基于支持向量机的缩径桩承载力可靠度分析

针对常用的一次可靠度方法（FORM）计算基桩承载力可靠度指标的精度不高,将支持向量机（SVM）与FORM相结合计算缺陷桩承载力可靠度指标.以缩径缺陷桩为例,开展了1根完整桩及5根缩径桩的竖向加载试验.采用随机加权法对缺陷桩承载力折减系数的均值进行估计.算例表明缩径处被土体填充,致使此处桩的侧摩阻力转化为土体界面摩擦力,削弱了桩的承载能力.缩径长度越大,缩径处被土体填充的面积就越大,桩承载力折减系数和可靠度指标越小.缩径位置距离桩顶越近,缩径限制侧摩阻力发挥的程度越大.桩端阻力弥补了部分损失的侧摩阻力,使得缩径位于桩身浅部和中部时,桩承载力折减系数及可靠度指标大致相同;位于深部时,承载力损失最小,可靠度指标最大.     

基于光纤光栅传感技术的静压沉桩贯入特性及影响因素研究

针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况,基于光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感技术,考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径,研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律。通过静压沉桩模型试验,分析了桩端形式、桩径、沉桩深度等因素对沉桩阻力、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力的影响规律。研究结果表明:FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性。沉桩结束时开口和闭口试桩的桩端阻力分别约占沉桩阻力的66.7%、59.5%。沉桩过程不可忽略开口土塞效应和桩径对沉桩阻力的影响。桩身轴力的分布形式不会因桩端形式而发生改变。桩径140 mm试桩的桩身轴力传递性能优于桩径100 mm试桩,两试桩桩身轴力递减率分别为40.8%、34.2%。开口试桩内管和外管桩身单位侧摩阻力最大值分别为1.67、4.83 kPa,均小于闭口试桩。贯入深度为90 cm时桩身单位侧摩阻力最大值随着桩径增加而增大,同一深度桩径越大桩身单位侧摩阻力"侧阻退化"越明显。入土深度为30 cm时两不同桩径桩身单位侧摩阻力减幅相差0.93 kPa。确定静压贯入沉桩阻力时考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

桩尖附近应力场研究

在分析桩侧极限摩阻力与桩长规律的基础上,通过桩侧摩阻力在桩尖平面应力分布的合理假设,推导了桩尖附近应力场公式,得出了桩尖附近最大地基应力与桩长、桩径、桩周土内摩擦角和桩顶荷载的规律以及影响桩尖应力的敏感因素,为桩尖附近其他地下结构的验算提供依据。     

桩底沉渣对嵌岩钻孔灌注桩承载性状影响研究

结合某嵌岩灌注桩工程,采用弹塑性有限元方法模拟桩底有沉渣条件下,桩底沉渣对桩的承载性状影响,分析有桩底沉渣情况下荷载-沉降曲线、桩身轴力和侧摩阻力、桩端阻力和总侧阻力的变化情况,有限元模拟荷载-沉降曲线与实测曲线相符,由于桩底沉渣的存在,大大降低了桩端阻力,从而降低桩的极限承载力,增大了桩顶沉降。     

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。     

基于自平衡试桩法大直径嵌岩桩尺寸效应分析

基于自平衡测试技术,通过现场的原位测试方法,对大直径嵌岩桩的尺寸效应进行了研究,内容包括桩径尺寸和嵌岩深度变化以及桩端阻力尺寸效应的影响分析等。从测试结果来看,嵌岩桩也存在一定程度的尺寸效应现象。当其他条件一定时,随着桩径的增大,桩侧阻力存在着减小现象;在同一种岩层的情况下,随着嵌岩深度的增大,桩侧阻力发挥也并不相同,嵌岩深度越大,桩侧阻力发挥也越小。实测结果表明,桩周岩石的特性变化对桩侧阻力影响最大,岩石抗压强度越高,桩侧阻力也越大。此外,桩径的变化对桩端阻力的影响更为明显。因此,在大直径嵌岩桩的设计中应注意尺寸效应对桩基承载力的影响。     

挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究

Y型沉管灌注桩是在传统圆形桩基础上通过改变截面形状以增大桩土接触面积、增加侧摩阻力进而增加承载力的一种新桩型。由于桩身截面的特殊性,在振动沉管的过程中Y型沉管灌注桩截面不同处对土有不同程度的挤压作用,其侧摩阻力分布性状比圆形桩复杂,若将Y型桩侧摩阻力看作沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布与实际不符,工程经验亦表明其不适。通过孔扩张理论与Y型截面的解析方程相结合,推导Y型桩侧摩阻力沿桩周及桩身的不均匀分布模型,同一截面最大侧摩阻力为最小侧摩阻力的1.24~1.75倍,同时分析外包圆半径R、模板弧度θ、桩长L对侧摩阻力的影响。将侧摩阻力沿Y型截面周边的9个区间积分,然后沿桩长积分,得到Y型桩总侧摩阻力,结合端阻力模型计算了Y型桩单桩极限承载力,与静载试验数据吻合。     

Y型桩桩侧摩阻力产生附加应力的分析计算

Geddes的应力解求解过程中将桩侧摩阻力简化为集中力,导致无法考虑桩径、桩长变化对桩侧摩阻力在地基内产生附加应力的影响,通过分析得出,对于长径比较小的短桩,由Geddes应力解计算的竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。通过首先在Y型截面上沿周边的9个积分区间线积分,然后再沿桩长进行积分的方式,借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,得出了Y型沉管灌注桩沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力及沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向应力分量的数值计算方法。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径 、模板弧度 、开弧间距 、夹角度数 对Y型桩侧摩阻力产生附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差,并对桩长及计算深度对产生误差的影响也进行了分析,得到了一些有益结论。     

考虑桩底沉渣的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究

随钻跟管桩施工不能完全清除桩底岩土沉渣,从而影响桩基端承力。为揭示桩底沉渣对随钻跟管桩承载力的影响机制,开展了考虑桩底沉渣影响的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究。试验结果表明:在密砂地层中,具有桩端水泥土扩大头的随钻跟管桩,其桩顶荷载-沉降曲线为缓降型,而模拟试验的其他管桩均为陡降型;桩底沉渣降低随钻跟管桩的极限承载力在22%以内,且其桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,承担占比超过90%;与存在一定厚度沉渣的钻孔灌注桩相比,随钻跟管桩的桩底沉渣对降低承载力的影响相对较小;靠近桩端的轴力随着沉渣厚度的增加而减小,沉渣越厚,减少的幅度越明显;桩端水泥土扩大头施工可提高随钻跟管桩约37%的承载力,且桩端阻比均小于15%。现场原位测试(桩长为15.5 m,长径比为15.50)和室内模型试验(桩长为1 m,长径比为15.87)结果均表明:存在桩底沉渣时,随钻跟管桩是以发挥侧摩阻力为主的端承摩擦型桩。研究成果有助于进一步加深对随钻跟管桩承载性状的认识。     

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。     

Field study on the behavior of pre-bored grouted planted pile with enlarged grout base

This paper presents the results of field tests performed to investigate the compressive bearing capacity of pre-bored grouted planted (PGP) pile with enlarged grout base focusing on its base bearing capacity. The bi-directional O-cell load test was conducted to evaluate the behavior of full scale PGP piles. The test results show that the pile head displacements needed to fully mobilize the shaft resistance were 5.9% and 6.4% D (D is pile diameter), respectively, of two test piles, owing to the large elastic shortening of pile shaft. Furthermore, the results demonstrated that the PHC nodular pile base and grout body at the enlarged base could act as a unit in the loading process, and the enlarged grout base could effectively promote the base bearing capacity of PGP pile through increasing the base area. The normalized base resistances (unit base resistance/average cone base resistance) of two test piles were 0.17 and 0.19, respectively, when the base displacement reached 5% D_b (D_b is pile base diameter). The permeation of grout into the silty sand layer under pile base increased the elastic modulus of silty sand, which could help to decrease pile head displacement under working load.

     

软土地基中嵌岩桩嵌岩深度的研究

结合试验资料对嵌岩桩的嵌岩深度、端阻力以及桩侧阻力进行了分析。讨论了端阻比随嵌岩深度的关系、桩承载力与嵌岩比的关系以及不同岩层对桩的承载力的影响,并提出了软土地基中不同桩径的桩具有最佳嵌岩深度,认为不存在最大嵌岩深度。     

静钻根植竹节桩桩端承载性能数值模拟研究

静钻根植竹节桩是一种新型组合桩基,桩端处存在的水泥土扩大头使其桩端承载性能优于传统桩基。通过模型试验以及ABAQUS三维建模计算对静钻根植竹节桩的桩端承载性能进行研究时发现,当桩端土体为砂土或黏性土时,预制竹节桩桩端处于水泥土扩大头中间位置附近时桩端极限承载力最大;当桩端持力层为岩石层时,竹节桩桩端与岩石层之间水泥土层厚度越小,桩端承载性能越好。由于现阶段静钻根植竹节桩主要用于东南沿海软土地区,实际工程中竹节桩桩端处于水泥土扩大头中间位置附近时桩端承载性能最好;桩端水泥土的内摩擦角、黏聚力以及弹性模量对静钻根植竹节桩桩端承载性能影响不大;增加水泥土扩大头的直径能够提高静钻根植竹节桩的桩端承载力。     

厚层黄土状土中扩底墩竖向承载性状

根据同一试验场地厚层非湿陷性黄土状土中8根大直径扩底墩、2根等直径桩的竖向承载力静载试验,对扩底墩的竖向承载性状进行了研究。结果表明,在其他条件相同时,随扩底墩直径D的增大,虽单位面积极限端阻力有不同程度的降低,但墩的极限承载力Qu增大;当D和墩身直径d不变时,总极限侧阻力所占墩顶极限荷载的百分比随长径比L/d的增大而增大;d不变时,随长径比L/D的增加,各墩的墩顶荷载呈起伏变化,总端阻所占百分比（比等直径桩大）相应降低,平均极限侧阻力（比等直径桩小）相应增大,而L/D = 3时,其承载性状较好;在扩底墩墩身直径d与等直径桩相同、入土长度相当的情况下,前者承载力比后者大,且沉降小。     

超厚细砂地层大直径后压浆桩荷载传递计算与分析

为了研究超厚细砂地层大直径后压浆桩的荷载变形特性,基于石首长江公路大桥8根大直径钻孔灌注桩现场静载荷试验结果,分析大直径后压浆桩的荷载传递特性,采用BoxLucas1函数的荷载传递模型,在考虑浆泡半径和桩身水泥结石体厚度的基础上建立了后压浆桩荷载-沉降关系的计算方法,并给出了不同土层桩侧、桩端增强因子经验取值范围,通过工程实例验证了方法的合理性;基于实际工程通过改变桩长及桩径,进一步计算分析超厚细砂地层大直径桩承载特性的变化规律。结果表明,该方法能较好地给出后压浆桩荷载-沉降关系的范围,可采用计算结果的下限作为工程设计使用;大直径桩承载性能随着桩长或桩径增加逐渐提高,桩径一定时,大直径桩的承载性能提高幅度随着桩长增加而逐渐趋于缓慢,且桩长达到一定值时,端阻所占比例几乎为0,表明通过增加桩长来提升大直径桩的承载性能受到有效桩长的影响;而桩端、桩侧组合后压浆技术能改善大直径桩的有效桩长问题,并能显著地提高大直径桩的极限承载力和端阻力所占比例。     

基于极限承载力试验的扩底抗拔桩承载特性数值模拟分析

基于天津于家堡南地下车库工程扩底桩抗拔极限承载力试验,结合数值模拟手段对扩底桩抗拔承载特性、破坏模式和受力机制开展了分析研究。计算分析表明,扩底桩（有效桩长19 m）相比等截面桩抗拔极限承载力提高约50%,材料增加仅8.5%,扩底桩扩大头周边土体提供的抗力显著提高了抗拔承载力;荷载较小时抗拔力主要由等截面段侧摩阻力提供,扩头段抗拔力占桩顶加载的比值随加载近似呈线性增加;扩底桩等截面段沿桩土界面先发生剪切破坏,扩头段周边土体后发生受压破坏,抗拔承载力达到极限;扩头段位于同一土层时,不同桩长扩头段提供的极限抗拔力相差不大,桩长越长,扩头段抗拔力贡献率越低;扩头段抗拔力主要由自重、扩头段法向力竖向分力和侧摩阻力组成,其中法向力竖向分量提供了扩头段的主要抗拔力,占扩头段总抗拔力约70%。     

岩溶地区桩基承载性能试验研究

结合岩溶地区两个工程实例的静载荷试验和应力测试结果,对桩的荷载传递特性进行了对比分析,桩端岩溶对桩承载特性的影响,不仅表现为对桩端阻力的影响,对桩侧摩阻力也会产生影响。应用有限元方法分析了桩端岩土对桩承载力的影响。计算结果表明,桩端岩土的变形模量对承载力影响很大;随着变形模量增大,承载力将大幅提高。      

桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究

以桩的长径比l/d、桩间距与桩径之比s/d、注浆加固体厚度h为因素,以单桩极限承载力Qu与某一荷载下的桩顶沉降Sp为评价指标,设计L9(34)正交试验方案,采用有限元法进行了桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究,得出各因素作用效应的重要性次序和作用规律。研究表明,无论对桩基承载力还是对桩基沉降,桩间距与桩径之比都是最重要的影响因素,s/d较大时采用桩端后注浆来提高桩基承载力,减小桩基沉降,效果更显著;桩端后注浆使桩的端阻增大,承载性状改变,由摩擦桩逐渐过度为端承摩擦桩、摩擦端承桩或端承桩。     

挤扩支盘桩荷载传递特性试验

通过8根挤扩支盘桩与直杆桩的大比例尺模型桩试验,对单桩静载试验和桩身轴力测试结果分析表明,挤扩支盘桩的荷载–沉降曲线为缓变形,在竖向荷载作用下表现出端承桩的受力特征;地基土性质、桩间距、桩径、盘径、支盘数量及支盘竖向间距是影响支盘桩承载力的主要因素。工程实例应用中,支盘桩比同径、同长的普通灌注桩提高单桩承载力89%,节省工程造价28%(541万元),工期提前52d。      

嵌岩桩受力机理分析

钻孔嵌岩灌注桩单桩竖向极限承载力,主要由嵌固力和端承力两部分组成,当嵌岩深度为4倍桩径时,单桩竖向极限承载力发挥最好,但施工技术水平对桩承载力有较大影响。