基于极限平衡法的现浇X形桩群桩负摩阻力计算分析

软弱土及湿陷性黄土等地区桩基负摩阻力计算是桩基础设计与施工必须考虑的问题之一,目前针对群桩负摩阻力计算方面的研究相对较少。采用有效应力法计算单桩负摩阻力,基于极限平衡原理计算负摩阻力群桩效应系数,从而得到群桩负摩阻力计算公式。结合现场试验结果,对现浇X形桩群桩负摩阻力及桩身下拽力进行计算分析,并讨论了群桩基础中各基桩位置对桩身下拽力的影响,以及群桩效应系数随相关影响因素的变化规律。研究结果表明,文中计算结果与现场实测结果具有良好的一致性;地面堆载等级越高,群桩所受的桩身下拽力越大,且群桩效应系数随着桩间距的增大而增大,随着负摩阻力系数和中性点深度比的增大而减小。     

三种工况下扩底楔形桩承载特性模型试验研究

扩底楔形桩具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而,针对该桩型竖向及水平向承载力的定量模型试验研究相对较少。基于模型试验方法,开展砂性土中竖向、水平向荷载以及地面堆载等不同形工况荷载作用下扩底楔形桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力、侧向土压力、桩顶下拽位移以及桩身下拽力等分布规律;同时,开展等混凝土用量常规等直径桩的承载特性试验作为对比分析,初步探讨了两种桩型的受力机制与异同点。研究结果表明,试验条件下,扩底楔形桩的单桩竖向承载力约为等直径圆桩的2.33倍,表现出侧阻力和端阻力都优于圆形桩的特点;水平承载力约为等直径圆桩的1.48倍,上部直径较大和扩大头的存在提高了其水平承载性能;与等直径圆桩相比,楔形角的存在可有效降低桩顶下拽位移,可见把传统桩型转变成扩底楔形桩是降低负摩阻力对桩基影响的有效方法之一。     

嵌岩桩负摩阻力现场试验与计算方法研究

桩-土剪切位移对桩基负摩阻力发展有重要的影响。在既有研究的基础上,通过桩周土体沉降与桩身应变的监测结果建立了计算桩-土剪切位移量的方法。利用该方法对浅中层桩-土监测数据进行分析,确定了在桩顶自由条件下该试验场地桩-土剪切位移量在4~5 mm;对于深层桩-土没有达到该剪切位移量,负摩阻力则无法发挥至极值。根据负摩阻力的发挥特征,改进了规范中嵌岩桩负摩阻力的计算方法,该方法同时考虑了桩周土竖向有效应力与桩土剪切位移的影响。使用该方法计算的负摩阻力与实测结果较为吻合,获得的下拉荷载能够达到安全与经济的效果,可供工程设计参考、借鉴。     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的现场试验

负摩阻力是桩周土体沉降产生的桩附加沉降和下拽力的综合效应。为了研究不同的桩顶荷载对负摩阻力基桩性状的影响,在同一个试验场地上,对不同桩顶荷载作用下完全相同的3根桩的负摩阻力性状进行了现场测试。测试结果表明,桩顶荷载对于桩的负摩阻力性状有明显影响。随着桩顶荷载的增加,负摩阻力引起的桩附加沉降越大,桩周土体沉降引起的负摩阻力就越小;负摩阻力引起的下拽力也随着桩顶荷载的增加而减小;中性点位置随着桩顶荷载的增加而上升。这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。     

3种模式下钻孔灌注桩桩-土剪切特性现场试验研究

不同的桩-土剪切模式对桩-土剪切位移量的大小和桩侧摩阻力的发挥有重要影响。对抗压桩、顶拔桩和负摩擦桩等3种模式的6根钻孔灌注桩的剪切特性进行了现场加载试验与长期监测。通过对不同桩型的桩身应变、桩顶位移和桩周土沉降等试验资料的系统分析,建立了"侧阻-位移"曲线确定各模式桩-土剪切位移量和不同深度的极限侧阻力。根据不同桩-土剪切模式极限侧阻力的发挥特征,分析了桩-土相对运动方向、剪切边界约束条件、剪切位移量、加载速率和剪切历时等5个因素对极限侧阻力发挥的不同影响。讨论了利用现场顶拔桩试验结果对桩负摩阻力增大段的极限负摩阻力进行预测的可行性,供同行参考借鉴。     

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。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。     

桩(墙)单位侧摩阻力与轴向应变关系的解析及其应用

根据弹性力学原理,提出了模犁筒桩(闭合墙)的简化力学模型.采用半逆解法先求出桩左右侧受均布摩阻力、桩顶受均布荷载两种情况下的应力分量,根据叠加原理得出桩两侧均受相同摩阻力、桩项受均布荷载情况下的应力分量.据此推导了普通桩基的轴力和侧摩阻力计算式,分析结果表明,该计算式与传统计算方法是一致的.当桩壁两侧受不同大小的侧摩阻力、桩项受均布荷载时,仍采用叠加原理求得各应力分量,进而求得桩表面处的轴向应变与单位侧摩阻力关系的解析解.通过矩形闭合墙基础模型试验实例,对该解析解的应用方法加以说明.该解析解的求出,为竖向载荷试验中模型筒桩(闭合墙)所量测的内外侧应变进行数据处理提供了理论依据,进而为基础-土相巨作用研究提供了真实、准确的试验结果.     

桩（墙）单位侧摩阻力与轴向应变关系的解析解及其应用

根据弹性力学原理,提出了模型筒桩（闭合墙）的简化力学模型。采用半逆解法先求出桩左右侧受均布摩阻力、桩顶受均布荷载两种情况下的应力分量,根据叠加原理得出桩两侧均受相同摩阻力、桩顶受均布荷载情况下的应力分量。据此推导了普通桩基的轴力和侧摩阻力计算式,分析结果表明,该计算式与传统计算方法是一致的。当桩壁两侧受不同大小的侧摩阻力、桩顶受均布荷载时,仍采用叠加原理求得各应力分量,进而求得桩表面处的轴向应变与单位侧摩阻力关系的解析解。通过矩形闭合墙基础模型试验实例,对该解析解的应用方法加以说明。该解析解的求出,为竖向载荷试验中模型筒桩（闭合墙）所量测的内外侧应变进行数据处理提供了理论依据,进而为基础-土相互作用研究提供了真实、准确的试验结果。     

楔形桩和等截面桩中性点位置可视化对比模型试验

地面堆载作用下楔形桩中楔形角的存在可以降低桩身下拽力,但针对倒楔形角的存在与中性点位置关系的研究却相对较少。为了分析地面堆载作用下楔形桩和等截面桩的桩-土相互作用机制,基于透明土材料和PIV（particle image velocimetry）技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下楔形桩和等截面桩中性点位置的对比模型试验研究,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨了桩-土相对位移、中性点位置与地面荷载等级的变化规律。研究结果表明,利用透明土材料来研究桩基中性点位置的试验方法在技术上是可行的;文中试验条件下楔形桩和等截面桩中性点位置均随着地面堆载等级的增加而降低。     

X形桩桩土相互作用对截面形状的力学响应

现浇X形混凝土桩（简称XCC桩）是一种新型的异形截面桩,其桩土相互作用明显受截面形状的影响。前期已通过平衡分析法推导得到了考虑XCC桩截面形状的单桩荷载传递计算方法,但控制桩土相互作用的一个重要参数即桩土剪切作用系数对截面几何形状的力学响应尚未得到系统的研究。文中分析了桩土剪切作用系数对不同荷载形式下XCC桩3个截面控制参数（外包圆半径R、开弧间距2a、开弧角?X）的影响,并与等截面面积的圆形桩进行了对比。分析结果表明,截面参数变化时,桩土相互作用也随之变化,在截面面积、周长和桩土剪切作用的共同作用下桩身轴力随外包圆半径和开弧角度的增大而减小,随开弧间距的增大而增大,且始终小于等截面面积的圆形桩。     

大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究

在唐山LNG罐区对9根大直径钢筋混凝土灌注桩进行了竖向荷载现场试验,其中桩端后注浆工艺试桩3根,三岔双向挤扩工艺试桩3根,挤扩支盘工艺试桩3根。基于现场静荷载和桩身应力测试结果,分析了3种不同施工工艺钻孔灌注桩竖向荷载传递规律。试验结果表明：3种不同施工工艺的大直径深长钻孔灌注桩试桩荷载-沉降曲线没有明显拐点,后注浆工艺试桩荷载传递过程表现为摩擦桩的特性,桩侧阻力几乎承担全部荷载,而三岔双向挤扩支盘工艺和挤扩支盘工艺试桩荷载传递过程表现为端承摩擦桩的特性,桩端阻力占总荷载的20%～30%;3种不同施工工艺试桩的轴力及桩-土相对位移变化规律基本相似,桩侧桩端阻力非同步发挥且相互影响,桩侧摩阻力均表现出强化现象。对整个罐区要求单桩承载力特征值不小于8 100 kN。3种施工工艺的钻孔灌注桩承载力均能满足要求。     

现浇X形桩桩-土荷载传递规律现场试验研究

现浇X形混凝土桩（简称X形桩）是为了更好地满足沿海、沿江软土地基处理应用而开发的一种新桩型。该新型桩具有比表面积大、侧向摩阻力高,施工便捷,经济效益高等技术经济优势;但针对其在复合地基中桩-土荷载传递规律特性的研究却相对较少。结合某污水处理厂软基处理工程,开展了X形桩复合地基中桩-土荷载传递规律的现场试验,测得了荷载-沉降关系,桩-土荷载分担比、桩-土应力比,以及桩身轴力等发展情况,分析了不同工况下复合地基中桩-土协调相互作用和中性点位置规律;并将等混凝土用量圆形桩和X形桩的单桩静载荷试验作为对比分析。研究结果表明,本文试验条件下复合地基中X形桩桩侧正、负摩阻力转化发生在0.2倍桩长处,桩侧正摩阻力最大值约为其负摩阻力最大值的140 %;相同桩长情况下桩-土应力比随竖向荷载等级增长速率随桩间距的增加而减小。     

扩底楔形桩竖向抗压和负摩阻力特性研究

扩底楔形桩是基于结合常规扩底桩和楔形桩的优点而开发的一种新桩型,能同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力,并能有效降低土体沉降引起的负摩阻力对基桩的影响。简要介绍了扩底楔形桩的受力机制和施工方法;基于FLAC3D有限差分软件,通过针对实际工程的数值模拟验证数值模拟的可靠性,对该新桩型在竖向抗压和负摩阻力特性方面的力学特性进行了初步探讨,并与等体积混凝土的常规扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了对比分析;进而研究了桩端土体与桩周土体模量比、楔形角、扩大头直径以及桩体模量等因素对扩底楔形桩力学特性的影响。研究结果表明,同等级地面堆载作用下,扩底楔形桩中桩侧负摩阻力引起的桩顶下拽位移最小、桩身下拽力值介于常规楔形桩和扩底桩两者之间。     

上海地区超长后注浆钻孔桩竖向承载力试验研究

依据上海地区某超高层商业建筑试桩的高吨位竖向抗压静载试验结果,通过对基桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性以及桩侧阻力、桩端阻力发挥特性的分析研究,揭示了桩底注浆对基桩承载性状的影响情况,深入探讨了上海软土地区大直径超长后注浆灌注桩的荷载传递机理和竖向承载性状,提出了单桩承载力的估算方法。     

Behaviour of piles in consolidating soil

The development of negative skin friction on circular piles in a consolidating layered soil is investigated by an elasto-plastic load transfer theory which accounts for slippage of the soil. The elastic load transfer theory is premised on the compatibility condition that the vertical displacement of the ‘pile’ is equal to the summation of the vertical displacement of the layered soil due to the consolidation of the upper soil layer and the vertical displacement in the ‘soil layers’ along the pile’s centroidal axis caused by a system of pile-soil interactive forces. Slippage of the soil is accounted for by imposing the shear strength of the clay layer as the limit of the pile-soil interface shear stress. The saturated upper clay is consolidating under a uniform surcharge in accordance with Terzaghi’s one-dimensional consolidation theory. The validity of the proposed solution is confirmed by comparison with field measurements. Extensive parametric studies with regard to the effect of pile-soil slip on pile behaviour are presented.     

软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

竖向荷载作用下斜桩荷载传递性状试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。     

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。