抗拔桩设计方法

当地下水位较高时,地下车库等附属建筑物不得不对抗浮问题进行考虑,抗拔桩被越来越多的应用于工程中。依据工程实例对抗拔桩设计荷载条件、抗浮桩单桩承载力设计、抗浮桩桩身结构设计、群桩地基整体稳定性、单位面积抗浮力、抗拔桩抗裂分别进行了阐述,以及抗拔桩设计中应考虑的问题进行了论述。     

上海地区抗拔承载力系数λ取值的探讨

对抗拔承载力系数λ进行简要评述,通过对3个工程实例的Q-s曲线进行数学方法拟合,得出其极限抗拔承载力,同时按照规范方法计算其单桩极限抗拔承载力,然后对两者关系进行比较。对抗拔桩设计中的抗拔承载力系数λ取值及桩侧摩阻力f。的取值进行了探讨,所得结论将进一步对抗拔桩工程设计提供有益的参考依据。     

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

部分粘结预应力抗拔(浮)桩的优化设计

介绍了一种新型的抗拔（浮）桩——部分粘结预应力抗拔（浮）桩。该新型桩有效改善了抗拔桩的桩身结构,能充分发挥抗拔桩的承载力,改变了混凝土受拉时的受力性状,克服了普通抗拔桩容易产生裂缝的弊病。结合有关地下结构浮力方面的研究成果及现场实际的部分粘结预应力抗拔桩荷载试验结果,对抗拔（浮）桩进行了优化设计。     

北京通州地区深厚砂层后注浆灌注桩抗拔系数试验分析

北京市通州地区某工程场地情况为深厚砂层,从该工程的单桩竖向抗压及抗拔静载现场试验,选取两个试验区各3根桩身全长桩侧后注浆灌注抗拔桩和桩身全长桩侧及桩端后注浆灌注抗压桩为研究对象,首先对试验桩的现场试验数据进行处理,得到各试验桩的侧阻力曲线;其次对抗拔桩与抗压桩在极限荷载下侧摩阻力的发挥情况进行比较,简要分析了砂土地基中抗压桩与抗拔桩的桩周各土层侧阻力随荷载增加而变化的受力特性;再以抗拔与抗压试验桩各土层的极限侧摩阻力之比,计算抗拔桩各土层的抗拔系数,并对各土层抗拔系数的取值范围与随深度变化规律进行了详细分析。厚砂层试验计算结果表明,两试验区抗拔桩的抗拔系数范围分别是0.34~0.67和0.31~0.63,其中试验桩桩周中上部土层的抗拔系数范围分别是0.51~0.67和0.51~0.63,桩身下部土层侧阻力发挥不充分,抗拔系数均小于0.5。该试验成果可为此地区深厚砂层抗拔桩的设计和理论研究提供参考。     

扩底抗拔桩桩端阻力的群桩效应研究

通过颗粒流数值模拟,从桩端阻力随上拔位移的发展与桩端周围土体颗粒位移表现等角度,研究了扩底抗拔桩端阻力的群桩效应问题。研究比较了单桩（墩）与群桩（墩）的抗拔性状以及不同墩距下中心墩与边墩阻力随上拔位移发展的情况。研究表明,在归一化上拔量 0.1时,单桩（墩）与群桩（墩）的上拔特性无明显差别;此后,随着上拔位移的发展,单桩（墩）的上拔端阻力要大于群桩中的桩（墩）的端阻力,桩（墩）周围土体颗粒的相互影响开始显现。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩（墩）中中心桩（墩）的端阻力要略大于边桩（墩）。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩中边桩的桩端阻力较中心桩的要大,而群墩中边墩的墩端阻力较中心墩要小,体现了桩身侧限对抗拔桩群中端阻力发挥的影响。随着墩距的增大,在较大的位移量以后群墩才与单墩的受力有显著差别。     

钙质砂地基单桩承载特性模型试验研究

根据实际工程中单桩受力特点,对足尺桩基进行等比例缩尺,考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素,开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验,分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系,探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状,进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明,钙质砂地基中,单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异;增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩;相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时,增大埋深的作用主要体现在加载初期,随着荷载的逐渐增大,最终差别将逐渐减小;竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主;颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减;宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强,而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势;桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的,而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。     

黄土地区抗拔单桩的受力及变形特性研究

在黄土地区抗拔桩现场试验的基础上,通过数值模拟,分析了等截面抗拔单桩在竖向上拔荷载作用下的变形特性,并探讨了桩长和桩身混凝土强度对抗拔单桩Q-s曲线、桩身轴力及桩侧摩阻力的影响,力图为黄土地区抗拔桩的设计及施工提供一定的参考.     

软岩地基中大直径布袋桩抗拔试验研究

西北地区深大基础工程日益增多,兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白,借助西宁火车站综合改造工程,引入大直径布袋桩技术,有效解决了基础抗浮和耐久性问题;选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验,最大加载量为9 060 kN;运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线,同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟,并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测;本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D;仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善,至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。     

下部扩大段复合桩抗拔承载力设计方法与试验研究

下部扩大段复合桩是一种新型抗拔桩,采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析了下部扩大段复合桩抗拔作用机制,提出了该桩型单桩抗拔承载力理论模型及计算参数。结果表明：在一定上覆土层厚度条件下,下部扩大段桩侧阻力受到上端阻力作用的影响得到增强,试验条件下采用经验参数法进行计算时的发挥系数可达1.6;上部非扩大段抗拔承载力受到扩大段上端阻力的影响得到减弱,发挥度有所降低;上部非扩大段桩径相对扩大段较小时,仅可考虑扩大段桩侧阻力和上端阻力进行下部扩大复合桩抗拔承载力计算;通过与试验对比,验证了模型和理论方法的可靠性、实用性。该研究成果可供工程设计参考。     

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。     

高临界循环荷载水平下钻孔桩的抗拔性状分析

为了研究抗拔桩在循环加载过程中桩身的性状,选取杭州萧山某工地两根抗拔桩作为试桩进行循环加载试验。在抗拔桩桩身埋设钢筋应力计,测量循环加载过程中桩身应力的变化情况;在桩身预埋钢管,测量桩顶及桩端上拔量。通过对桩身应力及桩顶、桩端上拔量的分析,研究循环加载对抗拔桩承载力及上拔量的影响。综合分析抗拔桩承受循环荷载时的桩顶、桩端上拔量、桩身轴力以及桩侧摩阻力分布可知,当抗拔桩承受循环荷载时,且临界循环荷载水平较大（接近或者达到1）,抗拔桩经过2～3次循环加载后就发生破坏,其研究结果可供其他类似工程参考。     

砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

饱和黏土中抗拔桩上限承载力分析及土塞效应

构造了抗拔桩上限分析机构,对饱和黏土中闭口桩与开口管桩抗拔承载力进行了上限计算,通过与弹塑性有限元、下限法及API方法进行对比说明了其合理性,并与实测资料对比验证了此方法的可靠性。研究了长径比、桩壁粗糙程度、土体强度非均匀性和土塞高度对抗拔承载力的影响,拟合出了闭口桩的抗拔净承载力预测公式。主要结果表明：对于闭口桩,归一化的抗拔净承载系数和单桩长径比之间近似呈线性关系。对于开口管桩,开口管桩抗拔净承载力系数与闭口桩抗拔净承载力系数的比值随长径比的增大有增大的趋势;管桩抗拔净承载力系数随着土塞高度的增加而增加,土塞对管桩的抗拔承载力有不可忽略的影响。     

刍议相关规范中关于单桩承载力计算的几点疑惑

国内相关规范中单桩抗压承载力设计计算方法分为特征值法及极限值法两类,单桩承载力均通过桩侧阻力与桩端阻力直接相加的方法得到,在概念及理论上均存在着不完善之处,主要原因是桩侧阻力与桩端阻力的力学特性及对变形的要求不同、不能同步发挥所致。相对来说,极限值设计法更直接、更可靠、更准确,概念更明确,且易于与国际接轨,建议规范优先采用。不同规范根据抗拔试验结果求取单桩抗拔承载力的计算方法存在矛盾,建议求取时桩的自重按天然重度计算、不考虑水的浮力。建议相关规范对以下两种现象进行深入研究：桩长超过有效长度后,单位长度侧摩阻力将会降低;部分工程中得到的抗拔桩的抗拔系数远小于相关规范推荐值,尤其是桩长较长时。     

桩-土界面特性对砂土地基中抗拔桩承载特性影响的模型试验研究

针对砂土地基中不同L/d的抗拔桩进行了模型试验,模型桩采用了3种不同界面,结合界面剪切试验探讨了桩-土界面特性对抗拔桩荷载-位移曲线、极限承载力及残余承载力的影响,得到了以下几点结论：模型桩长径比L/d不同时,每种界面抗拔桩荷载-位移曲线是类似的,光滑钢桩上拔力达极限承载力后保持不变,粗糙界面模型桩上拔力达极限承载力后降低,直至达残余承载力;抗拔桩达极限承载力时的静止土压力系数K受桩-土界面粗糙程度的影响,界面越粗糙,K值越大;界面越粗糙,抗拔桩残余承载力与极限承载力的比值越小,该比值随L/d的变化较小;对于粗糙界面抗拔桩,残余承载力与极限承载力的差别一部分是由于桩-土界面摩擦角的降低引起的,另一部分是抗拔桩达到极限承载力后作用在桩表面上的水平土压力降低引起的。     

扩底抗拔桩在天津于家堡南北地下车库中的应用

于家堡金融起步区充分利用地下空间实现交通、商业功能的提升,由于地下结构埋置深、地下水埋深浅,地下工程抗浮问题十分突出。在建的南北车库为纯地下结构,单层面积达3×104m2,埋置深度达16 m。开展了扩底抗拔桩与桩侧后注浆抗拔桩两种新型抗拔桩的现场足尺试验,试验结果表明,两种新型抗拔桩皆适用可行,抗拔承载力较常规等截面桩大幅提高,且本扩底抗拔桩试桩的极限承载力与变形控制皆优于桩侧后注浆抗拔桩。本工程选择了扩底抗拔桩并采用可视化全液压扩底施工工艺,新型抗拔桩大幅减短桩长,节约大量材料并减少泥浆排放,经济社会效益显著。扩底抗拔桩的成功应用为其在该地区的推广奠定了基础,具有较高的工程示范价值。     

临海浅埋富水明挖隧道底板合理支护参数研究

沿海地区深基坑设计施工都十分重视其抗浮问题,在深基坑开挖前掌握抗拔桩对于基坑隆起和围护结构变形及受力规律十分重要,其研究成果对于节约工程成本和保证基坑施工安全具有重要的指导意义。以港珠澳大桥侧接线拱北海关隧道明挖段为依托,首先建立抗拔桩与土体的硬接触模型,并验证该模型对于抗拔桩模拟的合理性,采用极差分析法研究底板不同桩长和桩径加固对基坑围护结构稳定性的影响规律。分析结果表明,增大桩长可更有效地减小地表沉降,增大桩径可更好地控制连续墙的变形,增大桩长和桩径都可以很好地控制坑底隆起。     

软土地区超长抗拔桩成桩选型研究

对软土地区长抗拔桩中常用的常规直桩、扩底桩、注浆直桩的承载力性状进行了比较分析,研究了不同桩型的荷载传递规律和承载力提高机理,并引出其荷载一位移的理论计算公式,认为抗拔桩存在“有效桩长”。通过对某沿海城市不同超长抗拔桩的现场抗拔试验,分析比较了各种桩型在30mm上拔位移控制值下的单桩承载力和桩侧摩阻力分布规律,认为超过“有效桩长”的设计是不经济的,注浆直桩可以提高安全系数,宜优先选用注浆直桩。