冻土中单桩抗拔承载力的模型试验研究

以新疆地区某高压输电线冻土桩基础受力分析为背景,在人工冻结条件下,进行了单桩的室内抗拔模型试验.研究了在不同冻结温度下,冻土中单桩在竖向上拔荷载作用下的承载力特性及其力学性状,分析了包括桩的轴力、桩土之间的冻结力沿桩身的分布规律,桩头竖向位移与荷载的关系,并且定量分析了冻结力和承载力与冻结温度的关系.最后,将分析结果与抗压桩进行了比较.成果可为西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

地下水渗流对冻土区模型桩力学特性的影响分析

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明：无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。     

不同成桩工艺条件下冻结粉土中基桩承载性状试验研究

桩基础作为冻土工程中最适宜的基础形式,主要采用插入桩、静压桩和灌注桩三种桩型,因其成桩工艺不同对冻土地基及桩基自身造成的差异不一。为研究不同成桩工艺对冻土地基及基桩承载性状的影响,通过开展室内-1.5 ℃条件下单桩静载模型试验,分析在冻结粉土中不同成桩工艺对地温场、桩基极限承载力、桩身轴力以及桩侧摩阻（冻结力）的影响规律。试验结果表明：灌注桩对桩周地温场扰动剧烈,桩侧温度较高,地温变化幅度大。随着桩周土体的回冻,地温逐步降低,其中灌注桩桩侧降温速率最大;在承载力方面,2根灌注桩的极限承载力约为12.8 kN,静压桩为11.6 kN,插入桩极限承载力最小,仅为钻孔灌注桩的2/3。并对比4种不同成桩工艺的基桩在不同荷载条件下对应的沉降量,体现出成桩工艺对基桩沉降造成的差异性;随着桩顶荷载的逐级增加,桩侧摩阻（冻结力）和桩端阻力逐渐发挥作用,桩身上部1/3由于温度较低,致使桩侧摩阻（冻结力）较大,在10 cm深度附近温度最低,使桩侧摩阻（冻结力）达到最大值;并对比4种不同成桩工艺的基桩在荷载5.6 kN下轴力沿桩身的传递情况,发现静压桩更易把荷载传递到冻土区深层地基。     

多年冻土区桩基竖向承载力的预报模型

通过多年冻土区大气温度与地温关系,得出季节冻结期和季节融化期地面温度,进一步确定季节冻结及季节融化深度。综合地面温度得出多年冻土厚度随时间变化的关系,将大气温度、地面温度、融冻层厚度及多年冻土厚度变化建立起与时间相关的联系方程。考虑大气温度变化分析桩土相互作用并建立桩土相互作用模型。综合联系方程、桩土分析模型及冻土地区建筑地基基础设计规范中的单桩竖向承载力公式,建立了联系大气温度、地面温度、季节融冻深度、多年冻土层厚度变化与桩基承载力的关系预报模型,为预测在设计使用年限内随着大气温度变化桩基的工作状况提供较为科学的依据。     

几种缺陷单桩竖向承载性状的现场模型试验研究

为评价灌注桩在施工过程中因形成缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷导致单桩竖向极限承载力变化的程度,针对缺陷桩单桩开展了现场模型试验研究。进行正常桩和缺陷桩的竖向静载模型试验,测试单桩竖向极限承载力,对比缺陷桩和正常桩的单桩承载特性,分析了缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷对单桩承载性状的影响。对比正常桩和缺陷桩的荷载-沉降关系曲线,得出了基于文中缺陷桩设计方案的结论,缩径缺陷和泥皮缺陷均使单桩竖向极限承载力降低,降幅在正常桩极限承载力的15%范围内;扩径缺陷桩的荷载-沉降关系曲线无明显陡降点,桩顶沉降较正常桩递增缓慢;断桩缺陷影响荷载-沉降关系曲线中反弯点的出现位置,即反弯点出现时的桩顶位移与断桩缺陷距地表的距离有关。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。     

冻土中钢管桩荷载传递函数曲线研究

以室内冻土中钢管桩模型桩静载试验为例,介绍了冻土中钢管桩荷载传递函数的测试过程和计算方法,给出了一定条件下模型钢管桩桩身冻结力荷载传递函数曲线及桩端阻力荷载传递函数曲线,并分析了流变效应对荷载传递的影响.结果表明:模型钢管桩桩侧冻结力荷载传递函数曲线及桩端阻力荷载传递函数曲线其线状大致分别程抛物线及直线;由于流变效应的影响,桩侧冻结应力及端阻应力随时间有不同程度的变化;桩土相对位移和桩端下沉量开始5 h内随时间变化较大,但加载5 h后逐渐向稳定方向发展.其研究结果可为进一步的桩土间的本构关系研究提供参考.     

冻结粉质黏土-桩基接触面剪切特性试验研究

在寒区工程中, 建筑物的冻拔病害和冻土-桩基接触面间的剪切特性密切相关。借助自制的试验模具, 采用压桩法对冻结粉质黏土中埋置的混凝土桩、 钢桩以及木桩进行了不同负温条件下的剪切试验。结果表明： 在负温下随着剪切位移的增加, 剪切力经历线性增长、 骤降的脆性破坏、 维持恒定三阶段。温度越低, 桩与冻土间的冰胶结力越大, 冻结强度越大, 残余强度越大, 破坏允许位移也越大。在-30 ℃时, 木桩与冻土间的冻结强度最大, 混凝土桩与冻土间的冻结强度次之, 钢桩与冻土间的冻结强度最小。混凝土桩、 钢桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用线性拟合, 木桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用二次多项式拟合, 三种桩的破坏允许位移与温度的关系均呈现线性规律。研究成果可为寒区结构物抗冻拔病害防治提供参考。     

竖向荷载作用下挤扩支盘桩的试验研究及设计分析

结合实际工程,通过挤扩支盘桩的静载荷试验和桩身轴力测试试验,深入地分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性,同时,给出了挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。结果表明,挤扩支盘桩在加荷后期支盘承担50 %以上荷载,且支盘阻力体现端承力的性质;挤扩支盘桩与普通直桩相比,单桩承载力可提高60 %～100 %。     

粉质黏土中沉箱-桩复合基础水平向承载性能试验研究

为进一步研究沉箱-桩复合基础的水平向承载性能,开展粉质黏土中单桩、沉箱-桩复合基础在水平向荷载和竖向及水平向组合荷载作用下的系列试验,对沉箱-桩复合基础的水平荷载与位移关系、桩身弯矩、位移及土抗力分布规律及群桩效应等进行了研究。结果表明,在水平荷载作用下沉箱对桩顶的约束使桩身弯矩分布较桩顶自由情况要更均匀,并能有效地降低桩身弯矩、位移及土抗力,提高了基础水平承载能力;在同时作用有竖向和水平向组合荷载时,沉箱底摩擦力参与抵抗水平力作用、桩顶竖向力也有利于进一步提高基础水平承载力;试验获得了不同桩数、桩顶约束、荷载作用条件下的沉箱-桩复合基础群桩效应系数,对于桩距为6倍桩径的情况,桩与桩之间的相互影响很小。     

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。     

带帽PTC单桩和复合地基承载特性试验研究

结合苏-沪高速公路疏桩复合地基处理工程,进行了自由带帽PTC管桩和双带帽PTC管桩复合地基的现场足尺试验研究。根据试验结果,研究了桩身-桩帽-桩间土的相互作用机理和承载特性,分析了桩帽、桩间土和桩端承载的滞后效应,以及桩帽、桩间土对桩身的消减作用。认为管桩复合地基的第1阶段桩身控制沉降,第2阶段土体控制沉降,探讨了桩帽-桩间土荷载分担比及应力比在不同沉降阶段的变化规律。最后,还提出了桩帽尺寸的设计方法以及取消碎石垫层的建议。     

Plate Load Tests of Composite Foundation Reinforced by Concrete-Cored DCM Pile

The concrete-cored deep cement mixing (DCM) pile is a new kind of composite pile created by inserting precast core pile into the DCM column socket and has only been used in a few projects to date. The bearing mechanism of concrete-cored DCM pile composite foundation has not been investigated systematically. In this paper, plate load tests (PLT) on single pile composite foundation were conducted in Nanjing–Changzhou expressway, Xinhua district in Jiangyin city and Nanjing surrounding (NS) expressway. Following the results of the PLT, a comparison of ultimate bearing capacity between composite foundation reinforced by concrete-cored DCM pile and DCM column was made. During the PLT process, the vertical stress of surrounding soil and DCM column socket was measured using pressure cells. The vertical stress of precast core pile was obtained using steel stress gauge welded onto the reinforcement. Based on the vertical stress of surrounding soil, DCM column socket and precast core pile, the skin friction and load sharing ratio were obtained. The variation in surrounding soil properties depending on the installation of concrete-cored DCM pile was also analyzed using the results from cone penetration tests (CPT) taken in NS expressway. With the analysis of results for stress tests and CPT, the bearing mechanisms of composite foundation reinforced by concrete-cored DCM pile are obtained.     

CFG桩复合地基试验研究

CFG桩复合地基广泛应用于土木工程各个领域,但就CFG桩复合地基的工作性态及桩-土共同作用机制尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对CFG桩复合地基在川北某高层建筑中现场测试项目的资料分析,得出了CFG桩的桩-土应力分担的变化规律,对褥垫层上下的应力状态有了更为清晰的了解。测试荷载是实际的结构荷载,测试环境是实际的基础环境,测试结果更具实用性。测试结果显示,随着外加荷载的增加,桩-土应力比比例增加。当施工荷载为210 kPa时,桩-土应力比可达16。随着施工荷载的增加,桩体所分担的荷载增加较快,桩间土体分担荷载增加较慢。     

昆明地区静压桩承载力的探讨

主要介绍了压桩力与单桩竖向极限承载力的关系,以及利用压桩力估算单桩竖向极限承载力的方法。在试桩阶段,位于饱和软土的摩擦桩,压桩力较低,桩的承载力主要来自土体恢复后桩侧的摩阻力。根据静载荷试验检测结果,用单桩竖向极限承载力除以压桩力,引出一个系数,称为压力比,通过分析比较,得出在昆明地区的正常压力比,静压预制管桩在1.3～2之间,静压预制方桩在2.5～5之间。用压桩力乘以压力比,可以估算单桩竖向极限承载力。还简要介绍了挤土效应和超孔隙水压力对桩的承载力的影响。在工程桩施工时,地层中的土体和孔隙水被挤压,形成孔隙水压力,会产生一个向上的浮力,导致已施工的桩上浮,单桩承载力显著降低。     

砂土中单桩竖向抗压承载机制的离散元分析

将单桩视为平面问题,采用二维离散单元法分析了砂土中单桩竖向抗压承载机制。首先利用离散元模拟地基的形成、挖孔灌注桩的成桩过程以及地基土的双轴压缩试验;然后通过离散元模拟单桩竖向抗压静载试验,分析其承载机制。结果表明：随着桩的沉降增大,桩端阻力一直增大,桩侧摩阻力先增大后达到稳定值;单位桩长侧摩阻力从桩顶到桩端呈非线性增长趋势;当荷载达到桩的极限承载力时,桩端发生刺入破坏,导致桩侧与桩端附近土体的转动场梯度、应力场梯度增大,主应力发生大角度旋转。     

竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析

在大桩径、小桩距的群桩条件下,不仅有来自桩侧、桩端和承台传递的多重应力叠加,还有群桩对桩间土的夹持作用影响,桩-土-承台之间作用更加复杂。用有限差分软件模拟固定桩距、桩径,变化竖向荷载下桩-土-承台的相互作用。从各层土的侧摩阻力、不同位置桩的桩顶荷载、荷载-沉降关系、桩间土体位移等方面的计算结果分析桩-土-承台之间的相互影响。结果表明,荷载超出117.8 MN（略大于Pu/2,Pu为群桩极限承载力）后,群桩对上部桩间土的夹持作用开始减小,桩侧上部侧摩阻力增大;桩侧下部侧摩阻力在多重应力叠加作用下呈减小趋势,不同位置的桩侧摩阻力影响范围有差异;用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力是可取的;当沉降与桩径的比值超出1%后,承台分担荷载的比例逐渐增大,群桩分担荷载的比例减小。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递特性研究

根据控沉疏桩理论,探讨了带帽PTC型刚性桩在高速公路深厚软土地基处理中的适应性。为了掌握带帽PTC管桩复合地基的作用机理,分析了其承载能力、荷载传递、桩侧土压力、桩侧摩阻力、桩土荷载分担比及桩-土应力比等力学性状,并进行了带帽和无帽单桩复合地基现场足尺试验,对试验结果进行了深入地分析和研究。试验结果能为带帽PTC管桩复合地基理论研究提供合理的试验依据,并指导工程设计。     

碎石土斜坡水平受荷桩承载特性研究

斜坡上的桩基础的承载性能是复杂多变的。对于四川西部山地地形较广泛,且地基覆盖层多为特有的碎石土地层来说,水平受荷桩的相关研究还较少。为了研究碎石土地基斜坡上单桩基础的水平承载特性及桩土间的相互作用,通过现场水平静载荷试验在坡度为0°、15°、30°、45°的条件下,探讨桩身变形、桩身弯矩、土压力的变化。运用FLAC3D有限元分析软件得出水平荷载作用下,碎石土斜坡不同坡度的桩基础与桩周土之间的应力云图、位移云图的变化特点。将数值模拟结果与现场试验结果进行了对比,提出了单桩水平临界荷载和极限荷载在不同坡度区间内取值时的折减系数,为实际工程提供一定的参考。