增层开挖对既有建筑物桩基承载刚度影响分析

 既有建筑地下增层开挖,会引起原桩–土体系加载刚度改变,从而影响桩基在增层改造后的承载性能。基于单桩模型,应用Mindlin附加应力解考虑开挖引起的竖向有效应力变化,分别计算开挖前后桩侧和桩端极限阻力。在建立桩侧和桩端双曲线型荷载传递函数基础上,针对某工程案例,分析开挖前后桩侧和桩端刚度以及桩顶荷载–位移曲线变化情况、讨论承载力降低系数随沉降控制值的变化规律以及初始刚度降低系数和极限阻力降低系数随开挖深度和卸荷比的变化规律。结果显示,随增层开挖深度增加,初始刚度和极限阻力降低系数均减小,土层离开挖面越近,其值越小;随卸荷比增加,初始刚度和极限阻力降低系数均减小,土层强度越低,其值越小;开挖深度一定时,桩侧初始刚度和极限阻力降低系数小于桩端,且初始刚度降低系数小于极限阻力降低系数;承载力降低系数随沉降控制值增大而增大,并趋于稳定。     

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。     

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比计算

研究了刚性桩复合地基桩侧摩阻力在线性模式下中性面深度及桩土应力比的计算方法。根据刚性桩复合地基各组成部分的沉降变形关系,推导了垫层–桩–土的变形协调方程。考虑负摩阻力对桩土工作性状的影响,将桩侧摩阻力分布由试验曲线简化为线性模式,同时考虑桩顶刺入褥垫层,桩底刺入下卧层,结合桩土变形协调方程推导了中性面深度、桩顶平面桩土应力比、中性面桩土应力比的计算公式。分析了多种因素对中性面深度及桩土应力比的影响,结果表明:刚性桩复合地基的中性面深度比在0.15~0.35之间,中性面桩土应力比相比桩顶平面桩土应力比增大10%~40%。最后应用于某工程现场载荷试验和某刚性桩复合地基模型试验,计算值与试验值吻合较好。     

基坑开挖对桩基承载力的影响及β法的工程应用

采用基于有效应力原理的β法结合具体工程的试桩结果进行分析,揭示了基坑开挖导致坑底试桩极限承载力降低的内在原因,认为开挖段侧摩阻力的影响只是二者承载力差异的次要因素,更主要原因是桩顶截断标高所在平面以上未开挖土层在桩周土中产生的附加应力的影响。这种影响不仅体现在基坑开挖深度对承载力差异的影响上,也体现在基坑开挖宽度及桩基在基坑中的位置对承载力差异的影响上。     

嵌岩桩尺寸效应及深度效应的室内试验研究

为了研究嵌岩深度超过4倍桩径的深嵌岩桩的桩径尺寸及嵌岩深度对桩基承载特性的影响,采用室内模型试验方法,通过室内3组(9根)模型试桩对其进行了研究与分析,内容包括桩径大小及嵌岩深度对深嵌岩桩基承载力的影响、嵌岩深度的变化对轴力传递的影响以及桩径尺寸及嵌岩深度效应对桩侧阻力、桩端阻力的影响等。研究结果表明:增大桩径和增加嵌岩深度对提高嵌岩桩基的极限承载力都是可行的,且增大桩径比增加嵌岩深度更为有利;从桩身轴力传递来看,随着嵌岩深度的增加,桩身轴力的分布主要集中在桩身上部;从桩侧阻力分布形态来看,桩侧阻力也主要分布在桩身的上部区域。对小直径桩基(D=50 mm)而言,随着嵌岩深度的增加,桩顶承受荷载的增大,桩身上部的极限侧摩阻力也随之增大;而对大直径桩基(D=90 mm)而言,桩侧摩阻力随桩径的增加而反而有所减小;从桩端阻力大小来看,在极限荷载作用下,桩基嵌岩深度越深、桩径越大,桩端阻力变化越小。     

地下增层开挖时单桩竖向沉降的近似解析方法

地下增层开挖会对既有桩基的承载性能产生影响,既包括上部土体挖除的影响,又会受到土体强度参数变化的作用。本文从上述两方面分别考虑增层开挖对土体的影响,应用Mindlin解获得开挖前后桩周土体的有效应力,再基于修正剑桥模型得到开挖前后土体的不排水抗剪强度,对于桩侧和桩端采用双曲线荷载传递模型,基于荷载传递法得到考虑土体强度参数变化的桩基荷载-沉降曲线,与现场试桩和有限元结果对比验证。针对增层开挖深度和宽度等因素进行参数分析,结果表明:相比于开挖宽度,桩基承载力对开挖深度更为敏感。     

低围压下极限摩阻力对回填体基桩承载特性的影响

为了研究回填体极限摩阻力变化对基桩承载特性的影响,通过考虑低围压下回填体极限摩阻力的非线性变化,获得指数型荷载传递函数的回填体桩基Q–S曲线计算方法,对比现有研究成果与工程实例验证该计算方法,并探讨了极限摩阻力参数对桩承载特性的影响。分析结果表明:嵌岩段的桩侧摩阻力先达到极值,回填体的极限摩阻力随着桩侧法向应力?与回填体的试验参数A,b的增加而增加,提高桩侧摩阻力和桩基的极限承载力,法向应力?对桩侧摩阻力和桩的极限承载力影响很明显。     

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。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

膨胀土地基桩基承载特性模型试验研究

输电杆塔基础的修建往往需要穿越复杂地质条件地区,膨胀土地基在遇水失水过程中剧烈的膨胀性和收缩性,不仅会引起土体强度改变,同时会引发膨胀变形,二者耦合作用使得膨胀土地基承载力的变化更为复杂。对此开展大尺寸模型试验,通过改变土体含水率,研究膨胀土地基中桩基在最优含水率和饱和含水率条件下的抗压承载力和抗拔承载力变化。研究表明:膨胀土含水率的变化,对抗压过程中的极限承载力影响更为明显,对抗拔过程中的极限位移影响更为明显。随着含水率的增加,桩身极限侧摩阻力和桩端阻力均在减小,但极限端阻力减小幅度大于极限侧摩阻力。同一含水率情况下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而抗拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布。     

嵌岩桩承载性状的有限元分析

在有限元分析的基础上 ,采用Duncan非线性弹性E -B模型对嵌岩桩垂直荷载作用下的承载性状作了较为全面的探讨。指出嵌岩桩确实存在着深度效应 ,当嵌岩达到一定深度后 ,继续增加嵌岩深度 ,对桩的承载能力的提高已不明显 ,甚至无助于承载能力的提高。并得出了嵌岩桩垂直承载力与基岩强度成指数关系的结论 ,强调桩底沉渣不仅增加嵌岩桩的平均侧阻力和桩身沉降 ,而且将显著提高桩侧岩层的局部应力。文中结论可为桩基工程的科研、设计和施工提供参考     

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。     

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。     

岩溶地区桥梁嵌岩桩基承载力探究

通过大型岩土有限元分析软件Midas/GTS NX,对岩溶地区桥梁嵌岩桩基进行承载力数值仿真模拟,分析了不同顶板厚度对岩溶地区桩基极限承载力的影响。结果显示:桩基极限承载力随溶洞顶板厚度的增加而增加,但几何尺寸大于2.5倍桩径后影响不明显。在保证必要的嵌岩深度的条件下,岩溶地区桥梁桩基嵌岩深度应遵循"宜浅不宜深"的设计原则。工程实例分析中,通过有限元数值仿真模拟,确定了岩溶地区桥梁桩基设计深度和岩溶顶板厚度,具有一定的理论与工程实用价值。     

考虑泥皮效应的大直径超长桩离心模型试验研究

应用离心模型试验研究了深厚软土地基中考虑泥皮效应的大直径超长单桩的承载变形特性。试验结果表明,考虑泥皮效应后,桩侧极限摩阻力约为不考虑泥皮的65%～85%,单桩极限承载力下降约20%。同时研究了桩径、桩长、持力层性质对单桩极限承载力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,高荷载水平作用下,大直径超长桩的桩侧土层摩阻力易发生软化,导致桩产生渐进破坏;淤泥质粘土中,桩侧摩阻力随桩径增加而降低,但降低幅度较小;桩侧摩阻力具有深度效应,对某一特定深度土层,随着桩进入土层深度的增加,桩侧摩阻力下降,可表示为(h/R)的函数。     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

上海世博500kV地下变电站超深抗拔桩的设计与分析

上海世博500kV大容量全地下变电站地下建筑直径(外径)为130m,地下结构埋置深度34m,正常使用阶段采用桩端深度达82.3m的钻孔灌注桩作为抗拔基础。与浅埋的地下工程相比,该深埋地下结构抗拔桩设计面临的特殊问题是如何反映如此大体量深层地下开挖卸荷对抗拔桩承载特性的影响,主要表现在:深埋地下结构抗拔桩地面试桩开挖段侧摩阻力的扣除;开挖卸荷后桩周土体围压减小对桩基承载力削弱的影响;开挖卸荷基底隆起对桩产生的预拉力。介绍了上海世博500kV地下变电站工程超深抗拔桩的设计,采用现场试验与有限元方法针对上述深层开挖带来的特殊问题进行初步的研究与探讨。理论分析表明,深层开挖对抗拔桩承载性能产生了显著的影响,承载力发生较大削弱且产生较大的预拉力。该抗拔桩的设计采取了相应的对策。     

DX挤扩灌注桩及其竖向承载力的若干问题

对DX挤扩灌注桩的产生、类型、特点、承力盘(岔)设置原则、极限承载力的综合评价、竖向抗压承载力的计算、桩身强度验算及DX液压挤扩装置的构造给予介绍。依据24根DX挤扩灌注桩和3根大比例尺现场模型DX桩的静载荷试验的资料,系统阐述DX桩轴力传递的规律和特点;详细论述在极限状态和工作状态时总侧阻力、总盘端阻力和总桩端阻力的发展及分配规律以及桩身各分段单位侧阻力;承力盘单位盘端阻力和单位桩端阻力的发展规律。并对DX挤扩灌注桩与等直径钻孔灌注桩的荷载传递机理及抗压和抗拔承载力机理进行对比。最后对如何保证实施完整的静载荷试验,以获得有用的荷载传递资料给予论述。