静压桩残余应力对桩承载性状试验研究与影响分析

静压桩残余应力对桩工作性状具有重要影响。通过黏性土地基中静压敞口高强预应力混凝土(PHC)管桩静载荷试验,阐明了沉桩结束后的残余应力分布特征,并对载荷试验过程中残余应力对荷载传递性状及承载力的影响进行了分析。结果显示,沉桩结束后静压桩残余应力较大,桩端残余应力占沉桩应力比值约为7.1%;残余应力沿桩身呈双曲线分布,于中性面处达到峰值;载荷试验过程中,残余应力对荷载传递性状的影响与桩顶荷载大小密切相关。不考虑残余应力影响将高估中性面以上桩侧极限摩阻力16.3%~19.5%,低估中性面以下桩侧极限摩阻力19.8%,残余应力对桩承载力影响不大。     

粗粒土中预制桩的静压施工残余应力

预制桩 沉桩施工阶段形成的桩身残余应力对桩的工作性状有重要影响。原位观测了两根 H 型钢桩静力压入粗粒土地基过程中的桩身应力,测得了很大的桩身与桩端施工残余应力。施工残余摩阻力之中性点深度随贯入桩长增加而下移,但两者之比值趋于定值。桩端残余应力除了与弹性系数有关,还受到压桩力与贯入速率的影响。随着压桩荷载循环次数的增长,残余负摩阻力不断累积,但某一固定土层深度的单位残余负摩阻力却呈现下降趋势,这与沉桩侧摩阻力的疲劳退化机理是一致的。施工残余应力的存在改变了桩周土与桩端土的初始应力状态,使得桩–土体系在工作条件下会沿着与预期不一致的应力路径受荷至破坏。这对传统的静载荷试验和 Osterberg 试桩的成果分析方法提出了挑战。若考虑施工残余应力,对桩的抗拔承载性状有利,并使得开口管桩土塞效应问题变得更复杂。桩身残余应力的分布可基于残余摩阻力的折线型分布假定,利用桩端残余应力来预测。     

基于黏性土的静压沉桩受力特性室内模型试验研究

将增敏微型光纤光栅传感器(以下简称FBG传感器)、土压力传感器成功应用于静压桩室内模型试验中,对贯入黏性土地基中双壁开口试桩TP1压桩力、桩端阻力、桩身内外管轴力、内外管侧摩阻力、单位侧摩阻力等的发展变化情况进行了监测。试验结果表明:FBG传感器、土压力传感器能较好地监测沉桩过程中的桩身受力状态。开口试桩TP1的压桩力、桩端阻力、桩内外管侧摩阻力均随着沉桩深度的增加而逐渐增大,而不同贯入深度下的内外管桩身轴力逐渐递减且斜率逐渐减小。静力沉桩过程中土塞逐渐形成并趋于稳定,沉桩结束时土塞高度超过3L/100。在沉桩过程中,随着贯入深度的增加,同一沉桩深度处桩侧水平应力逐渐释放,桩侧摩阻力出现"退化效应"。沉桩结束时,外管侧摩阻力值是内管侧摩阻力值的3倍。     

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90cm时,土塞高度稳定在33cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

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。     

硅压阻式传感器在静压桩贯入试验中的应用

针对静压桩贯入模型试验,基于多晶硅材料的扩散硅膜片制成的硅压阻式传感器,用于静压模型桩贯入过程桩端阻力数据实时采集。试验结果表明,该种传感器适用于静压桩贯入过程的监测,传感器表面需与桩端端部齐平,桩身表面开槽封装传感器导线可以避免贯入时损坏导线。通过分析贯入过程压桩力、桩端阻力和桩侧摩阻力,发现压桩力随模型桩入土深度的增加并没有呈现较明显的线性增大;贯入阻力主要是由桩端阻力产生,桩侧摩阻力较小;贯入试验中静压桩存在桩端残余应力,桩端残余应力与桩端阻力变化曲线相近。该结论为桩基础设计提供了有利参考。     

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。     

层状地基中大直径钢管桩承载力数值分析

开口大直径钢管桩因施工进程快、高效、造价低等优点被广泛应用在软土地基施工中。以广东惠州某钢箱坦拱桥工程为背景,采用耦合欧拉-拉格朗日法（Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）数值模拟方法,对大直径钢管桩在粉质粘土层中连续贯入过程进行模拟,并提取贯入过程中的管壁内外侧摩阻力以及桩端阻力进行承载力分析。结果表明：(1)静压管桩连续贯入不仅会引起土体的局部大变形,还会改变桩周土体的有效应力状态,从而影响自身的贯入阻力以及桩基承载力;(2)贯入过程中主要由桩端阻力承担桩基承载力,占比达65.8%,侧摩阻力中以外侧摩阻力为主,占比达24.3%;(3)针对黏土层下卧砂层工况,管桩阻力影响范围为桩端以下1.5D区域。     

弱光纤光栅传感技术在PHC桩静载试验中的应用

某住宅工程地基处理采用PHC管桩基础,试桩阶段应用弱光纤光栅传感器及配套的解调设备进行了桩基静载荷试验。基于此项目研发了弱光纤光栅在PHC管桩检测应用中的封装技术及布设工艺,并取得了成功。运用该技术获取了PHC管桩在各级荷载下的桩身轴力、侧摩阻力及桩端阻力等监测数据,实现了桩身分布式的应力监测。实际工程应用表明：弱光纤光栅技术可在PHC管桩、灌注桩试桩及工程桩检测中推广应用,在大型线性结构中的分布式应力监测可进一步试验探讨。     

双壁开口管桩大尺度模型试验初探

开口管桩由于具有承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用。土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力不同于闭口管桩,不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力,桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分,不同桩靴形式对桩体贯入影响较大。从试验方法、试验方案、试验结果 3个方面阐述了国内外现状,针对目前研究中的不足,设计了可区分端承阻力、土塞阻力、外侧摩阻力,以及不同桩靴形式的双壁开口模型桩,比较了不同桩靴对土塞内、外侧摩阻力的影响。     

PHC管桩工程特性分析

以PHC管桩加固某电厂古河道地基为依托,进行了PHC管桩受力特性研究。利用桩身预先埋设的光纤传感器,并借助静载荷试验、高应变和静力触探等现场测试手段,研究了PHC管桩在不同级别荷载作用下桩身沿深度的受力分布特征,发现PHC管桩侧摩阻力不仅与地基土层性质相关,而且其分布特征也与桩埋置深度有很大关系;桩体上段摩阻力较小,中间段发挥度最大,下段桩身轴力衰减较快;根据试验结果提出了PHC管桩单桩承载力修正公式,用该式求得PHC管桩单桩承载力与静载荷试验结果吻合,说明修正公式是合理的。     

深厚软土超长预应力高强混凝土管桩轴向受力性状的试验研究

通过在管桩的钢筋笼里面添加带应变计的附加钢筋,对珠海保税区深厚软土地基中超长预应力高强混凝土(PHC)管桩进行了轴向静载试验和桩身轴力的测试,探讨了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向承载特性和荷载传递机理。结果表明在深厚软土地基中,超长PHC管桩表现出端承摩擦桩的承载性状,因此应当选择压缩性较小的土层作为持力层;超长PHC管桩的桩端土刚度对桩侧摩阻力的发挥有极大的影响,提高桩端土刚度对桩侧摩阻力有明显的增强作用;适当地增加桩长可以提高桩基的极限承载力;在长细比较大的超长PHC管桩设计中,除了从极限承载力和桩顶沉降来考虑外,还应该注意桩身强度的影响;同时,在沉降计算中,要充分考虑桩身压缩引起的沉降。该试验方法和试验结果对今后PHC管桩的研究和设计应用具有重要的指导意义。     

酸性土腐蚀对钢桩基础承载性能的影响

土质酸性是导致钢桩腐蚀的主要原因之一。服役于酸性土中的钢桩将会被侵蚀,导致桩身材料劣化,影响了桩基的安全性和耐久性。为了了解腐蚀桩的承载性能,通过中性和模拟酸性土两种环境下的桩基室内模型试验,测得腐蚀前后承台沉降量和桩端阻力值随桩顶加卸载的变化规律以及地面堆载固结过程中各土层沉降量、桩端阻力值、桩身轴力值以及桩侧摩阻力的变化情况。研究表明,由于腐蚀钢桩表面产生大量疏松的锈蚀产物,使桩–土界面的黏着力大大降低。桩顶承台的沉降量较未腐蚀桩大,腐蚀桩的桩端阻力值比未腐蚀桩大。而在堆载固结条件下,由于堆载作用不仅加速了桩间土体的固结,桩–土界面再次挤密,单桩以及群桩中各桩的桩端阻力值减小。腐蚀桩的中性点位置明显下移,腐蚀率越大的桩,桩侧负摩阻力的增加值越大,腐蚀前后中性点位置处桩身轴力变化率越大。研究成果可以为腐蚀条件下各类桩基载荷性能研究提供参考。     

大直径随钻跟管桩竖向抗压承载性能试验研究

随钻跟管桩是一种桩侧后注浆的非挤土PHC管桩桩型,是近年研发出的新型大直径桩基础。为了研究这种新桩型的竖向抗压承载性能,对现场5根直径1m的随钻跟管桩进行静载和高应变承载力试验。研究结果表明：以静载试验结果为校核标准,高应变承载力检测误差可控制在±10%以内;嵌岩0.5m的随钻跟管桩极限承载力可达到20000kN,比同等直径泥浆护壁灌注桩的承载力经验计算值大13%～23%;桩侧后注浆工艺和桩端嵌岩深度能有效提高随钻跟管桩的侧阻力发挥,实测值比灌注桩的规范计算值大28%以上;虽然现场4根随钻跟管桩均嵌入中风化花岗岩0.5m,但端阻比小于30%,呈现摩擦型桩的承载性状。试验成果有助于进一步揭示随钻跟管桩的竖向抗压承载机理,可为其工程设计与工艺优化提供依据。     

PHC管桩锤击施工效应分析

PHC管桩施工效应对地基土性质和桩体受力特性有很大的影响。为了查明PHC管桩施工效应,以PHC管桩加固某电厂古河道地基为依托,进行了PHC管桩沉桩效应的测试和分析。通过观测沉桩的锤击数和土塞效应,分析了PHC管桩沉桩规律性;利用静力触探、标准贯入试验、孔隙水压力和侧向位移观测等现场测试手段,研究了PHC管桩对桩周土体的影响。研究发现:沉桩锤击数与地基土性质有很大相关性,土芯长度与总桩长之比为22%～35%,且桩壁越薄其土塞效应越明显,在桩体承载力计算时忽略土塞效应是很不经济的;沉桩过程产生很大的挤土效应,不仅产生超孔隙水压力,而且随孔压消散,地基土得到密实、消除或降低液化性,其侧摩阻力可提高80%以上,有利于桩体强度的发挥。     

软土地区大直径中掘扩底法管桩承载性能现场试验分析

基于软土地区大直径中掘扩底法管桩静载荷试验,分析软土地区大直径中掘扩底法（简称中掘法）管桩承载特性,研究成果表明：在等桩径等桩长条件下,中掘扩底法管桩的单桩极限承载力较常规锤击法管桩低10%左右,但较钻孔灌注桩可提高30%以上;中掘法管桩桩顶荷载沉降曲线均呈现缓降型,单桩竖向桩基极限承载力应根据桩顶沉降量确定;在桩顶达到极限承载力时,中掘法管桩桩端阻力有明显提高,桩端阻力可占桩顶荷载40%~50%,呈现为端承摩擦桩,竖向承载能力得到明显提高。文中研究成果可为软土地区大直径中掘扩底法管桩的理论研究和工程应用提供参考价值。     

超长PHC管桩承压性能试验研究

根据6个PHC超长管桩的抗压静载试验,分析了PHC管桩的抗承载性能,采用高应变检测方法,得到了不同土层的侧摩阻力及桩端阻力值,研究结果表明:单桩抗压承载力因持力层的不同而不同;随着桩长的增加,单桩极限承载力、桩端阻力及其所占总阻力的比例相应增加;根据管桩复打和初打检测结果的比较,得到承载力恢复系数(桩周土阻力恢复系数)平均值为1.13。     

桩身残余应力的机理分析与测试方法

桩基静载试验中,忽略桩身残余应力,虽然不会影响桩基极限承载力的大小,但会影响桩侧摩阻力和端阻力的真实值。分析了残余应力产生的原因、机理和效果,分析和总结了残余应力的现场测试方法,并通过现场试桩实例分析了忽略桩身残余荷载对桩侧摩阻力和桩端阻力的影响。结果表明,忽略残余荷载的存在,竖向抗压桩静载试验结果会高估中性点以上桩段侧摩阻力和低估中性点以下桩段侧摩阻力和桩端阻力,会高估桩的竖向刚度。为了很好地了解和洞察桩基的荷载传递机理,在桩基静载试验中,建议在试桩前后系统地采集桩身测试元件读数,不能在试桩前人为地将测试元件读数设置为零。