混凝土水化作用对群桩热力学特性影响现场试验

混凝土早期水化作用不仅释放大量热量、而且会引起桩基先期变形与约束应力,影响桩基承载性能。目前针对地层温度对早期混凝土水化作用引起的桩基热力学特性(尤其是群桩效应)影响的研究仍相对较少。开展3×3群桩在早期混凝土水化作用下的桩基热力学特性现场试验,实测了桩身温度、应变等变化规律,着重分析了地层温度对桩基水化热消散、桩身约束应力的影响规律;并开展了相同条件下单桩热力学特性对比试验,探讨水化热作用群桩效应。研究结果表明,水化热作用下,群桩中温度叠加效应并不明显;地层中恒温带的水化热消散速度慢于变温带;混凝土残余应力沿桩深方向分布不均,呈现中间大、两头小的特点,最大残余应力出现在0.6倍桩深处。     

夯实水泥土桩桩身压缩量对承载特性的影响

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变。基于试验测试数据,探讨桩身压缩量的计算方法,分析桩身压缩变形的分布规律及其对桩侧摩阻力的影响,并探讨不同桩长、不同水泥掺入比情况下,夯实水泥土桩桩身压缩量及其对承载特性的影响。研究表明,（1）对夯实水泥土桩,桩身压缩主要集中在桩身上部8 d（d为桩径）范围内,且变形速率变化较大,桩身压缩在桩顶位移中占比达80%以上;（2）桩身轴向荷载传递、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内;（3）桩身侧摩阻力分布非常不均匀,上部发挥较为充分,而下部发挥较少;（4）在工程常用水泥掺入比下,桩长大于12 d后,桩长径比和水泥掺入比的变化对桩承载特性影响不显著。     

整体桥高性能混凝土桩−土相互作用试验研究

高性能混凝土（高性能复合水泥基材料engineered cementitious composite,简称ECC与超高性能混凝土ultra-high performance concrete pile,简称UHPC）桩基具有良好的抗开裂性能和较高的承载能力,能较好地满足整体桥纵桥向变形。开展了砂土中高性能混凝土桩低周往复拟静力试验,得到了桩基的破坏特点、抗开裂能力以及极限承载力,分析了其桩身变形、桩侧土抗力以及桩身应变等分布规律,并与钢筋混凝土（RC）桩进行了比较。在此基础上,讨论了几种常用规范的适用性。试验结果表明,ECC、UHPC材料能有效减轻桩基的破坏程度、提高桩基的抗开裂能力以及水平承载力;相比RC桩基,高性能混凝土桩基的破坏位置更深,桩基的有效桩长更大,抗震性能更好;其中,ECC桩基的抗开裂能力最强,开裂荷载可达5.8 kN,开裂位移可达15 mm。试验结果还表明,高性能混凝土桩基的变形沿埋深方向不断的减小,埋深1.5 m以下位置基本为0;桩侧土抗力先增大后减小,桩底土抗力和变形量为0;桩身应变分布较为对称,且呈“橄榄”形,在埋深4D～6D（D为桩径）区间内桩身应变较大。分析计算表明,当桩顶位移在10 mm以内时,“m”法与API新规范法均能较好地计算高性能混凝土桩的桩身变形;当位移超过10 mm后,“m”法与实际数值相差较大。“m”法与API新规范法均不能较好地计算桩身弯矩,适用性不高;桩侧土抗力建议采用API新规范法。     

能源桩桩身加筋混凝土热-力学性质试验研究

能源桩是将地埋管换热器置于建筑桩基础中来实现地下换热的一种新型的地源热泵技术。然而,不同季节运行条件下,冷热变化导致的能源桩桩身混凝土的膨胀和收缩会影响能源桩的持续使用甚至危及建筑的安全。因此,寻找到一种热力学性能较好的桩身混凝土对能源桩技术安全使用和推广至关重要。探讨了桩身素混凝土和掺入不同含量的钢纤维,聚丙烯纤维桩身加筋混凝土热力学特性。导热系数测试表明,钢纤维的掺入能提高能源桩桩身混凝土的导热系数,聚丙烯纤维的掺入降低了能源桩桩身混凝土的导热系数。钢纤维掺入量为1.3%时,导热系数最大,为2.44 W/m·K;热力学梯级加温试验表明,能源桩桩身混凝土掺入钢纤维,聚丙烯纤维均能有效减小应变,钢纤维最大应变减少量为62.43%,聚丙烯纤维最大应变减少量为61.11%;热力学全过程试验表明,钢纤维能有效减少制冷收缩应变,全过程中应变最小。综合对比3种能源桩桩身混凝土热物性参数及热-力学特性可知钢纤维加筋混凝土更适合作为能源桩桩身材料。     

温度和应力下能源桩桩身加筋混凝土变形性质试验研究

能源桩是将地埋管换热器置于建筑桩基础中来实现地下换热的一种新型的地源热泵技术。然而,不同季节运行条件下,冷热变化导致的能源桩桩身混凝土的膨胀和收缩会影响能源桩的持续使用甚至危及建筑的安全。因此,寻找到一种温度和轴向应力作用下变形性能较好的桩身混凝土对能源桩技术安全使用和推广至关重要。探讨了桩身素混凝土和掺入不同含 量的钢纤维,聚丙烯纤维桩身加筋混凝土在温度和应力下的变形特性。导热系数测试表明,钢纤维的掺入能提高能源桩桩身混凝土的导热系数,聚丙烯纤维的掺入降低了能源桩桩身混凝土的导热系数。钢纤维掺入量为1.3%时,导热系数最大,为2.44 W/(m·K);热力学梯级加温试验表明,能源桩桩身混凝土掺入钢纤维,聚丙烯纤维均能有效减小应变,钢纤维最大应变减少量为62.43%,聚丙烯纤维最大应变减少量为61.11%;热力学全过程试验表明,钢纤维能有效减少制冷收缩应变,全过程中应变最小。综合对比3种能源桩桩身混凝土热物性参数及温度和应力作用下变形特性可知,钢纤维加筋混凝土更适合作为能源桩桩身材料。     

基于BOTDR的能源桩现场试验与承载特性分析

能源桩集承受荷载和热量交换于一体,受荷载-温度联合作用,其承载性状变化异常复杂。通过上海某能源桩工程现场试验,利用基于布里渊光时域反射技术（BOTDR）的分布式光纤智能感测技术监测桩身轴力和温度变化,获取荷载与温度单一因素及联合作用下桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了荷载-温度联合作用下能源桩承载性状与荷载传递特征。结果表明：能源桩承载性状与普通灌注桩有一定的差别,桩身温度升高会引起桩身变形,在土体约束作用下产生较大的桩身轴力,其大小与桩身温度变化量近似呈线性关系;荷载-温度联合作用时,桩身轴力远大于受单一因素作用时的桩身轴力,由荷载-温度联合作用引起的轴力增量可达到荷载单独作用时桩身轴力的2倍及以上,同时桩身受温度升高的影响会在较大范围产生桩侧负摩阻力,而荷载作用能够明显缓解桩侧负摩阻力的产生。     

动力沉桩桩基拉应力分布及其施工控制试验研究

采用“现场沉桩试验、室内桩基模型试验、现场沉桩实例验证”的技术路线,通过对16根桩的动测试验结果的全面介绍和分析,揭示了打桩过程中桩身拉应力的分布规律,即桩身最大拉应力通常发生在桩的上部,特别是打桩初期,桩尖位于软土层或桩周为软土地基时,桩身最大拉应力点发生在距桩顶1/4l（l为桩长）附近,拉应力占同点压应力的50 %左右,这是桩身产生垂直桩轴线方向横向裂缝乃至发生桩身断裂现象的根源。试验亦表明,采用碟簧桩帽沉桩能有效地减小锤击拉应力,克服了采用老式桩帽辅助沉桩时预应力混凝土（管）桩桩身拉应力过大而造成桩身断裂这一缺陷,控制实测拉应力在允许拉应力（5 MPa）范围之内,以确保沉桩桩身完整,这是防治桩身拉裂的有效措施。     

BOTDR分布式检测技术在复杂地层钻孔灌注桩测试中的应用研究

采用布里渊光时域反射技术（BOTDR）对灌注桩进行了分布式应变检测,据此计算桩身位移、桩身挠度、桩身轴力、侧摩阻力和桩端阻力等参量,并在一复杂地质条件场地内两种不同长度和工艺类型的灌注桩内力测试中等到应用,测试表明:灌注桩加载过程中,桩身应变分布在塌孔、夹层及地层分界面等部位出现异常;荷载主要由桩身侧摩阻力承担,桩端阻力在试验荷载内都未发挥;桩基承载能力和特性差异主要由施工工艺及地层条件不同所引起。     

桩基内力长期监测中的蠕变影响分析

以黄土地区桩基浸水试验为代表的桩身内力长期监测过程中,桩身混凝土除发生弹性应变外还会发生蠕变,以往工作中往往忽略了混凝土在轴力长期作用下蠕变对测试结果的影响,但蠕变真实存在,它对内力测试结果的影响程度以及如何消除其影响值得研究。根据现场实测试验资料对比分析表明,长时间的桩基内力测试应考虑桩身蠕变的影响;基于混凝土蠕变的相关理论,推导了从实测应变中扣除桩身蠕变的公式;从消除蠕变影响角度分析了黄土桩基浸水试验中应采取的措施,其关键技术是控制试验桩的混凝土强度等级,在桩顶附近设置标定段,并保持标定段混凝土的温度和湿度恒定,且与下部桩体一致,获得具有代表性的蠕变度函数曲线。     

全埋式抗滑桩倾覆破坏的室内模型试验研究

基于室内推桩模型试验研究全埋式抗滑桩的倾覆破坏及受力变形特征：在满足各试验相似关系的前提下,建立室内模型试验池,观察模型桩从受荷到倾覆破坏的全过程。布设土压力盒、钢筋应变片、混凝土应变片及百分表,采用多通道动态测试系统,对桩身应变、钢筋应变、桩顶位移与土压力进行全方位的动态监测,分析模型桩的受力特性。研究结果表明,在滑坡推力作用下,桩顶水平位移与荷载之间大致呈现三折线关系,而且在锚固深度不够的情况下,桩的破坏形式为整体的刚性转动（倾覆破坏）。对土压力监测结果以及反推的桩身弯矩表明,桩身土压力分布曲线表现为上下小、中间大的近似抛物线分布,桩身最大土压力出现在桩中部;各级荷载作用下,桩身最大弯矩值出现在滑面处,桩顶及桩底弯矩值较小。     

埋入式双排桩—土体系桩间内力分配的模拟

采用有限元法研究了考虑桩土相互作用的双排桩的内力分配。计算了滑坡推力在两排桩之间的分布,通过桩—土共同作用模型得到了两排桩的弯矩和剪力,并分析了双排桩排距对桩身内力的影响。由此得到双排桩设计的一些有益结论。工程算例表明,采用有限元法计算双排抗滑桩的内力是可行的,增大了设计的合理性。      

PHC管桩和预制方桩受力性状试验对比分析

通过在同一场地的预应力高强混凝土管桩（PHC桩）和预制方桩中埋设钢筋应力计的静载对比试验,比较了两类桩的荷载-沉降曲线、桩身轴力分布情况、桩侧摩阻力和桩端摩阻力发挥性状的异同,研究了PHC管桩的荷载传递机制,发现其侧阻和端阻的发挥规律与预制方桩相同,但在PHC管桩和方桩侧表面积相近的条件下,在最大试验荷载作用时,两者的侧阻和端阻发挥程度不同,PHC管桩平均单位侧阻比预制方桩低8.1 %,而端阻比方桩高24 %以上。     

Study of thermal migration and induced mechanical effects in double U-tube energy piles

This paper investigates two geothermal energy piles using thermal response tests (TRTs). A set of parameters including pile wall temperature, ground temperature and strain are monitored at four different depths. The thermally induced mechanical behavior of the energy piles are then analyzed based on the monitoring data.The results show the following: (1) The temperature at the pile wall clearly varies throughout the heating and cooling cycle, and the ground temperature distribution shows a delay compared to the TRT stages. (2) The thermally induced mechanical effects are influenced by both the temperature and restraint conditions.     

加筋效应对群桩相互作用系数的影响

群桩相互作用系数通常是采用平面应变模型进行分析,其研究方法具有较多的近似性。基于更为严格的虚拟桩模型,应用群桩相互作用的积分方程解答,以两桩相互作用的基本模型为例,研究加筋效应对群桩相互作用的影响。与弹性理论法和Mylonakis & Gazetas解答的对比表明,加筋效应对群桩相互作用系数有着较为明显的影响,并指出Mylonakis & Gazetas基于剪切位移法所得解答中存在的一些主要问题。     

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。     

PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

夯实水泥土桩荷载传递规律的试验研究

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变,进而计算桩身轴力,由此得出桩侧摩阻力,在此基础上分析夯实水泥土桩荷载传递规律及侧摩阻力的分布特征。结果表明,由于夯实水泥土桩体强度的限制,荷载沿桩身的传递限定在浅层一定范围内,桩身变形、轴向荷载、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内,而且变化梯度较大。     

我国北方某热电厂桩载试验研究

高应变动测法目前得到了越来越广泛的应用,研究其测试结果的可靠性对实际工程具有重要意义。对PHC桩应用高应变法、竖向静载方法进行试验,以确定桩基的单桩极限承载力。首先对2组不同直径的6根试桩进行高应变测试,采用国际上推荐的GOBLE-CAPWAPC-CASE方法,得到试桩的单桩极限承载力; 然后按慢速维持荷载法进行竖向抗压静载试验,将所得极限承载力与高应变法所得结果进行对比,高应变法所得结果高于静载试验的结果, 2种方法结果不同是由于2种方法的测试原理、计算方法、影响因素等不同所致。高应变法的理想化桩-土体系以及主要参数的设定对结果都有很大的影响,实际试验中应充分考虑如何取值。     

A full-scale field study for performance evaluation of axially loaded large-diameter cylinder piles with pipe piles and PSC piles

This paper presents the results from a pile load testing program for a bridge construction project in Louisiana. The testing includes two 54-in. open-ended spun cast concrete cylinder piles, one 30-in. open-ended steel pile and two (30- and 16-in.) square prestressed concrete (PSC) piles driven at two locations with very similar soil conditions. Both cone penetration tests (CPTs) and soil borings/laboratory testing were used to characterize the subsurface soil conditions. All the test piles were instrumented with vibrating wire strain gauges to measure the load distribution along the length of the test piles and measure the skin friction and end-bearing capacity, separately. Dynamic load tests were performed on all test piles at different times after pile installations to quantify the amount of setup with time. Static load tests were also performed on the PSC and open-ended steel piles. Due to expected large pile capacities, the statnamic test method was used on the two open-ended cylinder piles. The pile capacities of these piles were evaluated using various CPT methods (such as Schmertmann, De Ruiter and Beringen, LCPC, Lehane et al. methods). The result showed that all the methods can estimate the skin friction with good accuracy, but not the end-bearing capacity. The normalized cumulative blow counts during pile installation showed that the blow count was always higher for the PSC piles compared to the large-diameter open-ended cylinder pile, regardless of pile size and hammer size. Setup was observed for all the piles, which was mainly attributed to increase in skin frictions. The setup parameters “A” were back-calculated for all the test piles and the values were between 0.31 and 0.41.