自平衡与传统静载试桩法模型试验研究

自平衡试桩法相较于传统静载试桩法而言具有方便、经济、适应性强等优势,但该法一直备受争议。为研究自平衡与传统静载试桩法荷载传递规律的差异及原因,进行了花岗岩残积土中相同边界条件下自平衡试桩、静压试桩、抗拔试桩室内模型试验。通过桩身所贴电阻应变片,获得了各级荷载下桩身不同位置的应变值,对单桩极限承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布进行分析。研究表明:(1)花岗岩残积土中,自平衡上段桩与抗拔桩在达到极限承载力时,呈突发性破坏;(2)模型试验对比分析得出花岗岩残积土中桩侧摩阻力转换系数?为0.573;(3)底托和顶拔两种加载方式测得的单桩抗拔极限承载力相当;(4)荷载从加载端向另一端传递,各试桩桩侧摩阻力较大值所在位置不同,自平衡上段桩与抗拔桩在桩身下部,静压试桩在桩身中部。     

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明：在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过30万次后,侧摩阻力趋于稳定。     

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。     

超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力? 随桩-土相对位移w发挥性状,将? - w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化模式、全软化模式和混合模式。建立超长灌注桩桩-土界面剪切硬化模型和软化模型,运用ABAQUS二次开发子程序FRIC将建立的剪切模型嵌入有限元,实现剪切模型的有限元模拟,单桩算例表明,剪切模型在ABAQUS中实现是成功的。运用建立的桩-土界面剪切模型对现场试验试桩进行有限元模拟,模拟结果与实测结果较为吻合,表明所建立的桩-土界面剪切模型及其有限元模拟对于超长灌注桩承载变形计算具有合理性和可行性。     

砂土中单桩静载室内模型试验及颗粒流数值模拟

通过自行设计的可视化模型箱,进行了单桩静载室内模型试验,考虑了不同桩径、不同土体密实度等影响因素,研究了单桩的沉降模式、桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状及随沉降的发展模式,并通过拍摄跟踪和图像处理技术,研究了桩端和桩周土体的孔隙率的变化规律;对二维颗粒流程序进行开发,模拟了单桩静载过程中桩端阻力和桩周土体孔隙率的变化情况。结果表明,颗粒流数值模拟能够较好地模拟单桩静载过程,研究成果进一步揭示了单桩静载过程的宏细观机制。     

考虑桩-土非线性接触的自平衡桩基测试有限元分析

自平衡桩基测试由于不受场地限制,在桥梁桩基检测和水上试桩领域得到较为广泛应用,但由于自身承受荷载机理、桩土相互作用与传统桩基静载测试不同,目前其实际应用仍然存在一些问题,因此需要在自平衡加载方式下建立合理数值模型来为进一步理论分析奠定模型基础。在考虑桩体非线性接触面基础上,研究了决定非线性接触性质的摩擦系数计算原则及相关模型参数取值,基于ANSYS接触面单元建立了自平衡桩基有限元模型,以武汉工程为依托,与实测结果进行对比,结果表明基于接触面单元建立的自平衡桩基模型具有更高的精确度,能够很好反映真实荷载作用下上下段桩位移曲线图。     

嵌岩桩嵌岩段侧摩阻力浅析

为求出嵌岩桩嵌岩段侧摩阻力的表达式，假定嵌岩桩桩侧破坏由桩岩接触面上的滑动引起，桩岩接触面的压力由加载前岩土层自重产生的侧压力和由剪切膨胀产生的应力增量组成。用弹性力学的方法求解出桩侧正应力，引入了岩石破坏的Hoek-Brown强度准则，由此求出了嵌岩段桩侧阻力的表达式，并指出了此公式的适用范围。最后结合工程实际进行了对比分析，表明本文方法具有一定的实用性。     

考虑桩周剪切效应的单桩荷载传递机制分析

桩的存在使桩周土的竖向有效应力不等于上覆土自重应力与上部外加荷载的简单叠加,原因是桩-土相对刚度导致桩-土接触面上产生竖向剪切。通过平衡分析法,得到不同荷载形式下桩周土竖向有效应力、桩侧正（负）摩阻力、总侧摩阻力和轴力（下拽力）的计算方法,根据已开展的饱和黏土中单桩的负摩阻力试验,验证了公式的合理性,证明了考虑竖向剪切效应的必要性。通过计算分析可知：桩周土竖向均布荷载作用下,桩-土竖向剪切效应削弱了桩周土竖向有效应力、桩侧负摩阻力和桩身下拽力,剪切效应的控制参数?分别取-0.01、-0.02和-0.04时,靠近桩端的桩侧负摩阻力分别为? = 0时的91%、83%和71%,靠近桩端的桩身下拽力分别为? = 0时的93%、87%和76%。由于下拽力受截面几何参数影响,其折减程度略小于桩侧负摩阻力。因此,桩周土表面均布荷载作用时,忽略桩-土竖向剪切效应可能高估由下拽力引起的桩顶沉降。     

大直径桩桩身压缩量和侧摩阻力综合分析

为了分析桩身压缩量和侧摩阻力对大直径桩承载力的影响,通过桩基现场静载试验,获得各级荷载作用下各土层交接面处的桩身应力应变值,计算出不同土层间每1m桩身段的压缩量和侧摩阻力值。实验结果表明：各土层间桩侧摩阻力实测最大值与勘察报告值之比差别较大,其中上部土层问的摩阻力比值较小,下部比值较大。上部土层桩侧摩阻力在各级荷载作用下变化不大,而下部土层桩侧摩阻力随荷载逐级递增。由于压缩量是反映材料受力变形的物理量,虽然下部土层的摩阻力实测值与报告值比值较大,但其桩身压缩量较小,因而可以判断侧摩阻力发挥程度并估算其极限值。大直径桩的承载力主要是由侧摩阻力来提供的,因此可以通过桩身压缩量和侧摩阻力的综合分析为石家庄乃至河北地区的大直径桩承载力确定提供有价值的参考。     

大直径深长桩泥岩侧摩阻力试验研究——以吉林省龙华松花江特大桥工程试桩为例

泥岩地基中泥岩的桩侧摩阻力设计参数比较缺乏。通过对吉林省龙华松花江特大桥工程试桩的自平衡静载试验分析,并结合室内桩和泥岩接触中型剪切摩擦试验,揭示了该地区泥岩地基中大直径深长灌注桩泥岩侧摩阻力作用机制及承载特征,得出了一些对泥岩地基中钻孔灌注桩的设计和深入研究具有指导意义的结论。结果表明：大直径深长桩桩端阻力分担的荷载只占总承载力的一小部分,属摩擦型桩。自平衡测试中,全风化泥岩侧摩阻力达到173 kPa,强风化泥岩侧摩阻力达到279 kPa,中等风化泥岩侧摩阻力达到336 kPa,实测值较规范参考值大很多。建议在桩基设计时通过室内桩和泥岩接触中型剪切摩擦试验,基于莫尔库伦理论预估泥岩侧摩阻力,为桩基承载力的确定提供参考。     

砂性土中自平衡试验转换系数取值研究

自平衡法测试基桩抗压承载力时转换系数取值的合理性直接影响到检测结论的准确性。为确定砂性土中转换系数?的准确性,选取3个工程,主要土层均为砂性土,同一场地均进行了自平衡法和传统静载试验。每个工程中选取自平衡检测的基桩与传统静载的基桩为对比组,其地质条件、施工工艺、桩的几何尺寸、桩顶和桩底高相近或一致,以传统静载法测得结果为基准,采用Matlab编程对自平衡法测得等效荷载-位移曲线进行拟合,得出与传统静载法结果拟合度最佳的? 取值。将? 的拟合值和? = 0.6、0.7和? 原工程取值分别得到的等效位移荷载曲线与传统静载试验结果进行对比。结果表明,（1）3个工程中所得转换系数γ拟合值取值范围在0.42～0.71之间,与原工程中采用的γ值相比均偏小;（2）? 取值对等效受压桩上段桩总摩阻力和弹性压缩量的影响很大;（3）采用转换系数γ拟合值计算的等效转换曲线与原工程中采用的? 值相比更接近传统静载法所得结果,表明3个工程中? 的取值均过大,导致所测极限承载力过于保守;（4）砂性土中自平衡转换系数建议取值为0.6～0.7左右。     

黏性土中钻孔灌注桩自平衡转换系数取值研究

自平衡检测法在桩基检测中有效解决了传统静载法面临的许多问题,已得到广泛地推广和运用,其中自平衡法承载力计算中转换系数γ的取值是关键性问题之一。针对我国桥梁工程地基土质普遍存在黏性土的情况,依托台州湾项目工程,对黏性土中自平衡承载力测试法中的转换系数的取值进行了原位试验研究。选取3根钻孔灌注桩,桩径为1.5 m、桩长83.5 m,在原桩上先后进行自平衡法和堆载法试验,在桩身土层交界处布设钢筋计得到相应的桩侧摩阻力,将每根桩的上段桩在同一土层处自平衡法测的极限侧摩阻力值与堆载法测的极限侧摩阻力值进行对比,得到了各层土自平衡转换系数值,在该基础上收集了相似工程2根桩检测数据进行分析,结果表明在黏性土中钻孔灌注桩自平衡法与堆载法测得的上段桩极限摩阻力之比为0.7～0.8。     

高速铁路超长桥桩承载特性试验研究

超长桩广泛已应用于土木工程各个领域,但黄土地区超长桩的承载性状和变形特性尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对郑西铁路客运专线某特大桥的4根超长桩现场测试项目的资料分析,得出了超长桩桩身轴力及侧阻力的变化规律,对超长桩的承载特性有了更为清晰的了解。试验结果表明,在桩顶竖向荷载作用下,桩身轴力随荷载的增加发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,黏性土层的桩侧摩阻力具有退化效应;单桩竖向刚度随桩顶荷载的增加而减小,单桩竖向刚度降低40 %～70 %。     

高纬度低海拔岛状多年冻土桩基回冻前后承载力的试验研究

冻土与普通的土体相比具有独特的工程性质。在冻土地区进行桩基础施工后,桩和周围土体在冻土地温及大气温度的作用下逐渐回冻,回冻过程中在冰的胶结作用下桩与周围土体联结成整体共同承受外荷载作用。为了研究回冻前后桩基的承载力变化及变形性质,在大兴安岭地区浇筑了2根15 m试验桩,试验桩中布设了温度监测系统,采集了桩基回冻过程中的温度数据。根据温度监测结果在桩基回冻前后进行了自平衡静载试验,研究了回冻前后桩基承载力、各土（岩）层的侧摩阻力及桩端阻力。研究结果表明,桩基回冻后冻土地温保持在-1.9 ℃桩基的承载力是回冻前承载力的1.42倍;端阻力是回冻前的1.49倍为964 kN,占桩基承载力的12.98%;各土（岩）层的侧摩阻力均有所增长,平均增长率为40.3%。研究结果可为类似冻土条件下的桩基设计及施工提供理论依据。     

沈阳地区砂土碎石土层抗拔桩承载力的试验研究

通过沈阳砂土地区旋挖成孔抗拔桩的现场静载试验、钢筋应力测试等试验,研究单桩抗拔承载能力、侧摩阻力的分布规律,得出以下结论：按地层年代划分土层确定侧摩阻力比按岩性名称划分更为合理;压浆前、后增强段侧阻力增强系数约在1.15～1.62之间;扩径支盘现象可以使局部摩阻力发挥较大,但也限制了其下部一定桩长范围内摩阻力的发挥.     

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。     

X形混凝土桩抗拔特性试验研究

利用自行开发的大型土工试验模型槽,进行了等截面积X形桩和圆形桩抗拔性能对比试验研究,比较了二者轴力、桩侧摩阻力及位移的分布和变化规律。X形桩相比圆截面桩侧表面积增加了31.5%,试验结果表明,二者桩侧摩阻力分布规律相同,沿桩长可分为提高区域、衰退区域;摩阻力发挥充分的区域在埋深1.50～3.00 m,此区域中X形桩摩阻力的最小值和峰值都较圆形桩大,相同的桩头位移下X形桩的侧摩阻远大于圆形桩,其极限抗拔力高出圆形桩约16.7%。     

竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

桩端岩土强度提高对超长桩桩身总侧阻力的强化效应研究

基于5个场地中共15根超长桩的现场对比试验和2根超长桩的对比弹塑性数值模拟,分析了超长桩桩端岩土强度提高对桩身总侧阻力的影响。发现桩端沉渣厚度减小或无沉渣,超长桩桩身总侧阻力提高29.86 %～112.17 %;桩端注浆后,超长桩桩身总侧阻力提高33.07 %～66.95 %;桩端入硬层或基岩后,超长桩桩身总侧阻力提高23.34 %～235.65 %。结果表明,和一般桩（即短桩和中长桩）一样,桩端岩土强度提高同样能使超长桩的桩身总侧阻力得到强化。