广东地区大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性试验研究

 通过广东软土地区大直径超长钻孔灌注桩大吨位静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩承载特性及荷载传递机制,为该地区大直径超长桩的理论研究和工程应用提供了宝贵的参考数据。实测结果研究表明：试桩的Q-s曲线呈缓变型,桩端承载力分担总荷载比例均低于15%,表现为摩擦桩特性;随桩顶荷载增加,桩土相对位移沿桩身的递增幅度呈先增大后减小的趋势,淤泥质粉质黏土和淤泥达到极限侧摩阻力所需的桩土相对位移分别为17和6 mm,砂土达到极限侧摩阻力所需桩土相对位移22～27 mm,桩身上部土层侧摩阻力发生不同程度的软化;桩身上部粉质黏土的桩土相对位移为18～23 mm,在桩土相对位移达40 mm时,下部粉质黏土层侧摩阻力达到极限值的87%以上,桩土相对位移继续增大时,侧阻增加趋势较为平缓,并逐渐接近于极限值;风化砂岩侧摩阻力随桩土相对位移的增加而增大,极限荷载下侧摩阻力未完全发挥;桩端阻力随着桩端沉降量的增加呈加工硬化型。     

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。     

砂土中螺旋挤土灌注桩受力性状模型试验研究

 利用自行研制的电动模拟钻机和桩基模型试验系统,在匀质砂土地基中进行新型螺旋挤土灌注桩模型试验,探索完全挤土型SDS桩的荷载传递规律和承载变形特性,发现桩侧摩阻力沿桩身呈异步发展,在小于0.2倍桩径的桩土相对位移范围内,桩侧摩阻力随桩土相对位移呈单调上升,且桩侧摩阻力远高于桩端阻力。通过SDS桩与CFA桩的试验结果对比发现,桩长因素对SDS桩承载变形特性的影响大于CFA桩,在桩长、桩径和地基都相同的模型试验条件下,SDS桩的极限承载力比CFA桩提高25%～70%。应用太沙基和派克的土压力原理及应力路径方法,阐明不同成桩工艺对桩周土体物理状态和力学指标的影响。结果表明,不同成桩工艺是引起SDS桩与CFA桩的承载变形性状出现差异性的主要原因。     

分布式后压浆超长大直径灌注桩竖向承载性能试验研究

基于山东小清河复航工程开展2根超长大直径灌注桩压浆前后现场静载试验,对比分析组合式后压浆桩与分布式后压浆桩压浆前后的承载性状,研究分布式后压浆对超长大直径灌注桩承载变形、荷载传递特性以及桩侧摩阻力与桩端阻力的影响。结果表明：相比压浆前,组合式后压浆桩与分布式后压浆桩的承载力提高幅度分别为39.6%、52.2%,分布式后压浆桩的承载性能较组合式后压浆桩的更优,其改善桩基荷载传递特性更为明显;在极限状态下,组合式后压浆桩与分布式后压浆桩的侧摩阻力与端阻力均得到了显著提高,有效地改善了桩侧与土体的边界条件和桩端承载条件,提高了桩侧与桩端土体的强度与刚度;在相同条件下分布式后压浆桩的侧摩阻力增强系数较组合式后压浆桩的略大,且侧摩阻力增强系数随埋深的增加整体上呈现增大趋势,侧摩阻力增强系数存在深度效应。此外,通过透明土可视化模型试验进一步证实,分布式后压浆具有小间距、多断面、高密次以及多深度压浆等特点,使其注入的水泥浆液沿桩身分布更均匀,从而形成了更为紧密且稳定的桩-水泥土-土体系,对改善桩基承载特性的效果更为显著。     

碎石注浆桩承载特性试验研究

通过室内模型试验及现场试验,对碎石注浆桩这一新型桩基技术的承载性状、工作机理进行了试验研究。试验结果表明,与素混凝土灌注桩和预制混凝土桩相比,碎石注浆桩通过先投放碎石后进行注浆成桩的工艺,在注浆过程中胶结碎石成混凝土提高桩体强度的同时,水泥砂浆也胶结加固了桩侧和桩端土体,使得桩侧摩阻力和桩端阻力均得到显著提高。通过试验分别研究了注浆对桩侧摩阻力和桩端阻力的影响及荷载分担情况,得到了一些有益结论。试验也表明:泥浆护壁的成孔方式对桩体的承载性能有一定削弱作用,通过后注浆的工艺可得到改善。着重对试验方法和结果进行描述分析,得到的一些试验数据和结论可为深入研究碎石注浆桩的加固机理和计算方法提供依据。     

桩端土强度对桩侧阻力影响的研究

桩端阻力和桩侧阻力不是相互独立的,桩端土强度的提高会提高桩身侧阻,尤其是桩端附近桩侧土的侧摩阻力。通过静载试验研究了桩端下沉渣厚度不同以及桩端持力层不同时的超长桩实测桩侧摩阻力,阐述了桩端强度提高对桩侧摩阻力的强化作用,发现提高桩端土的强度不仅可以减小桩端沉降,还可以使桩身总侧阻提高进而可以提高单桩的极限承载力;同时运用莫尔–库仑理论分析了桩端土强度对桩侧阻力影响的作用机制。     

砂土中成桩工艺对桩基承载性能影响的室内模型试验研究

 模型试验是桩基承载性能研究中不可或缺的一种科研手段。通过设计模型试验,基于试验数据进行整理分析,研究砂土中成桩工艺差异对桩基承载性能的影响,经过对比研究,分析桩基的受力分布特点和沉降变形特性,探讨成孔卸荷对灌注桩承载特性产生的作用效应。结果表明：试桩的荷载–沉降(Q-s)曲线均呈陡降型。静压桩承载力最大,但曲线突降性方面不如预埋桩和灌注桩明显;成桩工艺不同会影响桩基的荷载传递性能,由于成孔卸荷和挤土效应差异,静压桩沿深度方向的荷载传递性能相对于灌注桩和预埋桩要差;4桩桩侧摩阻力在一定深度都出现强化现象,静压桩桩侧阻力强化位置略高于灌注桩和预埋桩,这是因为挤土效应使桩侧阻力增大,成孔卸荷和裹膜撤除产生的侧向卸荷会在一定程度上削弱桩侧阻力;桩侧阻力的极值发挥和极值点位置受成桩工艺影响较大;侧阻与端阻异步发挥且其最大值并非同时到达,端承力占桩顶荷载的比例随上部荷载变化而变化。     

大直径嵌岩桩承载特性的现场试验分析

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地结合成为共同受力的整体结构.通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型的非线性分布.     

杭州深厚软土层钻孔灌注桩单桩承载特性研究

杭州市某高架桥选用后压浆钻孔灌注桩,为了掌握钻孔灌注桩在该软土层的承载特性,共设计了一组三根试桩进行单桩竖向抗压试验和桩身高应变试验,试桩中安装了振弦式钢筋应力计、滑动测微仪和土压力盒以反映桩侧摩阻力、桩端阻力及竖向承载力.通过对试验数据进行计算及对比分析,结果表明:杭州软土层钻孔灌注桩表现为典型摩擦桩受力性状;单桩摩阻力由上部土层到下部土层依次发挥,浅部土层在达到极限摩阻力后,随着加载的增大,由于桩周土体发生了滑移破坏,桩侧摩阻力会有所降低;桩身高应变动测试验结果与静载试验结果接近,但桩侧、桩端分担比例与静载试验结果稍有差别.     

掺入膨胀剂桩受力机理的试验研究

对掺入膨胀剂的混凝土灌注桩受力机理进行了试验研究,通过对几组普通桩(不掺膨胀剂)和掺入膨胀剂的混凝土灌注桩试验结果分析,发现由于膨胀剂的膨胀作用,使灌注桩的承载性能发生了较大的变化,桩侧摩阻力和桩端阻力均得到提高;在相同荷载作用下,掺入膨胀剂的桩可明显减小桩顶沉降量,并使桩端阻力得以提前发挥。     

不同桩端土对灌注桩承载特性影响的研究

就不同桩端土对灌注桩承载特性的影响进行室内试验研究。根据软土地区灌注桩的穿越土层特点,按试验目的设计室内试验,去除成桩质量、桩身粗糙程度等因素的影响,采用预置裹膜预埋的方法设置模型桩。采用六种不同材料模拟桩端土,参照规范对各试桩进行静载试验。结果表明,桩端土的性质对桩极限承载力有较大的影响,采用向桩端粘土掺加水泥来增加桩极限承载力的方法可行,本室内试验可为类似试验提供参考。     

灌注桩桩端与桩侧土体相互作用试验研究

基于室内模型桩试验方法,结合灌注桩施工工艺对桩侧与桩端土体造成的影响,通过在桩侧设置泥皮与在桩端铺设石棉毡的方法分别控制桩侧与桩端土体承载条件,考察桩侧土体性质变化对桩端阻力的影响规律以及桩端土体性质改变时桩侧摩阻力的变化特征,进而揭示灌注桩桩端与桩侧土体相互强化的规律。     

宁波地区常见工程桩中病桩的分析与治理

分析了宁波地区常用的各类工程桩产生病桩的原因,归纳了设计人员对各类病桩采取的相应加固措施。总结出常用的预应力混凝土管桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩等病桩通过管内浇注混凝土、接桩、桩底注浆等实用可行的病桩治理方法。使病桩经加固处理后能满足桩原承载能力和完整性要求,达到正常的使用条件,节约建筑工程造价。     

竖向荷载下膨胀土桩基承载室内模型试验

利用自主研发的多向桩基加载系统,开展了室内模型试验,研究了膨胀土中桩基分别在最优含水率和饱和含水率条件下的下压和上拔荷载桩基的承载特性。试验结果表明:膨胀土含水率的变化,对抗压桩的极限承载力影响更为明显,对抗拔桩的极限位移影响更为明显。随着含水率的增加,尽管抗压桩和上拔桩的极限侧摩阻力均减小,且减小程度接近,但上拔荷载作用下极限侧摩阻力明显低于下压荷载的极限侧摩阻力。不同含水率条件下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而上拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布,含水率的增加使抗压桩和上拔桩的极限承载力显著减小,且抗压桩减小幅度更大,但抗压桩的极限承载力始终大于上拔桩的极限承载力。     

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。     

泥岩持力层的管桩承载力试验研究

对管桩竖向承载性能进行了试验研究和理论分析，结合某管桩基础工程大量施工资料和静载试验桩顶、桩底位移测量结果，探讨了桩端持力层的受力特性，给出了桩端轴力计算的修正公式。根据实测复打前后的静载试验资料，利用预制桩竖向承载性能优化反分析计算程序计算分析了桩周及桩端土阻力参数。最后，综合分析了软岩作为桩端持力层时管桩应用的局限性。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

端承桩复合桩基及其设计方法

对于采用端承桩(或摩擦端承桩)的桩基础,由于基桩沉降很小,即使加大桩距也很难发挥桩间土的承载作用,因此上部结构荷载几乎全部由桩来承担,桩间土即便有很大的承载力也无法参与工作,从而造成很大的浪费。通过采用专门研制的桩顶变形调节装置,来协调端承桩与桩间土之间的变形,从而实现端承桩与桩间土的共同作用;并对使用端承桩同时考虑地基土承载力,特别是以地基土承载为主,辅以少量端承桩的端承桩复合桩基,提出设计方法。该方法经工程实践验证是合理的,具有良好的应用前景。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

复合桩基承台下土的极限承载力提高值理论解

基于条形和圆形基础下土的极限承载力研究，结合滑动土体绕桩时极限阻滑力的理论解答，导出了复合桩基承台下土的极限承载力由于桩的遮帘作用而获得提高值的理论解，并给出相应的计算图表。算例和实例分析表明了理论解的合理性。此外，还简要讨论了理论解的适用条件