基于隔时复压试验的静压桩承载力时效性研究

静压桩沉桩结束后,其承载力随时间而变化,对桩承载力的时效性研究可为静压桩设计及施工提供参考。文章以山东省潍坊市滨海经济开发区滨湖苑小区工程现场为试验场地,通过两根静压桩进行的隔时复压试验的实测数据,研究了广义极限承载力与最终压桩力的关系、桩端阻力和侧摩阻力随时间变化规律,提出了静压桩承载力三阶段增长模型。结果表明:广义极限承载力不同于最终压桩力,其提高主要是在沉桩结束的9 d内;在沉桩结束后20 h时,桩端阻力和桩侧摩阻力对桩承载力的贡献各为50%,出现"贡献平衡点",压桩结束13 d后变为侧摩阻力主要起承载作用,出现"侧阻绝对硬化"和"端阻相对软化"现象;不同的土层提供不同的桩侧摩阻力,粉质粘土最大,砂质粉土和粉土次之,淤泥质土最小;静压桩承载力增长模型由三阶段组成,桩端阻力的增长仅发生在第一阶段,桩侧摩阻力的大幅度增长集中在第一、二阶段,在第三阶段略有提高。     

考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法

为研究砂颗粒尺寸效应对桩侧摩阻力的影响, 开展理论分析和室内模型试验研究桩侧摩阻力随桩径、桩表面粗糙度和砂土中值粒径的变化规律, 建立考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法。考虑尺寸效应后, 通过拟合试验数据得到桩-土界面极限摩擦角与相对粗糙度的关系。为反映尺寸效应对桩侧法向应力增量的影响, 将桩-土界面剪切带视作弹性空心圆柱, 基于小孔扩张理论建立桩侧法向应力增量的改进计算方法, 并通过与模型试验结果对比验证该方法的可靠性。研究表明, 在一定范围内桩侧摩阻力主要受桩-土界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径的比值两个参数影响, 其中界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径比值分别通过影响桩-土界面极限摩擦角和法向应力增量进而影响桩侧摩阻力。研究结果可为微型桩等小直径桩基承载力设计提供相应的理论依据。     

桩土摩阻力室内大型直剪试验研究

桩间土的法向应力、相对位移等相互作用关系均会对单桩承载力产生影响。现为研究桩土相互作用对于桩侧摩阻力的影响,采用室内大型直剪仪进行混凝土与土体的剪切试验,研究二者之间的剪力传递形状。研究结果表明:土体与混凝土进行接触面剪切时,剪应力τ与剪切位移s之间满足双曲线τ=s/a+bs的关系,其中的参数1/a与1/b分别代表"初始剪切刚度"和"极限抗剪强度";法向应力、剪应力、剪切位移三者之间的关系可以用双曲线函数τ/σ=μ=s/c+ds进行拟合,其中参数c与法向应力有关,可将c近似表示为法向应力的线性函数。     

黏性土中静压沉桩贯入力学机制室内试验研究

针对均质黏性土地层,通过室内模型试验对静压沉桩贯入力学机制进行研究,讨论了桩端形式对于其贯入力学机制的影响特征。同时,将双壁开口模型管桩用于分离沉桩阻力中“土塞阻力”,获得了开口管桩贯入过程中内管桩身轴力、桩内侧摩阻力的变化规律。结果表明,不同桩端形式不仅关系到桩端阻力的发挥,而且对桩侧摩阻力亦产生显著影响;随深度的增加,闭口桩桩身轴力不断减小,开口桩距离桩底远的桩身轴力递减的速率逐渐增大,接近桩顶处轴力基本为0;桩身单位侧摩阻力随深度持续增加,开口桩外管桩身单位侧摩阻力发挥程度小于闭口桩;在同一深度处,随着贯入深度的增加,桩身单位侧摩阻力不断减小,即“侧阻退化”现象,且随着贯入深度的增加,该位置处桩身单位侧摩阻力减小的越大,与已有关于静压沉桩贯入力学特性研究结论相符。     

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。     

竖向荷载下膨胀土中桩侧摩阻力室内模型试验分析

为研究含水率和围压对膨胀土中桩侧摩阻力的影响，在经过改造的三轴仪上对膨胀土中的桩进行竖向极限承载力试验，测得桩侧摩阻力随含水率和围压的变化情况。试验结果表明：当沉降在2～3 mm范围内时，桩顶荷载达到极限承载力，之后承载力缓慢下降，最后趋于稳定；在相同含水率条件下，桩侧极限摩阻力随着围压的增大而增大；在相同的围压条件下随着含水率的增大，桩侧极限摩阻力表现为先增大后减小的变化趋势。通过试验结果对比发现，土体在最优含水率18%条件下的桩侧摩阻力最大，直剪试验表明桩侧摩阻力与土体的粘聚力有一定的关系，所以在含水率18%条件下桩-土界面的摩擦力要优于其他2组含水率的土体。     

大直径灌注混凝土筒桩的土塞效应

根据大直径筒桩土塞性状的特殊性,考虑了桩直径对侧壁摩阻力、端阻力的影响,建立土塞微分体的静力平衡方程,提出了桩径与土塞效应的较为完整的相互作用关系,为研究土塞对筒桩的施工和承载力的影响提供了新的思路和方法．     

红黏土地层静压管桩承载机理及复压效果分析

为了研究红黏土地层静压管桩沉桩过程中桩身轴力、位移及桩周土体摩擦力的变化规律,揭示红黏土地层管桩承载力机理和群桩上浮影响,采用自行设计的可视化模型箱,开展管桩在红黏土地层中的静压和复压模拟试验.结果表明:以硬塑红黏土或可塑红黏土土层作为持力层时,单桩静载Q-s曲线呈陡降型,桩侧摩阻力占桩顶荷载的比值分别为94.9%、96.0%,为摩擦型桩;以基岩为持力层时,单桩静载Q-s曲线呈平缓型,桩侧摩阻力占桩顶荷载的51.1%,可归为端承摩擦桩.在压桩过程中,桩体会因压缩而产生相对于土体的位移,桩侧产生一个抵抗桩体向下运动的桩侧摩阻力;因桩侧摩阻力的存在,会将桩顶荷载传递到桩周土层中,使得桩身轴力和桩身压缩随深度增加而递减;当桩顶荷载增大时,桩体进一步被压缩,桩侧下部土体的摩阻力得以充分发挥.同时,复压能能有效消除群桩压桩引起的管桩上浮影响,可有效改善因挤土上浮而导致的桩体承载力不足.     

大直径嵌岩桩承载机理研究

大直径嵌岩桩广泛应用于低山丘陵地区,因桩身变形沉降小,桩侧阻力很难发挥.通过现场静载试验和数值模拟,对桩身侧阻力进行了研究.结果表明:土层侧阻力占总承载力的18%~24%,不考虑桩侧阻力会导致承载力的浪费;桩土相对位移较小,土层侧摩阻没有达到极限侧摩阻力,采用桩基规范计算土层侧摩阻力,会比实际土层侧摩阻力值偏大,影响嵌岩桩设计的安全性;建议该地区使用规范计算大直径嵌岩桩土层侧摩阻力时,乘以折减系数0.5.     

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。     

软土地区群桩效应影响因素的有限元分析

针对天津滨海地区软土地基,利用有限元软件MIDAS进行群桩效应的影响因素分析,讨论了在不同桩长、桩径、桩距以及不同桩数等情况下群桩效应系数以及承台底土分担荷载比例的变化规律,并得出了一些有益的结论,为天津滨海地区桩基设计施工提供参考。     

静压桩挤土效应数值模拟及影响因素分析

针对目前数值模拟在静压沉桩挤土效应方面存在的问题，给出了符合压桩实际的有限元模型.该模型采用有限变形理论及土体的屈服准则，并通过桩土界面的接触及施加位移荷载来实现压桩过程.运用得到的有限元模型对静压桩产生的位移场进行了分析，分别给出了桩土模量比、桩土界面的摩擦特性及土的泊松比对沉桩位移场的影响规律.结果表明，沉桩的挤土效应不仅与土的工程性质有关，还与桩土相互作用面的性质密切相关.     

饱和黏土中静压桩桩周土体强度时效性分析

天然饱和黏土中静压桩在沉桩过程中对土体造成巨大的挤压,致使桩周土体产生较高的超孔隙水压力,沉桩结束后随着桩周土体的逐渐固结,土体强度表现出明显的时效性.为研究饱和黏土中静压桩沉桩后桩周土体强度的变化规律,基于K0-MCC模型并考虑了土体初始各向异性与诱发各向异性对桩周土体强度的影响,推导出柱孔不排水扩张后桩周土体应力及超孔压的解答,并根据轴对称固结理论推导了静压桩桩周孔压消散的理论解答.在此基础上,考虑桩周土体在固结过程中的松弛效应,对沉桩结束后桩周土体强度的时变效应进行了解析,并通过离心机模型试验验证了该解答的合理性.结果表明,该解答能够较为合理地预测沉桩结束后桩周土体强度与超孔压的变化规律,而土体超固结比、静止侧压力系数和土体有效内摩擦角等因素对桩周土体强度变化存在一定的影响.饱和黏土中静压桩的承载力具有时效性,静压桩周土体强度时变规律的解答能够为静压桩时变承载力的计算提供理论依据,具有重要的现实与科学意义.     

静压PHC管桩承载特性的试验研究

通过在预应力高强混凝土管桩（PHC桩）的桩顶、桩端及各节桩接桩分界面粘贴应变片的精细静荷载试验,研究了沈阳地区高强预应力混凝土管桩的荷载传递机理,分析了侧阻力、端阻力的变化规律,实测了压桩力与入土深度的相互关系.考虑到沈阳地区土质特性,PHC管桩在本地区呈摩擦端承型,而不是南方地区的摩擦型桩.     

天津滨海新区固化软土强度与微结构特征研究

以天津滨海新区软土为研究对象,通过研究其固化后的无侧限抗压强度和微结构特征,分析其固化机理.添加剂的加入使得其孔隙变小,结构变得比较致密,固化后土体强度得到了一定提高.此外,对土的宏观力学性质与微结构特征之间的关系进行了探讨.     

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。     

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。     

天津滨海新区全新世湖沼相沉积土微观结构特征及定量化研究

以天津滨海新区全新世湖沼相沉积土为研究对象,用扫描电子显微镜(SEM)进行微观结构测试,并总结其微观结构类型.介绍了利用图像处理技术对土体进行微观结构定量分析方法,讨论了结构单元体,并表征了孔隙大小、形态及定向性等结构要素的定量评价指标.通过对原状土样及不同固结压力下土的微观结构的图像分析,得出了天津滨海新区全新世湖沼相沉积土微观结构特征及一些定量化的结构参数.     

分层土壤地下埋管换热器的一种优化方法

针对天津滨海新区100,m深土体分层的特点,根据分层土体内温度分布的数值模拟结果,分析了回填材料热阻与管间热阻相对大小的不同组合对换热器综合性能的影响.结果表明:由于埋管换热器中地下传热过程存在比较明显的“热短路”现象,换热管间垂直方向的热隔离能产生较明显的强化传热效果,从而提出了增加U型管管间热阻,以便提高埋地换热器换热性能的方法.