进行了对比分析。结果表明:沉桩过程中软硬土层交界处土体水平位移变化剧烈,呈波浪形分布,距桩越近水平位移变化越大;地表隆起最大值大约发生在距桩轴线2d(d为桩径)处;较硬土层对上部软土有约束作用而对下部软土有挤压拖带作用;双桩和三桩沉桩过程中已压入桩的"遮幕"作用明显;土体被挤压后,外摩擦角有所增大;桩周土体密度提高,影响范围大约在6d左右;上部土体含水量增大,下部土体含水量减小,但变化值不大。     

道路约束条件下静压群桩挤土效应

在分析静压沉桩挤土机理的基础上,采用室内模型试验,研究了道路约束条件下静压群桩挤土效应引起的地表土体变形,包括水平位移和隆起变形,并与工程实测进行了比较分析。试验结果表明,沉桩过程中,仅桩区内地表土体水平位移是先增大后减小,其余各处土体变形均是不断增大的,只是道路外侧土体变形较小,可忽略不计;受道路约束影响,距桩区较近处地表土体水平位移减小,隆起变形增大,且桩区–道路间距离越小,该处土体变形越小,而距道路较近处地表土体变形越大;距道路越近,桩区–道路间地表土体变形越小;在道路另一侧,地表土体最大变形明显减小。工程实测表明,与室内试验结果相比,桩区–道路间土体变形呈现相同的变化规律,但受实际道路约束的影响,实测时道路另一侧土体基本未有变形。因此,静压桩施工必须考虑周边道路、建筑物等约束的影响。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验,分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段,桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递,传力幅值与桩周土体性状密切相关,土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加,同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后,深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%,深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%;载荷试验过程中,桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移,粉质黏土层的最大,约为6.96~7.46mm,淤泥质黏土层的次之,约为6.05mm,砂质粉土层的最小,约为4.23mm;与原状土相比,重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低,重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。     

竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

贯入双层土中的混凝土管桩桩模与土体作用研究

采用ABAQUS有限元法模拟了混凝土管桩桩模贯入试验过程中贯入阻力的变化规律和桩周土体的水平位移,通过试验数据与计算结果的对比,验证了采用有限元法模拟桩模贯入过程的适用性。在此基础上,探讨了桩模贯入深度、上层土体厚度、桩径、土体强度和桩土摩擦系数在桩模贯入过程中,对桩周土体水平位移和桩模贯入阻力的影响。结果表明：桩周土体水平位移与土体径向位置、桩径关系紧密,并得到了桩周土体水平位移与土体径向位置、桩径之间的关系式;上层土体厚度、桩径和桩土摩擦系数对桩模贯入阻力影响较大,总结了桩模贯入阻力与上层土体厚度、桩径和桩土摩擦系数之间的关系式。最后采用土体附加水平应力云图解释了贯入深度对桩周土体水平位移的影响;桩模贯入上软下硬土层时,桩周土体最大水平位移出现在上层软土中,计算结果可为现浇混凝土管桩在施工设计和桩土相互作用分析提供参考依据。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

基于桩侧广义剪切模型的大直径超长灌注桩承载变形计算方法

大直径超长灌注桩桩身变形较大,桩侧与土体易出现明显的界面滑移,传统剪切位移法难以适合其承载变形计算。基于大直径超长灌注桩桩–土剪切作用性状及桩侧摩阻力发挥特点,采用剪切位移和剪切滑移两阶段法描述其桩侧摩阻力发挥过程,形成桩侧广义剪切模型;在此基础上,采用传递矩阵增量方式建立大直径超长灌注桩承载变形计算方法,并给出计算参数的取值。该方法考虑了桩侧摩阻力发挥的非线性、桩端承载的非线性及桩身材料的非线性,并考虑了桩–土滑移后桩侧摩阻力软化特性及桩端后注浆对桩端承载性状的影响。工程实例计算结果与现场试桩实测值较为吻合,表明基于桩侧广义剪切模型建立的大直径超长灌注桩承载变形计算方法具有合理性与可行性。     

平底大头沉管灌注桩的沉管性状、变径效应及承载特性

十余年工程应用和试验研究表明在沉管灌注桩中采用预制混凝土平底大头以代替普通圆锥形桩靴的新桩型适合于软土地区具有浅埋的良好持力层地质条件下应用．它的扩底明确可靠，沉管并不困难，施工工艺和工效，与普通沉管桩基本相同。在成层土条件下，这种桩存在“变径效应”，使桩身呈多节状，且在桩下段形成复合扩大头，因而其侧阻与普通沉管桩相比有增无减，端阻大为提高。单桩承载力在较厚（≥６ｍ）粉土、砂士持力层中比普通沉管桩增加１倍以上，在粘性土中增加４０％以上。用桩数量比普通沉管桩减少约１／３至１／２。它的群桩效应轻微，沉降小，稳定快。已在浙江、江苏等地用于各类多层至十余层民用建筑和工业厂房，累计建筑面积数１０万ｍ２；及烟囱、水塔等构筑物。     

粘性土地基中群桩施工产生土体内的位移场

本文用土体内空穴球形扩张模型和源-源影射的方法,根据土塑性力学的基本原理,推得了粘性土地基上单桩及群桩施工产生周围土体内各点位移的表达式。并用工程实例进行对比,初步探讨了群桩施工产生位移场的一些规律。     

砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。     

Investigation on in-situ test of penetration characteristics of open and closed PHC pipe piles

To investigate the load transfer mechanism of open and closed Pre-stressed High-strength Concrete (PHC) piles jacked into layered soil, a full-scale in-situ test was conducted. In this test, the axial stress experienced by one open and two closed PHC pipe piles during jacking into layered soil was monitored using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors mounted on pile shaft. The test results showed that (1) The jacking force on pile depended on the soil mechanical properties at the end of pile; (2) The variation of axial force on pile reflected that the compaction effect of soil for closed pile was larger than that for open pile; (3) At the beginning of penetration depth, the variation of shaft and end resistances on the open pile were different from those on the closed piles; (4) The variation of average shaft resistance relied on the mechanical properties of soil at the side of pile.