考虑时间效应的群桩负摩阻力模型试验研究

基桩负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,但是针对考虑土体固结时间效应的群桩负摩阻力研究却相对较少。进行了在地面堆载固结条件下,黏性土层中3×3群桩负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了不同桩间距(3d,4d,6d)条件下各位置桩(角桩、边桩、中心桩)的桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况,分析了桩身下拽力和中性点位置随时间的变化规律;并进行了同等条件下单桩及2×2群桩(4d)试验作为比较分析。试验结果表明,群桩中桩侧负摩阻力引起的下拽力和中性点位置都存在明显的时间效应和群桩效应,其数值与基桩数、基桩的布置位置及桩间距等因素有关;在本文试验情况下,当桩–土相对位移达到2 mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%。     

楔形角对楔形桩负摩阻力承载特性的有限元分析

由于楔形桩存在楔形角，在桩周土体沉降时，使桩土之间有相互脱离的趋势，进而减小界面应力，最终能有效控制桩侧负摩阻力的大小。基于数值分析，研究了楔形角对负摩阻力的影响。结果表明，无论在何种荷载等级下，桩身轴力随深度的增加，均呈现出先增大后减小的趋势，在中性点位置取得极大值；随着楔形角的增大，楔形桩对负摩阻力的削减作用愈发明显；分别利用轴力最大点、摩阻力零值、相对位移零值得出的中性点位置基本相同，并且随着楔形角α从0°增大到3.00°，中性点深度逐渐减小。     

桩顶荷载对桩基负摩阻力特性影响

比较了在桩顶荷载作用下的负摩阻力特性与无桩顶荷载时的差异,指出不考虑桩顶荷载的中性点位置是最低的,下拽力是最大的。分析的结果表明,当有桩顶荷载作用、中性点的位置明显高于无桩顶荷载,下拽力也明显小于无桩顶荷载时;随着桩顶荷载的增加,中性点上移的趋势明显,下拽力减小的趋势也很明显。桩顶荷载较小时,负摩阻力对于桩基沉降的影响基本上是线性的。     

大面积压实填土荷载作用下群桩负摩阻力计算的新方法

有关负摩阻力的现场试验和理论分析针对单桩的较多,而针对群桩的相对较少,现行规范的做法即为引入一个群桩负摩阻力群桩效应系数,而该系数不能较好地反映布桩形式、基桩尺寸及其对负摩阻力传导过程中的遮挡、约束等效应。本文基于相似原理推导了三桩、四桩及六桩群桩负摩阻力计算公式,分析并提出了五桩梅花形布桩的群桩负摩阻力计算公式,并对相关参数进行了影响分析。相关公式形式与现行规范一致,但本文群桩负摩阻力效应系数的物理意义更明确,同时重点考虑了影响负摩阻力发挥的主要因素,即布桩形式、桩径、桩距和桩数。将负摩阻力传导过程中因桩体对传力路径的遮挡、桩体对桩心土的约束、桩心土层的竖向变形及基桩尺寸效应等因素进行了综合考虑,并通过公认的研究成果确定的边界条件,求解了该综合影响系数。研究分析及工程实例应用表明,该方法推导的相关公式符合实际、合理可靠、计算方便,可供同行参考使用。     

考虑时间效应的斜桩基负摩阻力室内模型试验研究

斜桩基是桥梁支墩、码头等工程中常用的桩基础形式,但是针对斜桩基础负摩阻力问题的研究却相对较少。进行了黏性土层中斜单桩及斜群桩在桩周土堆载固结条件下负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况;并进行了同等条件下竖直单桩及竖直群桩试验作为比较分析。试验结果表明,斜桩和竖直桩桩侧负摩阻力引起的下拽力都存在明显的时间效应和群桩效应;在本文试验条件下,当桩–土相对位移达到2mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%左右。     

水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。     

桩体负摩阻力分析及其对桩承载力的影响

本文阐述了桩体考虑负摩阻力的三种情况 ,分析了桩体负摩阻力的计算方法及考虑负摩阻力时桩的承载力应满足的两个条件 ,从而提出负摩阻力对桩承载力是否产生影响的判别式 ,以便在工程设计中有意识地采取措施减小负摩阻力对桩承载力的影响     

桩体负摩阻力分析及其对桩承载力的影响

本文阐述了桩体考虑负摩阻力的三种情况，分析了桩体负摩阻力的计算方法及考虑负摩阻力时桩的承载力应满足的两个条件，从而提出负摩阻力对桩承栽力是否产生影响的判别式，以便在工程设计中有意识地采取措施减小负摩阻力对桩承载力的影响。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。     

堆载下扩底桩与等直径桩负摩阻力对比模型试验研究

由于桩端扩大头效应,扩底桩的竖向抗压与抗拔承载力均比等直径桩高。然而,地面堆载条件下扩大头的存在是否会增加桩侧负摩阻力值尚不是很清楚。文章针对等混凝土用量的扩底桩和等直径桩,开展地面堆载条件下桩基承载力对比模型试验;实测桩侧摩阻力、桩顶下拽位移及桩身下拽力等变化规律,并初步探讨扩大头对桩侧负摩阻力值的影响机理。试验结果表明,试验条件下,与等直径桩相比,地面堆载条件下扩底桩的桩顶下拽位移和桩身下拽力分别约提高0.3倍和0.5倍。     

大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩承载性状与负摩阻力的试验研究

结合国家重点工程建设项目宁夏扶贫扬黄灌溉工程,在自重湿陷性黄土厚度大于35 m的场地上进行了挖孔灌注桩(桩径为0.8 m,桩长为40 m,浸水坑直径为30 m)的大型现场载荷–浸水试验。设置了4种类型的试桩(无摩擦桩、空底桩、摩擦端承桩和悬吊桩),采用了多种测试方法(钢筋应力计、滑动测微计等)。研究结果表明:空底桩和悬吊桩在长度比湿陷性黄土层厚度小许多时,所测得的正、负摩阻力数值偏小,穿透整个湿陷性黄土层的摩擦端承试桩所得结果比较符和实际;实测负摩阻力远高于黄土规范建议的负摩阻力值,且负摩阻力的数值与场地的湿陷类型、湿陷量的大小无明确对应关系;桩土相互作用能减小场地的湿陷变形量。对黄土中几个大型工程的现场灌注桩试验资料分析发现,中性点位置超出了建筑桩基技术规范提供的参考值范围。本文的研究成果可供今后类似场地的灌注桩的设计及修订黄土规范参考。     

薄壁筒桩在滩涂土地区荷载传递特性现场试验研究

 目前,国内外缺乏通过现场试验对薄壁筒桩荷载传递特性方面的研究,关于筒桩加固滩涂土地基的研究也较少。以温州浅滩一期半岛起步区首期1#地块为工程背景,进行现场荷载试验,以现场实测数据分析筒桩荷载传递特性。研究结果表明：在最大荷载作用下,较长的筒桩表现为端承摩擦型桩,桩侧摩阻力比约为75%,较短的筒桩表现为纯摩擦型桩,通过增加桩长、桩径可以提高筒桩竖向承载力;该类地区适合建5层以内工业厂房;桩身轴力自上向下逐渐发挥,桩身上部与下部土层摩阻力异步发挥;当上部土层达到极限侧摩阻力时,随着荷载的增加,出现侧阻软化现象,内侧摩阻力沿桩身自下向上逐渐发挥,为外侧摩阻力的20%～25%。采用簿壁筒桩加固滩涂土地基时,应考虑土芯内侧摩阻力对承载力的贡献。     

黏土中超长群桩竖向承载力模型试验研究

针对超长群桩使用较多而理论研究较少的现状,进行了大型的室内超长群桩模型试验。通过对黏性土中桩距为6d的超长钻孔灌注群桩的室内模型试验和实测数据分析,研究了超长群桩的荷载传递机理和承载力特性。得到了在竖向荷载作用下超长群桩的荷载与沉降关系曲线,桩身压缩量占桩顶沉降的百分比、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。研究结果表明:超长群桩属于非刚性摩擦桩,桩顶沉降主要由桩身压缩量引起;极限荷载作用下,桩端阻力接近为零,桩身中下部的侧摩阻力没有充分发挥。这些结论为超长群桩的理论研究、工程设计与施工提供有益参考。     

地基变形引起的高桩排架负摩擦力、内力和变形的研究

研究了将桩身杆单元与以非线性位移-反力表示的桩土单元叠加构成复合单元(桩单元)的桩结构计算方法,利用桩土侧向压力-位移、摩擦力-位移曲线,将地基滑移和沉降视为初始位移,编制了考虑地基位移、沉降引起的码头高桩排架负摩擦力、内力和变形的有限元计算程序。通过对某多级围堤接岸结构的高桩码头排架的数值分析,得出在筑堤引起的负摩擦力和土体水平滑动作用下,上部结构没有产生过大作用力,但桩基承受了很大的轴向压力和较大的弯矩,需采取一些减小负摩擦力的措施。     

竖向荷载作用下钻孔灌注桩摩阻力强化效应的探讨

通过应用有限元计算软件ANSYS对钻孔灌注桩的数值模拟,结合一工程试桩的试验结果,分析了竖向荷载作用下桩侧摩阻力的变化规律和桩端附近土的活动方式,总结了摩阻力产生强化效应的大致范围,并从摩阻力强化效应的角度将桩身分为无强化效应区、次强化效应区和强化效应区。     

特殊浸水下桩基负摩阻力试验研究

为妥善解决湿陷性黄土地区负摩阻力引起的桩基承载力下降问题,以消除桩周黄土湿陷性为出发点进行新途径和新方法的探索,采用非传统的特殊浸水方式分别对混凝土灌注桩、微型钢管砂浆复合桩进行了现场试验。结果表明:桩顶受荷时采用注水孔与试坑相结合浸水量较大,浸水段桩侧以负摩阻力为主,最大值达319.62 kPa,局部出现正摩阻力;成桩过程中采用泥浆循环浸水量较小,桩周土体在桩顶受荷前完成部分湿陷,受荷后桩侧以正摩阻力为主,局部出现负摩阻力,且数值较小,最大值为32 kPa;特殊浸水条件下桩周土体沿桩身分段湿陷,桩侧出现多个负摩阻力峰值及中性点,正、负摩阻力交错分布;桩基负摩阻力的大小受浸水方式、加载方式、浸水固结时间的综合影响,建议在桩基施工过程中采用合理的施工工艺对桩周土体预先进行微量浸水,消除部分黄土湿陷,以避免由于地下水环境改变而引发的桩基承载力下降。     

竖向动荷载下桩土参数对基桩动力稳定性的影响

探讨了桩在竖向动力荷载作用下桩侧负摩阻力、桩土阻尼、桩的尺寸效应、地面荷载、桩土质量等参数对基桩动力稳定性的影响问题 ,并提出了桩截面尺寸选择的控制条件 ,为桩基础动力设计与分析提供参考依据     

考虑基坑开挖效应时隧道施工对桩受力特性影响

新建地铁隧道会对临近桩基础造成影响,而通常高层建筑是在地下室之下设置桩基础。受地下室基坑开挖影响的桩基础,其工作时的受力状态与桩顶直接加载工况不同,对隧道施工的响应也不同。文章基于弹性力学Mindlin解和显式算法,并引入了亚塑性桩-土接触面本构,建立考虑基坑开挖效应的桩在正常工作时的内力与摩阻力分布。进一步基于Loganathan-Poulos解,引入隧道开挖位移场,研究隧道开挖对工程桩的影响。结果表明,考虑基坑开挖影响时,桩工作荷载状态下侧穿和下穿隧道引起的桩身位移,明显大于不考虑基坑开挖影响时结果;摩阻力分布与不考虑基坑开挖条件下有明显的不同。