超深开挖对抗拔桩承载力影响的离心机试验研究

深基坑开挖会改变桩周土的应力状态,影响抗拔桩的承载力。通过离心机模型试验,研究了超深开挖对抗拔桩承载力的影响。采用考虑基底土超固结效应影响的有限元数值模拟分析方法,对离心机试验进行了计算分析,研究超深开挖对抗拔桩承载力影响的内在机理。研究结果表明：坑内土体卸荷,桩侧土体有效应力降低,抗拔桩承载力下降;受基底土超固结效应的影响,桩侧土静止土压力系数要大于正常固结状态,桩侧极限摩阻力与抗拔桩承载力大于正常固结状态;不考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,以覆土条件下的承载力做为设计取值,偏于不安全;考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,但不考虑基底土的超固结特性,抗拔桩承载力的取值偏于保守。     

抗拔桩变形的弹塑性解析计算

随着城市建设的迅猛发展,抗拔桩作为抗浮基础的主要形式在工程中应用十分广泛。然而国内关于抗拔桩的研究较少,且大部分集中在抗拔桩的承载力方面,对抗拔桩变形分析方法的研究相当有限。在假定桩侧土体荷载传递曲线(p-w曲线)满足理想弹塑性关系、桩侧土体强度随深度为常数或呈线性增长的基础上,推导出计算抗拔桩轴力和变形的弹塑性解析的表达式。通过与模型试验和现场试桩试验结果进行对比表明,该方法能较好地预测抗拔桩的非线性变形,理论预测结果与实测结果是比较吻合的。     

开挖条件下抗拔桩的承载力损失比分析

基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩–土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,而由于实际工程情况限制,开挖后抗拔桩的承载力又无法通过现场试桩获得,因此采用理论方法分析开挖条件下抗拔桩的承载力就显得尤为重要。基于此,首先采用极限平衡法,应用经典Mindlin应力解考虑土体开挖卸载在开挖面下引起的附加应力,推导出开挖条件下抗拔桩承载力的简化计算公式;其次利用弹塑性有限元法分析了开挖条件下抗拔桩的承载力并和极限平衡法计算结果进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。在此基础上分析了开挖条件下抗拔桩的承载力损失比与开挖半径和桩长的变化规律,分析表明:抗拔桩承载力损失比随开挖半径的增大而增大,随有效桩长增长而减小;相同开挖条件下,扩底桩的承载力损失比等截面桩少。     

嵌岩旋挖扩底抗拔桩工程应用研究

 对于单轴抗压强度在14.4 MPa以下风化程度不同的泥岩、泥质砂岩互层的特殊地质条件,按照现行设计规范,抗拔桩基础往往难以找到合适的终孔地层,利用旋挖钻机成孔、扩孔施工工艺形成扩底抗拔桩解决上述问题,并根据现场原型试验,对嵌岩旋挖扩底抗拔桩承载规律进行研究。根据桩顶静载试验和桩身应变测量试验数据,分析抗拔桩的桩身开裂、桩身变形规律。分析后认为,嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要由桩侧摩阻力、扩大头抗拔力提供,桩侧摩阻力是逐渐发挥作用的,计算桩的极限抗拔力时不宜考虑全部的桩侧摩阻力,扩大头抗拔力在整个抗拔力中占较大比例。嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要受桩顶位移控制。极限承载力是桩顶位移达到极限值(即容许上拔量)所对应的承载力,而不是抗拔桩真正所能发挥出来的最大承载力。当上部结构对抗拔桩桩顶位移比较敏感时,宜采取措施控制桩身变形,而不是单一提高桩的极限抗拔承载力。     

群桩沉降简化非线性分析预测

本文介绍垂直荷裁作用下群桩非线性响应分析计算方法，该方法中非线性的桩—土—桩之间的相互作用以双曲线型荷载传递函数模拟。为评价此方法的实用性，对已报道的一些单桩载荷试验进行了反分析研究，通过反分析研究可得到更加准确的模型主要参数。为了把这种单桩的分析方法推广应用到群桩，可用等效墩法，它借助于双曲线型荷载传递函数考虑了与周围土体的相互作用。等效墩法的荷裁沉降响应可用单桩的解答计算，但为了考虑由于桩—土—桩相互作用引起的群桩效应，荷载传递函数应进行修正。三例群桩的现场试验研究发现，用本文模型计算得到的结果与实测值很接近。这三例群桩的现场试验表明，在实际工作中我们能够合理地预测群桩的荷载—变形发展性状，直至破坏。     

某下沉式广场抗浮设计

本文以某下沉式商业广场的抗浮设计为例,对抗拔桩设计荷载条件、抗拔桩单桩承载力设计、抗拔桩桩身结构设计、抗拔桩布桩方案的选择等方面分别进行了阐述,从而讨论了抗拔桩设计过程中所应考虑的问题。     

普通抗拔桩与托底抗拔桩荷载传递数值分析

基于FLAC3D有限差分软件,对普通抗拔桩和托底抗拔桩进行数值模拟分析,对比研究两种抗拔桩的荷载-位移曲线、桩身轴力传递特性及桩侧摩阻力分布等特性。结果表明:普通抗拔桩的极限承载力小于托底抗拔桩的极限承载力,荷载相同时普通抗拔桩的位移更大;两种桩型的荷载-位移曲线均主要由线性段构成,普通抗拔桩和托底抗拔桩在极限状态时均发生"突变型破坏";托底抗拔桩桩身轴力由下向上传递,普通抗拔桩桩身轴力由上向下传递,两者的轴力沿深度分布形式相反:普通抗拔桩轴力随深度增加而减小,托底抗拔桩随深度增加而增大;两种桩的摩阻力分布曲线相似,上部小,中下部大;荷载水平较低时,托底抗拔桩上部摩阻力大于普通抗拔桩,荷载水平较高时,除了桩端附近,托底抗拔桩全桩摩阻力均大于普通抗拔桩;桩侧摩阻力与桩土相对位移关系呈双曲线型分布。     

灌注细石混凝土微型桩基础上拔试验研究

通过现场真型试验,对灌注细石混凝土微型桩基础抗拔承载机理及其抗拔承载力计算方法进行了研究。试验表明:在本次试验条件下,微型桩单桩抗拔承载力可由桩身自重和桩周侧摩阻力相加组成;由于承台对上拔荷载的重分配,在上拔荷载作用下,角桩承力最大,边桩次之,中桩最小;微型桩群桩抗拔极限承载力可以通过单桩抗拔极限承载力乘以桩数和群桩效应系数计算得到,本次试验条件下,微型桩抗拔群桩效应系数选取0.75进行计算。     

抗拔桩承载能力影响因素与群桩变形规律试验研究

利用自主研发的桩基室内抗拔测试装置,结合数值模拟技术对抗拔桩的承载破坏过程及影响因素、群桩的协同工作特征展开了深入研究。结果表明：抗拔桩的承载破坏经历4个阶段,承载初期,桩顶侧摩阻力最先发挥作用,桩顶土体发生塑性破坏;随上拔荷载不断增大,桩体产生相对位移,桩周土体由于桩身侧摩阻力产生塑性破坏;当桩身轴力自桩顶传递至桩底时,桩身底端产生抗拔“吸附力”,并伴随局部土体塑性破坏;随着桩周土体塑性区的拓展、连通,抗拔桩承载能力达到极限;桩身长径比、桩-土界面摩擦因数、桩侧土体压力与其承载极限呈正相关关系,其中桩身长径比对桩端“吸附力”具有重要影响;群桩抗拔过程中,角桩侧摩阻力发挥最充分,桩身位移量最小,极限承载力最大,中心桩桩身位移最大,极限承载力最低;距径比影响抗拔桩的群桩效应,当距径比从2增大至8时,桩身侧摩阻力提高30%,将距径比8作为群桩工程的推荐值,6～10作为群桩距径比的推荐范围。     

托底抗拔桩承载特性的模型试验研究

托底抗拔桩是一种通过无黏结钢绞线将上拔荷载传至桩底,使桩身混凝土受压工作的一类新型抗拔桩。能合理解决桩身受拉开裂问题和基础筏板受桩顶托问题,其承载特性与普通抗拔桩存在差异。通过室内模型试验,对比分析了普通抗拔桩与托底抗拔桩在极限抗拔承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布方面的差异及其原因。探讨了泊松效应对上述两种桩承载力的影响。基于普通抗拔桩承载力确定方法,引入桩相对柔度参数确定托底抗拔系数,提出了托底抗拔桩极限承载力的计算方法与关键参数得取值建议,并通过模型试验数据对该计算方法的合理性进行了验证。     

深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析

抗拔桩极限承载力的确定对于工程设计有决定性作用,由于实际工程情况和现场试验条件的限制,深层开挖条件下的抗拔桩极限承载力实际上无法通过现场试桩得到,因而理论研究显得尤为重要。采用基于直接约束算法的桩土库仑摩擦模型,借助于弹塑性有限单元法对上海某工程的等截面和扩底抗拔桩单桩足尺试验进行对比分析,验证了所采用的理论计算分析方法的合理性,得到了上海软土地区抗拔桩有限元计算的相关参数。然后在此基础上,对比了等截面和扩底抗拔桩受力特性,通过在不同开挖宽度和埋置深度条件下抗拔桩极限承载力的对比分析和影响因素的探讨,最后得到了深层开挖条件下抗拔桩承载力变化的一般规律。     

群桩基础水平动力响应简化边界元频域解答

在水平振动或地震作用下,建立圆形桩与土的动力相互作用简化边界元模型,采用动力相互作用因子对群桩基础顶部的惯性响应和运动响应进行分析。桩身运动方程考虑了群桩动力相互作用以及由土体位移引起的被动桩效应,得到了频域内固定群桩基础顶部的水平动力响应的弹性解答。结果表明,简化边界元模型通过土体位移系数,考虑了沿桩身长度方向的土体相互作用,较为准确地得到了桩身运动弯矩,将其运用到群桩基础的计算中,可以用于评估动力作用下群桩基础的桩顶水平阻抗和桩土运动响应。     

群桩基础桥墩静力PUSHOVER分析

静力Pushover分析是应用能力谱法进行抗震分析的重要一步,也是研究结构非线性受力特征的重要方法之一。本文采用Pushover分析方法, 同时考虑地基土与桩构件的非线性,研究了群桩基础桥墩的侧向加载模式与非线性受力特征。研究结果表明:(1)侧向加载模式不同,获得的能力曲线不同。均匀分布和墩顶集中力加载模式分别反映了结构能力曲线的上、下限,一阶振型和SRSS分布介于两者之间。建议群桩基础的Pushover分析应采用SRSS加载模式。(2)墩高小于20 m时,高速铁路简支箱梁桥的水平惯性力主要集中在墩顶及承台处。(3)受拉侧单桩初始屈服后,群桩基础的承载能力还可继续增加,但横桥向多排桩(4排桩)群桩基础增加更明显。横桥向多排桩群桩基础的位移延性系数高于纵向两排桩的情况。     

支盘桩的抗拔机理及工程应用

在对支盘桩抗拔机理理论分析的基础上,设计了一个室内模型试验装置来研究支盘桩的抗拔承载和变形性能,并与等直径桩进行比较。对等直径桩、单盘支盘桩、双盘支盘桩分别进行了上拔加载试验,证明支盘桩的抗拔承载力远高于等直径桩;同时由于支盘桩在抗拔时和抗压时的承载机理不同,如果设计不合理,设多盘时的抗拔承载力反而会低于单盘支盘桩的抗拔承载力。     

桩筏基础抗拔变形的简化分析方法

提出一个预测抗拔桩筏基础非线性变形的简化分析方法,方法将桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合抗拔单桩的荷载-位移曲线,并将其用于桩筏基础的变形分析中,使用相互作用系数方法分析桩-桩的相互作用。与室内群桩模型试验和现场群桩试验结果的比较说明,方法不但可以节省计算时间,而且计算结果与实测结果也比较吻合。     

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。     

大直径嵌岩灌注桩长径比问题的计算和分析

利用ANSYS软件,结合工程实例对桩基进行模拟分析。对不同长度的大直径嵌岩灌注桩分别进行了有限元建模和计算分析,通过计算得出了桩土位移云图、荷载-沉降关系曲线,建议长径比在3~6范围内的墩基础套用桩的计算方法,对嵌岩段总阻力进行0.7~0.9的折减。     

抗拔桩的变形与极限承载力计算

抗拔桩常用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础。本文推导了基于轴向Winkler地基模型的抗拔桩弹性解答和基于统一极限摩阻分布(由Nc,αs和n三参数描述)的弹塑性有限差分求解方法,编制了相应的程序。应用上述解答和程序,对抗拔桩的变形性状和极限承载力进行了详细地研究,重点讨论了Winkler模型弹簧刚度ks、统一极限摩阻参数Nc、αs和n,以及上覆土层对抗拔桩的变形和极限承载力的影响。结果表明,Nc和ks对抗拔桩的弹塑性变形影响显著,而极限承载力主要取决于Nc值和上覆土层厚度。