基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。     

考虑天然黏土应力各向异性的静压沉桩效应研究

 基于K0固结各向异性修正剑桥模型(K0-MCC),考虑天然饱和黏土的初始应力各向异性及应力诱发各向异性特征,推导天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的理论解,提出沉桩阻力的理论计算方法。在此基础上,通过静压沉桩离心机模型试验,对理论解进行验证,研究静压沉桩过程中桩周土压力、孔压及沉桩阻力的变化规律。结果表明,由于提出的理论解合理考虑了天然黏土地基的固有特性,因而可以较好地反映天然饱和黏土中的静压沉桩效应。研究成果为静压桩施工及承载力确定提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

基于波速孔压静力触探试验研究软土中单桩桩侧承载力时效性

 根据波速孔压静力触探探头和静压桩在软黏土中贯入的特点,建立以波速孔压静力触探试验参数计算软土中静压桩的单桩桩侧承载力时效性的理论解,利用该解可以预测饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。与传统桩的承载力时效性简化分析方法不同,该理论解不仅考虑多土层地基中不同土的刚度指数的差异对固结过程的影响,还考虑因各土层固结系数不同而导致消散速率不同的影响。现场不同间歇期的单桩载荷试验测试结果验证该理论解的合理性。     

波速孔压静力触探试验在桩基工程中的应用研究

根据波速孔压静力触探探头和静压桩在软粘土中贯入的特点,基于小孔扩张理论、一维固结理论和有效应力原理,建立了以波速孔压静力触探试验参数计算软土中单桩的桩侧承载力极限值、桩侧承载力时效性以及沉桩瞬间桩周土中的超静孔隙水压力的理论解。以昆山某试验场地的现场试验值与相应的理论计算值进行对比,结果显示两者非常吻合,说明波速孔压静力触探试验在桩基工程中具有广泛的应用价值。     

考虑土体三维强度特性的静压桩周超孔压解析及演变

 将饱和黏性土中静压沉桩过程近视看作柱孔不排水扩张问题,在充分考虑土体三维强度特性的条件下采用SMP准则改进的修正剑桥模型,推导得出柱孔扩张引起超孔压的基本解答。在此基础上,考虑桩周土竖向和径向固结,建立空间轴对称固结方程的定解条件,采用分离变量法求得桩周超静孔隙水压力消散的级数解答。分析桩周土体超静孔隙水压力随时间和空间的演变规律,揭示应力历史、径向和竖向固结系数以及剪切模量等因素对初始超孔压的产生和随后的固结速率的影响规律,并通过实例验证本文解答的合理性和适用性。通过与现场实测对比,本文解答较好地反映了静压桩周土体超静孔隙水压力的演变规律。此外,桩周土体的超静孔隙水压力随距桩侧径向距离增大呈对数衰减。剪切模量和竖向固结系数对桩周土体固结速率影响较小,而土体超固结比和径向固结系数对固结速率影响较为显著,表明超孔压消散主要发生在径向。研究成果对静压桩承载力的确定具有一定的指导意义。     

饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究EI北大核心CSCD

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。     

天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。     

预制桩沉桩后时变承载力计算方法对比与优化

预制桩沉桩后承载力有明显的时间效应,为此,从经验公式法（对数函数型、双曲线函数型和规范公式型）、理论解析法（固结理论和柱/球孔扩张理论）和机器学习法3个方面总结了预制桩沉桩后时变承载力计算方法的研究现状并就未来方向给出了建议。经验公式法主要考虑了超孔压消散因素,而缺少对桩周土强度恢复因素的考虑;双曲线型函数在整个时间尺度上符合桩承载力恢复规律的描述。未来可以耦合分析超孔压消散和桩周土强度恢复建立振动沉桩方式的时变承载力解析方法。未来亦可尝试其他机器学习算法,对比分析各种算法的优劣,可增加沉桩方式、桩型、桩径、土层信息等输入参数种类和收集多场景多源数据以提高预测精度。     

复压法估算静压预制桩承载力试验

静压桩承载力的时间效应主要表现为触变时间效应、固结效应或硬壳效应。本文通过对静压预制桩的复压试验研究,得出复压所需压桩力随时间的增加而增加,并将复压试验估算的静压桩极限承载力与理论计算极限承载力、静载试验所测极限承载力对比分析。复压预测的极限承载力值与理论计算的承载力值很接近,与应用静载试验曲线来预测的结果误差略大,复压预测极限承载力偏于保守。说明复压法来进行预制桩极限承载力预测基本上可以用来指导施工,这样可以大大减少施工前的静载试验费用并缩短施工周期。     

考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法

考虑天然饱和黏土地层的原位力学特性,采用圆孔扩张模型考虑沉桩效应,结合太沙基一维径向固结理论推导了桩周土再固结过程中土体强度和剪切模量的解析解。在此基础上,根据桩基加载过程中桩侧土体的剪切变形特性,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型,提出了考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系理论预测方法。通过现场试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩荷载–沉降特性随时间的变化规律,分析了静压桩沉桩后不同历时的荷载传递特性。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载特性的变化主要是由于桩侧承载特性的提高;特定休止期后的静载试验结果与静压桩真实承载特性存在一定差异。因此,实际工程中应根据桩周土体力学特性的改变结合静载试验合理确定静压桩的承载特性。     

Experimental investigation on resistance and response of jacked model piles in sand

静压沉桩过程中沉桩阻力计算是桩机选型的关键，而目前对沉桩阻力计算方法尚未统一，且沉桩过程中引起的桩周侧压应力分布规律尚不明确。为此，通过室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩，研究沉桩速率和桩长对静压沉桩过程中沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力的影响。结果表明：沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力主要与桩长有关，沉桩端阻力与沉桩阻力之比随着沉桩深度增加而减小，但在沉桩深度为12倍桩径位置的沉桩端阻力占沉桩阻力的比例仍高达75%；桩周侧压应力随着埋深增加逐渐趋近于被动土压力，其主要与沉桩对土体挤密作用有关，且增加桩长和降低沉桩速率均可改善沉桩挤密作用；桩周侧压应力存在显著的“退化”现象，并与沉桩过程和桩体回弹有关。此外，基于太沙基极限承载力理论建立了沉桩阻力拟合计算式，并结合朗肯被动土压力理论，提出了桩周侧压应力计算的朗肯被动土压力修正计算公式，可用于静压桩沉桩完成后的桩周侧压应力计算。     

砂土地基中静压桩沉桩及其承载特性室内试验研究

静压沉桩过程中沉桩阻力计算是桩机选型的关键,而目前对沉桩阻力计算方法尚未统一,且沉桩过程中引起的桩周侧压应力分布规律尚不明确。为此,通过室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,研究沉桩速率和桩长对静压沉桩过程中沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力的影响。结果表明：沉桩阻力、沉桩端阻力、桩周侧压应力和桩体极限承载力主要与桩长有关,沉桩端阻力与沉桩阻力之比随着沉桩深度增加而减小,但在沉桩深度为12倍桩径位置的沉桩端阻力占沉桩阻力的比例仍高达75%;桩周侧压应力随着埋深增加逐渐趋近于被动土压力,其主要与沉桩对土体挤密作用有关,且增加桩长和降低沉桩速率均可改善沉桩挤密作用;桩周侧压应力存在显著的“退化”现象,并与沉桩过程和桩体回弹有关。此外,基于太沙基极限承载力理论建立了沉桩阻力拟合计算式,并结合朗肯被动土压力理论,提出了桩周侧压应力计算的朗肯被动土压力修正计算公式,可用于静压桩沉桩完成后的桩周侧压应力计算。     

砂性土层中静压桩的荷载传递和承载力研究

通过对某砂性土场地内一组H型钢长桩的原位试验,分别以2倍和2.5倍的单桩承载力设计值进行压桩,同时,以一根类似土层中的锤击桩作为对比试验,并沿桩身安装频振型应变计考察桩在载荷试验过程中的荷载传递性状。试验结果显示:静压桩的荷载传递性状表现为端承摩擦桩,而锤击桩的荷载传递性状则表现为摩擦端承桩。以最终贯入度收桩的锤击桩,其桩端深度大于以超载预压法收桩的静压桩。静压桩的极限承载力与其曾经历的最大压桩力紧密关联。当静压桩的最大压桩力达2.5倍的单桩承载力设计值时,虽然其桩端较锤击桩而言置于较浅并较软的土层上,但极限承载力并不小于锤击桩。原因在于,较高的压桩力可能降低了桩在高荷载条件下的蠕变沉降,从而增加了桩的极限承载能力。     

基于BP神经网络的静压桩承载力时间效应预测

基于珠海软土地区3根PHC管桩隔时复压试验数据,采用BP神经网络建立了静压桩承载力时间效应的BP神经网络模型来预测静压桩的长期承载力。在建模过程中将桩长、桩截面积、土体摩擦角、土体变形模量、渗透系数、最终压桩力及休止期等与静压桩承载力密切相关的7个参数引入到输入层,用Visual Basic语言编制了以最终压桩力和休止期为主要输入因素的计算程序,程序可以对比显示计算和实测曲线。在样本训练和学习过程中,任意选取2根桩的试验数据来预测第3根桩的长期承载力。通过对施工现场工程桩的试算,预测结果与实测值较为吻合,表明提出的BP神经网络模型用于预测静压桩长期承载力是切实可行的。     

压入式沉桩的设计与施工──一个综合楼工程压入式沉桩总结

压入式沉桩是以较小的静压力，使桩克服土体的阻力，把预制钢筋混凝土桩沉入预定的标高，从而获得较大的承载力的桩基工程。近年来，上海地区的压入式沉桩有较大的发展。压入式沉桩由于没有锤击式的锤击应力，因此桩的配筋及混凝土强度等级相对于打入式沉桩要求要低。本文通过工程实例，主要对压入式沉桩的承载力及桩基沉降等做了一些测试工作，对压入式沉桩的压桩阻力、特别是对压入式沉桩的最大深度及压载以及桩持力层等问题提出了新的建议和看法。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

砂土地基中静压桩桩体回弹和复压特性分析

明确静压桩回弹和复压特性有利于提高静压沉桩质量及其经济性。为此,采用室内模型试验模拟砂土地基中静压沉桩,考虑沉桩速率、桩长和卸荷速率,分析静压桩卸荷过程中桩体回弹量、桩周侧压应力、桩端残余应力和单桩极限承载力的变化规律。并对比分析了复压前与复压后桩体回弹量、桩周侧压应力和桩体极限承载力的变化。结果表明：桩体回弹量主要与桩长有关,桩体回弹量约为桩长的0.4%,并随沉桩速率和卸荷速率增加而增大,且卸荷速率的影响程度大于沉桩速率。建立了桩体回弹量随时间变化的双曲线模型,较好地反映了卸荷过程中桩体回弹量随时间的变化规律。提出了卸荷后桩周侧压应力计算的修正被动土压力计算式,其计算结果显著优于被动土压力公式计算结果。沉桩速率和卸荷速率引起的极限承载力差异最高可达12%,建议以沉桩终压力的1.04倍进行桩体极限承载力估算。复压的主要作用是提高桩周侧压应力,且桩周侧压应力约提高50%,桩体承载力提高幅度约为10%,故实际工程中应关注复压施工质量,以有效提高桩体极限承载力。