Novel technology of statical-drill and rooted drainage pile and its large-scale model test

针对深厚软土地区静钻根植桩技术应用时水泥土固化效果差的问题，提出了在桩侧设置竖向排水通道并联合真空负压排水固结的静钻根植排水桩技术。介绍了该技术提出的背景、技术方法和特色优势；选取两种不同规格桩型，开展排水桩与传统桩对比模型试验，测试真空负压排水固结和土中孔压发展变化，检测不同桩型的承载力并开展分析。结果表明：桩周水泥土和临近土体中的水部分被抽出，抽水率逐步减小；真空负压逐渐传递到临近土体，使其发生排水固结、强度增加；排水桩加快了水泥土固化，由此提高桩基早期承载力和抗变形能力；相比于传统桩，排水桩28 d的极限承载力提升7%，刚度系数提升40%；排水桩使桩周土体更多地参与荷载传递，桩基破坏模式趋向于整体剪切破坏。     

静钻根植竹节桩竖向承载力计算方法研究

静钻根植竹节桩是采用静钻根植工法将预制竹节桩插入到水泥土中的新型组合桩基,对于这种桩型极限承载力的计算方法尚未统一。基于预制桩-桩周水泥土和水泥土-土两组接触面的试验和理论分析,提出考虑根植桩两种破坏模式的竖向抗压极限承载力的计算方法。若发生水泥土-桩周土界面破坏,按水泥土桩直径计算,桩侧土层的极限承载力标准值可取钻孔灌注桩的1.05～1.10倍;若发生预制芯桩-桩周水泥土界面破坏,按芯桩直径计算,桩侧土层的极限阻力标准值介于挤土桩与水泥土-土界面破坏模式侧阻之间,可取相应挤土桩的推荐值,下段竹节桩尚应考虑竹节的挤密效应系数。此外,考虑桩端水泥土扩大头对桩端承载力有改善作用。静钻根植竹节桩单桩极限承载力为两种破坏模式计算值的较小值。最后根据该计算方法得到工程实例中竹节桩极限承载力的计算值,并与静载自平衡测试结果对比,验证该计算方法的可行性。     

上海地区静钻根植桩成桩效果与质量试验研究

静钻根植桩是一种绿色环保的新型桩基,以往研究工作较少关注静钻根植桩桩身质量及形态,而这是正确认识这类桩基性能的基础。以上海彩虹湾医院项目为依托,基于静载试验、现场开挖验证、水泥土无侧限抗压强度试验和静力触探测试,较系统地分析了上海地区静钻根植桩成桩效果与质量。研究结果表明,静钻根植桩适用于上海地区地层条件,施工效率较高,具有可靠的竖向抗压和抗拔承载力;开挖范围内桩身基本呈圆柱形,水泥土和预制桩胶结良好;桩身水泥土搅拌较均匀,沿深度水泥土强度较稳定。研究成果可为上海地区静钻根植桩实践与理论研究提供参考。     

静钻根植竹节桩抗拔承载性能试验研究

为了研究静钻根植竹节桩的抗拔承载性能,进行了静钻根植竹节桩抗拔静载试验。通过一组破坏性抗拔试验得到了完整的静钻根植竹节桩抗拔荷载位移曲线,并采用幂函数、双曲线和指数函数分别对试桩荷载位移曲线进行了拟合;通过桩身埋有应力计的静钻根植竹节桩的抗拔试验分别对其桩侧摩阻力与桩端阻力进行了研究。试验结果表明:静钻根植竹节桩抗拔荷载位移曲线比较平缓,采用指数函数对其进行拟合的效果较好;静钻根植抗拔桩中水泥土与桩周土接触面摩擦性质比灌注桩中桩土接触面摩擦性质要好,静钻根植抗拔桩的桩侧摩阻力是钻孔灌注桩的1.47~2.11倍;静钻根植抗拔桩中桩端水泥土扩大头能够提高桩基桩端阻力,而且能够提高靠近桩端处桩身与土体接触面的摩擦性质。     

静钻根植桩施工环境效应现场试验研究

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻孔、注浆搅拌和植桩阶段对周围土体的扰动规律进行研究。静钻根植桩施工前在钻孔周围土体中埋设土压力传感器,孔隙水压力传感器和测斜管,分别测试静钻根植桩施工过程中周围土体中水平土压力,超静孔隙水压力和深层土体水平位移的变化规律。研究结果表明：静钻根植桩施工过程会对周围土体造成一定扰动,而施工完成后周围土体中的水平土压力、超静孔隙水压力和深层土体水平位移迅速恢复;当水平距离达到4D(D为钻孔直径)时,静钻根植桩施工过程基本不会对土体产生影响;试验结果可以为静钻根植桩在地铁周围等施工位移控制敏感区域的应用提供理论依据。     

可调控正负压刚性桩复合地基关键技术研究

虽然利用注气增压能够提高软土地基真空排水固结效果,但也存在着固结周期长、固结范围有限、排水通道淤堵等不足。针对上述问题,在分析现有增压式真空排水固结技术缺陷的基础上,提出了以透水混凝土管桩为增压/真空排水通道的正负压刚性桩复合地基技术,通过分析孔隙水的迁移规律,构建了新型正负压施加模式及防淤堵的滤膜孔径选择标准;并针对地层差异开发了适应多场地的桩身开孔措施及密封技术。工程实践结果证明,正负压刚性桩复合地基技术能够充分利用预制桩高承载力和增压式真空排水迅速的优势,克服现阶段真空排水固结技术的一系列缺陷,实现软土地基的快速高效加固。研究成果及思路可以为沿海地区软土地基处理提供技术指导和借鉴。     

水下干作业复合灌注桩试验研究

简要介绍一种新桩型---水下干作业复合灌注桩的成桩原理与工艺 ,通过试验阐明了其承载力、荷载传递特性、水泥土环桩侧阻力、破坏特性 ,以及水泥土环桩钻取土芯后发生的空气增强效应     

用真空预压提高超软黏性土中的桩基水平承载力

根据p-y曲线与水平受荷桩的承载机理,浅层软黏土的土体强度与桩的水平承载力直接相关;理论与实践表明,只要工艺得当,真空预压法的固结沉降及强度增长效果均比较显著。因此,通过建立单桩水平承载力与不排水抗剪强度的关系,计算真空预压法提高软土抗剪强度的幅度,确定用真空预压提高桩基水平承载力的分析方法。某工程滩涂超软淤泥的不排水抗剪强度初始值为cu=6kPa,经过3个月的真空预压提高到了30kPa以上,Ф600×110的PHC单桩水平承载力从50kN提高到了100kN以上。理论与实践均证明了用真空预压法提高桩基水平承载力的有效性。     

宁波轨道交通静钻根植桩的承载力自平衡测试

在宁波轨道交通建设过程中,采用了一种新型的静钻根植桩基础,其成桩方式为:施工钻进到位后扩底,然后注入水泥浆,边提钻边搅拌,最后下放预制竹节桩。静钻根植桩结合了钻孔桩、预制桩和深层搅拌桩的优点,是一种新的组合式桩基础,可大幅改善桩基承载性能。结合静钻根植桩的竖向承载力测试,采用自平衡法检测了2根试桩。现场情况表明,自平衡法能很好的适用于静钻根植桩承载力检测,2根试桩的竖向承载力均满足设计要求,并且其荷载-沉降曲线大体呈直线型,承载性能良好。     

基于静力触探试验指标的静钻根植桩承载力计算方法

静钻根植桩因其兼顾高承载性能和绿色环保的优势而逐步在上海地区得到应用。虽然上海市《地基基础设计标准》(DGJ 08-11—2018)已将植入桩工法纳入到预制桩的推荐施工工法中，但并未提出相关的承载力计算细则，给静钻根植桩设计与应用带来了难度与不确定性。借鉴日本植入桩的承载力计算思路，等效为预制桩直径计算侧阻力，结合上海地区估算桩基承载力的经验，以单桥静力触探比贯入阻力为基本参数，引入侧阻力调整系数和扩大头阻力系数分别计算桩侧阻力和端阻力，提出了一种实用的静钻根植桩竖向承载力计算方法。工程实例计算表明，该承载力计算方法具有一定的可靠性，可为上海地区静钻根植桩设计提供参考。     

基于CPTU测试的K_0固结黏土中静压桩时变承载力研究

基于空间滑动面(SMP)准则改进的K_0固结各向异性修正剑桥模型,考虑K_0固结饱和黏土初始应力各向异性、应力历史及应力诱发各向异性对土体三维力学特性的影响,推导了静压沉桩柱孔扩张问题的弹塑性解析解。在此基础上,根据桩侧土体应力状态与单剪试验中试样应力状态的相似性,结合桩周土轴对称固结理论提出采用孔压静力触探仪(CPTU)锥尖阻力、锥肩孔隙水压力及相应孔压消散数据预测静压桩时变承载力的理论方法。通过离心机模型试验实测结果和理论预测值的对比,验证了理论方法的有效性,研究了静压桩承载力随时间的变化规律。研究结果表明,本文理论预测方法避免了土体基本参数测定等繁琐过程,且可以较为合理地预测静压桩时变承载力;静压桩沉桩结束后其承载力在短时间内迅速增加,之后承载力增加幅度变缓且逐渐趋于稳定值;静压桩桩径越大,沉桩结束后承载力增加的速度越慢,承载力达到稳定值的时间越长。     

组合桩复合地基试验研究

组合桩是由搅拌桩和钢筋混凝土芯桩组合而成的新型桩,为掌握组合桩和组合桩复合地基承载力的特性,进行了六根桩的荷载试验.研究表明,芯桩对组合桩复合地基的荷载传递起着关键作用,提高了组合桩的承载力;组合桩复合地基的承载力高于水泥搅拌桩;水泥土的固化效应、芯桩的挤土效应和芯桩的荷载传递是组合桩复合地基高承载力的主要来源.并结合工程应用,提供了组合桩的设计方法和质量控制措施.     

高填土路堤荷载下混凝土芯砂石桩复合地基变形与承载力试验研究

混凝土芯砂石桩复合地基由竖向增强体混凝土芯砂石桩、水平加筋砂石垫层和地基土共同组成,是一项将砂石桩良好的排水固结特性、预制混凝土桩高强度竖向承载和加筋垫层应力扩散调整功能进行有机结合而成的新技术,适合于处理高含水率深厚淤泥质软土地基。结合实际工程应用围绕混凝土芯砂石桩复合地基的变形和承载力两大特性开展了大量的现场观测和原位测试,研究分析了高填土路堤荷载作用下混凝土芯砂石桩复合地基的表面沉降、分层沉降、深层水平位移、桩土应力分布、桩身荷载传递规律、强度和承载力特性等,进一步揭示了混凝土芯砂石桩复合地基的加固机理,对工程设计与施工具有重要指导意义。     

软土地基中组合桩水平受荷作用下的试验研究

组合桩为预应力混凝土桩插入水泥搅拌桩中而形成的新桩，为探讨该桩在水平荷载在用下的承载力和破坏模式，通过3根14.0 m长组合桩的水平载荷试验，实测得到该桩在水平荷载作用下桩与土共同作用下的工作性状和破坏特征，分析了组合桩受水平力作用时的临界和极限荷载、破坏模式、地基土的水平抗力比例系数以及桩帽对组合桩抗水平力的有利作用。为合理地评价组合桩的水平承载力，探讨组合桩在水平荷载作用下的计算方法：临界荷载法和转折点法，并给出计算公式。试验和分析结果表明：组合桩具有较好地抵抗水平荷载的能力，有桩帽的组合桩水平受荷性状优于无桩帽的组合桩，桩帽使组合桩由水泥桩和外侧的水泥壳之间相互分开的破坏模式变为外侧的水泥土和土之间分开的模式，保证组合桩在水平荷载下的完整性，用转折点法计算组合桩的水平承载力更为合理。     

抗液化排水刚性桩沉桩过程中的孔压响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型,可用于提升饱和土地基在地震作用下的抗液化能力。基于某建筑桩基工程,首次开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,分析了沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力的增长及消散规律。试验结果表明:沉桩过程中,抗液化排水刚性桩对桩周超孔压的消散作用对于可液化土层所在的桩侧深部埋深处最明显(试验测点距桩心2倍桩径、埋深-15 m),该处排水桩的超孔压峰值为普通桩的1/4到1/2,排水桩消散70%峰值超孔压所需时间仅为普通桩的1/3;在深部埋深(-15 m),排水桩的最大影响半径为2~4倍桩径,在上中部埋深(-5 m、-10 m),排水桩的最大影响半径为4~8倍桩径;在影响范围内,同位置排水桩对深部可液化土层超孔压的消散作用要大于上中部埋深土层。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

变荷载下劲性搅拌桩复合地基固结分析

采用劲性搅拌桩加固地基的复合地基技术越来越多地被用于实际工程,而对其固结理论的研究有待深入。基于等应变假定,推导出劲性搅拌桩复合地基在变荷载作用下桩间土的固结方程,采用双层地基一维固结理论求解该固结方程,得到了桩间土中的平均超静孔隙水压力和复合地基整体平均固结度的解析表达式。通过与固结度有限元分析结果的比较,评价了固结度解析表达式的计算精度。利用该固结度解析表达式进行参数分析,研究了劲性搅拌桩复合地基的固结特性。研究结果表明,劲性搅拌桩复合地基的固结速率远大于传统的水泥搅拌桩复合地基,它随着劲性搅拌桩的置换率、芯桩芯长比和水泥土外壳材料压缩模量的增大而增大。芯桩的截面含芯率和压缩模量对复合地基固结速率影响很小。     

饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究

在28℃,28℃→55℃,28℃→55℃→28℃三种工况下,开展宁波饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究,先对桩土加热(降温),再进行静载荷试验,测定土体的温度和孔隙水压力、地表沉降及桩顶位移、桩身轴力和荷载–沉降试验数据,研究土体的热固结过程及桩负摩阻力的形成机制;其次,以模型试验为原型,利用Abaqus软件建立了考虑热流固耦合作用的桩–土有限元模型,将计算结果与试验结果进行对比验证,进而讨论温度对桩身轴力和桩侧摩阻力的影响,结果表明:加热升温后,桩、土发生膨胀变形,土中出现超静孔隙水压力;随着孔压的消散,土体发生热固结现象,且其固结沉降量大于桩体沉降量,地基最终表现为沉降变形,而桩侧出现下拉荷载,产生负摩阻力;随温度的升高,沿深度方向,桩身轴力衰减,热固结后土体的强度有所提高,桩侧摩阻力增大,单桩极限承载力随温度的升高而增大。     

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。     

软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力研究

对软土中18m长水泥搅拌桩复合地基,进行了现场单桩静载试验、承压板下有无褥垫层的单桩复合地基载荷试验、四桩复合地基载荷试验及桩中心插12m长微型加劲钢管的单桩复合地基载荷试验,研究了复合地基破坏模式、褥垫层、桩身强度等因素对复合地基承载力的影响,对软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力检验方法及承载力评价提出了建议。