现浇混凝土薄壁管桩的荷载传递机理

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（简称PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的新技术,它是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型。通过有限元方法研究了PCC桩的荷载传递机理,考虑了桩土接触面的滑移、脱开和土的非线性。分析结果表明,荷载-沉降曲线数值模拟结果与现场试验相当接近,并揭示了内外侧摩阻力的分布、端阻力的发挥、土塞的作用等一些目前无法由现场试验得到的结果。     

层状地基静压桩贯入过程机理试验

通过在多层软粘土地基中静力压入单桩的室内模型试验,对模型桩在整个沉桩过程中压桩力、桩动端阻力及桩动侧阻力随桩贯入深度的变化情况进行了研究,获得了桩在贯入不同土层分界面时阻力的变化规律以及桩周土体应力的分布特征。并对开口管桩和闭口管桩贯入试验情况进行了比较分析,揭示了不同桩端形式桩在贯入过程中桩动侧摩阻力的发展规律,以及分层土体中开口管桩贯入过程中土塞的变化情况。试验结果表明：在粘性土中沉桩时,压桩阻力主要来自桩端向下穿越土体产生的端阻力,而侧摩阻力较小;由于桩侧水平应力的释放使得同一深度点上的动摩阻力随着桩的下沉表现出不同程度的降低,出现摩擦疲劳。     

PCC桩负摩阻力作用机理初探

负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中。PCC桩（现浇混凝土薄壁管桩）技术是河海大学自主研发的新型地基加固处理技术,而目前对PCC桩负摩阻力研究成果较少。结合以往研究实心桩的成果和PCC桩自身的特点,基于太沙基固结理论,探讨了PCC桩负摩阻力作用机理。研究表明,在PCC桩内部不产生负摩阻力,可以用原有方法计算外部负摩阻力,推导出其将在今后试验进一步验证。     

基于光纤光栅传感技术的静压沉桩贯入特性及影响因素研究

针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况,基于光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感技术,考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径,研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律。通过静压沉桩模型试验,分析了桩端形式、桩径、沉桩深度等因素对沉桩阻力、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力的影响规律。研究结果表明:FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性。沉桩结束时开口和闭口试桩的桩端阻力分别约占沉桩阻力的66.7%、59.5%。沉桩过程不可忽略开口土塞效应和桩径对沉桩阻力的影响。桩身轴力的分布形式不会因桩端形式而发生改变。桩径140 mm试桩的桩身轴力传递性能优于桩径100 mm试桩,两试桩桩身轴力递减率分别为40.8%、34.2%。开口试桩内管和外管桩身单位侧摩阻力最大值分别为1.67、4.83 kPa,均小于闭口试桩。贯入深度为90 cm时桩身单位侧摩阻力最大值随着桩径增加而增大,同一深度桩径越大桩身单位侧摩阻力"侧阻退化"越明显。入土深度为30 cm时两不同桩径桩身单位侧摩阻力减幅相差0.93 kPa。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。     

刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

开口管桩高频振动贯入过程的ALE有限元分析

任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。     

挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究

Y型沉管灌注桩是在传统圆形桩基础上通过改变截面形状以增大桩土接触面积、增加侧摩阻力进而增加承载力的一种新桩型。由于桩身截面的特殊性,在振动沉管的过程中Y型沉管灌注桩截面不同处对土有不同程度的挤压作用,其侧摩阻力分布性状比圆形桩复杂,若将Y型桩侧摩阻力看作沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布与实际不符,工程经验亦表明其不适。通过孔扩张理论与Y型截面的解析方程相结合,推导Y型桩侧摩阻力沿桩周及桩身的不均匀分布模型,同一截面最大侧摩阻力为最小侧摩阻力的1.24~1.75倍,同时分析外包圆半径R、模板弧度θ、桩长L对侧摩阻力的影响。将侧摩阻力沿Y型截面周边的9个区间积分,然后沿桩长积分,得到Y型桩总侧摩阻力,结合端阻力模型计算了Y型桩单桩极限承载力,与静载试验数据吻合。     

加载次序引起的负摩阻力桩摩阻力分布的变化

简要分析了加载次序对于负摩阻力桩基桩土相互作用影响的机理。采用有限元方法计算比较了这种差异。计算结果表明,加载次序的变化会引起桩身摩阻力分布、中性点位置和下拉力的变化。桩身摩阻力的分布差异主要是桩身上部负摩阻力的大小,负摩阻力先出现时的负摩阻力值较小,这种状况在各级桩顶荷载下不会改变。负摩阻力先出现时,中性点的位置比较低,两者的差距随着桩顶荷载的增大而变得加大。负摩阻力先出现时下拽力小于桩顶荷载先施加的情况。这对于负摩阻力桩基检测的研究和应用是有益的。     

黏土中超大直径钢管桩内侧摩阻力研究

随着当前海上风电装机容量逐渐增加,超大直径钢管桩基础得到了广泛应用。桩径的增加改变了桩-土相互作用模式,现行规范中钢管桩内侧摩阻力计算方法的适用性有待商榷。通过离心模型试验,采用双壁板桩和管桩模型揭示了黏土中有限范围土压力与不同桩径的内侧摩阻力发挥规律;采用有限元数值分析方法,开展了内侧摩阻力发挥规律的影响因素分析,建立了钢管桩内侧摩阻力计算方法,并与离心机试验结果进行了对比验证。结果表明：随着桩径增大,桩内壁土压力增大,内侧摩阻力也随之增大,并沿桩深呈指数型分布,其发挥范围为距桩端5倍桩径以内;提出的钢管桩内壁侧摩阻力计算方法与离心机试验结果吻合良好。     

高喷插芯组合桩荷载传递机制足尺模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP）是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩,为了对其荷载传递机制有更深入的认识,以自行开发的大型土工试验模型槽为依托,进行了JPP桩、灌注桩和高压旋喷水泥土桩静载荷对比试验。通过埋设在JPP桩中的监测仪器对桩身轴力、桩端阻力以及桩体沉降等进行了直接量测,进而分析了JPP桩中管桩与水泥土轴力的分布和内外侧摩阻力的分布。试验结果表明,JPP桩与同桩长、同桩经灌注桩相比承载力高30%以上;JPP桩变形由芯桩控制,管桩轴力分布与水泥土轴力分布规律不一致,但同一截面上管桩和水泥土的轴力比值约为其弹性模量的比值;内外摩阻沿桩身的分布规律类似,内摩阻是外摩阻的1.62倍左右,约为JPP桩直径和管桩直径的比值;桩侧摩阻力与桩土相对位移近似双曲线分布,桩端阻力和桩端位移也近似双曲线分布。     

软黏土中PHC管桩打入过程中土塞效应研究

当开口管桩打入土层中,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的打入特性和承载能力具有重要影响。基于上海典型软土地基中长PHC桩的现场试验,统计分析3个不同场地共44根桩打桩过程中的土塞数据,探讨软土地基中PHC桩打桩过程中土塞长度与内径之比、土塞增量与桩打入深度增量之比(IFR)随打入桩长与内径之比变化的规律,并线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比与土塞高度和桩打入深度之比(PLR)的经验公式。研究表明,大部分PHC桩在打桩过程中,土塞部分闭塞,桩从浅部较硬土层打入较软土层,IFR值减小,土塞闭塞作用大;桩从较软土层打入深部较硬土层,IFR值逐渐增大,土塞闭塞作用小,且土塞长度增量与桩打入深度增量之比与土塞长度与桩打入深度之比基本呈线性关系。     

水泥粉喷桩荷载传递规律的试验研究

通过水泥粉喷桩的现场足尺试验,测试了极体的应力-应变关系,推算出极侧摩阻力、轴力变化曲线。结果表明,荷载沿桩身的传递有一定范围,桩体的变形、应力、侧摩阻力主要集中在临界桩长范围内,而各量变化梯度在浅部较大。桩侧摩阻力的发挥与极土相对位移有关。桩体破坏也发生在浅层,破坏形式为环向拉裂和桩体横向压碎。     

开口桩中土芯形成、影响因素及判别方法研究

开口桩打桩过程中桩端土体进入桩管内形成土芯,土芯在大直径钢管桩、新研发的大直径现浇混凝土薄壁筒桩的作用不容忽视,通过闭塞效应土芯会提高开口桩的承载力,减小桩的沉降量。比较分析了目前国际上两种土芯闭塞效应定义方法,研究认为,从土芯破坏机制出发定义土芯是否产生闭塞效应更为合理;并从土芯的形成出发,探讨了影响土芯形成及闭塞效应的各种因素,如桩径、桩端土的承载力、土芯与桩内壁的摩阻力等,此外还应考虑桩端土体侧向水平应力的影响。最后讨论了ICP方法中砂土及黏土中开口桩土芯闭塞效应的判别方式,认为该判别方式过于粗略,不能很好地反映土芯闭塞情况。     

混凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递机理

混凝土芯水泥土搅拌桩是一种新的地基处理方法,桩身由水泥土搅拌桩外芯和小直径预制混凝土桩内芯两部分构成,通过原位试桩资料和有限元分析方法,对混凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递机理进行研究。研究结果表明：在竖向荷载作用下,桩内外芯以及桩周土共同承担上部荷载,桩内芯是上部荷载的主要承担者;桩土界面侧摩阻力总体趋势是沿深度方向非线性减少,内外芯界面的侧阻力沿深度方向呈反“S”型;混凝土芯水泥土搅拌桩承载特性与刚性桩相似,区别于柔性桩;可把混凝土芯水泥土搅拌桩看作纯摩擦桩。     

湿陷性黄土模型试验相似材料研制与单桩负摩阻力模型试验研究

湿陷性黄土模型试验相似材料一直是地质力学模型试验相似材料研制的瓶颈,限制了湿陷性黄土地区模型试验的开展。本文基于Monte Carlo方法,采用空中自由下落技术,研制出了能够模拟湿陷性黄土的模型试验相似材料。在研制出湿陷性黄土相似材料的基础上,进行单桩负摩阻力模型试验,探讨在湿陷性黄土地区广泛存在于桩基工程中的负摩阻力。研究结果表明:桩身轴力沿桩身大致呈B形态分布,中性点位于湿陷性土层与砂层的交界处。在自重湿陷作用下,桩顶的沉降远小于土体的湿陷变形,桩侧负摩阻力沿深度增大,在中性点处达到峰值。在浸水1h内,摩阻力随时间大致呈D形态分布。在整个测试阶段,负摩阻力出现了第二次峰值,曲线分布呈形态。由于负摩阻力的作用,使桩顶产生0.54mm的沉降变形。本文的研究方法和成果可为分析湿陷性黄土地区桩基的受力特性提供参考。     

黏土中静压管桩土塞机制研究

针对黏土中管桩土塞形成机制,利用耦合欧拉拉格朗日（CEL）法模拟钢管桩的大变形沉贯过程。在验证网格密度参数对数值计算精度影响的基础上,结合管桩内外土体速度场、应力场、土塞高度和增量充填比的变化分析了土塞演变和土塞形成机制,讨论了摩擦系数以及软硬土夹层对土塞形成的影响,并与离心机试验和理论计算数据验证。结果表明,管桩贯入过程土塞的演变可分为上涌期、过渡期和下滑期3个阶段。随着桩的贯入,桩端下轴线处形成连续的下凹塑性拱,当此处竖向应力增量达到7～8倍不排水抗剪强度时土塞初步形成。同时土塞效应随着桩-土间摩擦系数增大,桩径减小（壁厚相同）而增强;软硬夹层对土塞效应影响显著,上硬下软的土层易形成完全土塞,而上软下硬的土层,硬土挤入管桩不会形成土塞。