大直径扩底桩端阻力折减问题探讨

目前人们对大直径扩底桩端阻力折减问题有不同的看法。从大直径扩底桩的承载机理入手,通过桩端面积不同的对比现场试验研究、数值模拟分析等,对大直径扩底桩的端阻力折减问题进行了探讨。结果表明,大直径扩底桩端阻力折减系数实质上是一个与基础结构特性相关联的尺寸效应系数,只是在形式上表现为变形折减或强度折减。在保证桩端土变形和强度满足上部结构要求的前提下,相对折减系数法以增大桩基的沉降为代价来提高桩基设计中的桩端承载力。最后提出了一些其它应注意的端阻力折减问题。     

突变理论与比能对比法推定既有基桩极限承载力的方法与应用

为进一步挖掘既有基桩竖向承载力,根据既有工程试桩荷载–位移曲线和基桩承载性状,应用最小二乘法原理推导出试桩的荷载–位移曲线方程,并拟合出荷载–位移曲线延伸段。在此基础上,为推定基桩竖向极限承载力,引用突变尖点法和比能对比法原理,将桩土系统比能作为突变判据,利用试桩荷载–位移曲线方程求得尖点突变比能曲线及突变点比能,并与桩侧土层平均抗剪强度进行对比,判别桩土临界破坏状态。研究表明,通过桩基比能函数方程形成桩顶变形–分级加载值曲线,根据突变理论,推定基桩竖向极限承载力,物理意义明确,可为既有基桩实际竖向极限承载力的推测和工程试桩最大加载值的确定提供理论依据。     

极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究

由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particle image velocimetry）技术,针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验,测得桩顶荷载-沉降曲线,研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明,在此试验条件下,扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍;极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。     

一种双折减法与经典强度折减法的关系

经典强度折减法的出发点是对强度值进行折减,进而导致对强度（准则）中的参数使用同一个折减系数。使边坡处于整体临界平衡状态的折减系数恰是边坡的强度储备安全系数。一些学者陆续提出了对黏聚力和内摩擦角采用不同折减系数的所谓双折减法,但尚无严格的理论依据。提出双折减法的出发点是对强度（准则）中的参数进行折减,或简称“强度参数折减”,这样可自然导致采用不同的折减系数,但此时已无法自动得到基于强度储备的安全系数。为此,提出了定义安全系数的新框架--基于参照边坡的安全系数定义,为双折减法建立了理论基础。将新提出的一种双折减法与经典强度折减法进行了比较,发现可以将经典强度折减法纳入该双折减法的计算过程,并从理论上证明了该双折减法的安全系数几乎总是小于经典强度折减法的安全系数,数值模拟实例也证实了这个结论。这表明,经典强度折减法有可能高估了边坡的安全性,建议的双折减法可作为边坡稳定分析的备选方法之一。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

有限元强度折减系数法在北门沟坡滑坡稳定性评价中的应用

利用有限元强度折减系数法求得的滑坡安全稳定性系数进行北门沟滑坡稳定性评价。通过强度折减,当滑坡达到不稳定状态时,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是滑坡的安全稳定性系数。经计算,可以得到滑坡体破坏形式和破坏扩张趋势,有助于对滑体破坏机制的理解。计算表明,有限元强度折减法与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,这为滑坡稳定性评价提供了另一条途径。     

考虑加筋与遮帘效应的层状地基群桩沉降计算

桩群在土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,但目前的理论与实践均未能或有效地考虑该效应.基于剪切变形法原理,在计算某一根桩沉降时,考虑了其他各相邻基桩的存在对该桩沉降的折减,即加筋与遮帘效应,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度,建立了桩身位移微分方程,分别求得桩顶沉降-桩端沉降、桩顶荷载-桩端压力的递推关系,从而得到了各桩在自身荷载作用下引起自身沉降的柔度系数; 同理,也求得了各邻桩在其桩顶荷载下引起它桩沉降的柔度系数,最终建立了群桩沉降计算的柔度矩阵方程.推导过程中,考虑了地基土的成层性及桩端沉降的相互影响,并提出了基于一定深度内的Mindlin位移解且考虑桩径影响的桩端压力-桩端位移关系新模式.算例结果表明,本文方法与实测值较为接近,且按本文方法求得的群桩中基桩相互作用系数明显小于弹性理论计算结果,且与实测值吻合较好.     

河北唐山曹妃甸地区混凝土管桩承载力试验研究

文章通过在预应力高强混凝土管桩(PHC)桩周各土层界面处埋设应变式钢筋计的静载荷试验,研究软土地基PHC管桩的单桩竖向极限承载力,分析了桩侧阻力、桩端阻力的分布规律。认为:(1)当第一层土为尚未完成自重固结的土层时,其土层范围内桩侧阻力值非常小;(2)桩身轴力自上而下传递,土层提供的桩侧阻力存在深度效应;(3)试桩表现为典型的端承摩擦桩性状,桩端阻力占荷载比重不超过5%,考虑桩顶相对位移对桩端阻力的发挥作用,引入桩顶位移修正系数后,利用规范公式计算结果与试验结果较接近。     

基于支持向量机的缩径桩承载力可靠度分析

针对常用的一次可靠度方法（FORM）计算基桩承载力可靠度指标的精度不高,将支持向量机（SVM）与FORM相结合计算缺陷桩承载力可靠度指标.以缩径缺陷桩为例,开展了1根完整桩及5根缩径桩的竖向加载试验.采用随机加权法对缺陷桩承载力折减系数的均值进行估计.算例表明缩径处被土体填充,致使此处桩的侧摩阻力转化为土体界面摩擦力,削弱了桩的承载能力.缩径长度越大,缩径处被土体填充的面积就越大,桩承载力折减系数和可靠度指标越小.缩径位置距离桩顶越近,缩径限制侧摩阻力发挥的程度越大.桩端阻力弥补了部分损失的侧摩阻力,使得缩径位于桩身浅部和中部时,桩承载力折减系数及可靠度指标大致相同;位于深部时,承载力损失最小,可靠度指标最大.     

不同场地条件下长桩的承载性状研究

根据软土地基、非软土地基中长钻孔灌注桩静载荷试验和桩身轴力的测试结果,分析探讨了竖向荷载下长桩的受力性能及沉降特征的一些规律。桩侧土模量较高的非软土地区的长桩静力试桩所测得的结果表明,荷载传递和桩身压缩与软土地区超长桩性状相似,长桩的桩身压缩量相当可观,计算中应予以考虑。极限侧阻力与端阻力不同步发挥,不同深度处的不同土层处基桩的侧阻也不能同步发挥;同时指出相关规范中极限承载力计算公式的不严密之处,并且探讨说明了竖向荷载下的长群桩基础变形性状及沉降计算有待进一步的研究。本项研究对今后超长桩的理论研究和工程设计应用具有一定的借鉴作用。     

钻孔压浆桩的承载特点及单桩承载力的评价

钻孔压浆桩是一种新型端承-摩擦灌注桩,其承载能力要明显高于其他钻孔灌注桩。根据与相近场地条件钻孔灌注桩的实际测桩结果所作的对比分析,钻孔压浆桩可以形成较高的侧摩阻力,在极限荷载中,侧摩阻力的构成比达65%~75%。      

基于自平衡法的泥岩地基中大型灌注桩的承载特性分析

采用自平衡试桩法对龙华寺松花江特大桥1号墩的大型钻孔灌注桩进行了试验研究,得出单桩竖向抗压极限承载力〉53102kN,泥岩地层极限侧阻力可达336kPa。对两根试桩Q－S曲线、桩侧土层位移－摩阻力曲线、桩端荷载－桩端位移曲线及试桩受力－桩端阻力曲线形态和数值进行对比分析,发现成孔时间长,泥浆比重大,孔壁泥皮厚,会导致桩侧摩阻力降低,且侧阻力发挥所需的桩土间相对位移增大。     

桩底后压浆技术研究

介绍了桩底后压浆技术,通过向桩底进行注浆可消除孔底沉渣的不利影响,并提高单桩承载力;通过工程实例分析表明,在卵石层中其灌浆机理主要表现为渗透灌浆,其承载力由３部分组成,即桩身部分的摩擦力、固结体部分的摩擦力和固结体的底部阻力。     

厚层黄土状土中扩底墩竖向承载性状

根据同一试验场地厚层非湿陷性黄土状土中8根大直径扩底墩、2根等直径桩的竖向承载力静载试验,对扩底墩的竖向承载性状进行了研究。结果表明,在其他条件相同时,随扩底墩直径D的增大,虽单位面积极限端阻力有不同程度的降低,但墩的极限承载力Qu增大;当D和墩身直径d不变时,总极限侧阻力所占墩顶极限荷载的百分比随长径比L/d的增大而增大;d不变时,随长径比L/D的增加,各墩的墩顶荷载呈起伏变化,总端阻所占百分比（比等直径桩大）相应降低,平均极限侧阻力（比等直径桩小）相应增大,而L/D = 3时,其承载性状较好;在扩底墩墩身直径d与等直径桩相同、入土长度相当的情况下,前者承载力比后者大,且沉降小。     

桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究

以桩的长径比l/d、桩间距与桩径之比s/d、注浆加固体厚度h为因素,以单桩极限承载力Qu与某一荷载下的桩顶沉降Sp为评价指标,设计L9(34)正交试验方案,采用有限元法进行了桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究,得出各因素作用效应的重要性次序和作用规律。研究表明,无论对桩基承载力还是对桩基沉降,桩间距与桩径之比都是最重要的影响因素,s/d较大时采用桩端后注浆来提高桩基承载力,减小桩基沉降,效果更显著;桩端后注浆使桩的端阻增大,承载性状改变,由摩擦桩逐渐过度为端承摩擦桩、摩擦端承桩或端承桩。     

不同围岩强度下大直径嵌岩钻孔灌注桩 承载力尺寸效应的数值模拟

利用数值模拟的方法,通过模拟20种不同工况得到不同岩体和不同直径的大直径嵌岩钻孔灌注桩的桩侧和桩端阻力尺寸效应系数,分析开挖引起的天兴洲大桥直径达3.4 m嵌岩钻孔灌注桩极限承载力尺寸效应问题。结果表明,（1）围岩强度越小,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小。当围岩强度为1～5 MPa时,围岩在开挖过程中破坏明显,尺寸效应显著;当围岩强度大于10 MPa 时,围岩破坏不明显,尺寸效应明显减弱;（2）相同围岩强度下,桩径越大,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小,相比桩侧阻力,桩端阻力尺寸效应更明显,尺寸效应系数略小。（3）极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应系数与直径成双曲线函数关系。     

嵌岩灌注桩承载力设计浅析

本文通过不同地层中嵌岩桩的特点,讨论了嵌岩灌注桩的荷载传递特点和设计应用中的问题,对嵌岩灌注桩嵌岩长径比与嵌岩桩侧摩阻力、端承力、单桩极限承载力之间的关系以及嵌岩深度等问题进行了必要的探讨。     

考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性研究

针对目前桩基承载特性确定时未考虑桩-土体系渐进变形过程的现状,采用现场试验和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性展开研究。首先,利用现场试验数据对侧阻和端阻的软化特性展开深入探讨,提出了侧阻和端阻软化模型,明确了模型中各参数取值方法,并验证了其合理性。同时,根据提出的侧阻和端阻软化模型,建立了一种可考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性的迭代算法。算例分析表明,计算获得的破坏性单桩承载特性与实测值有较好的一致性,且可反映侧阻和端阻的破坏特性。实际工程中,结合单桩承载特性分析算法,可根据单桩的实际受力特点灵活选用不同形式的侧阻和端阻荷载传递函数来分析不同桩顶荷载水平下的单桩受力特性。     

桩-土荷载传递机理的试验研究

静载荷试验是一项方法可行,理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面,它是目前最为准确,可靠的检验方法。为了进一步分析桩的荷载传递和承载力性状,预先在试验桩主筋上布置钢筋应力计以测量桩身轴向应力,在桩底埋设压力盒以测量桩端阻力。通过对实测数据的计算,便可得到试桩在各级荷载作用下的侧摩阻力和端阻力分布图,从而了解该桩的荷载传递和承载力性状。结合工程实践,通过对一工程三组测试桩静载荷实验及应力测试结果的分析,说明了桩-土的荷载传递机理。