现浇薄壁管桩(PCC)沉桩试验研究

现浇薄壁管桩是一种处理大面积软土地基的专利技术，研究历史相对较短。结合现浇薄壁管桩在盐通高速公路及上海北环高速公路中的应用，通过现场试验对现浇薄壁管桩沉桩拔管速度、混凝土材料塌落度、沉桩过程对场地土性影响及沉桩挤土效应进行的研究，得出了优化的工艺技术参数；沉桩观测表明，现浇薄壁管桩存在一定的挤土效应，但在目前的设计间距下不会对邻桩构成影响，该研究成果对工程实践具有重要的指导意义。     

振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用 (Ⅰ):开发研制与设计

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的专利技术，是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型，可有效地提高地基承载力和减小地基沉降。笔者介绍了振动沉模现浇混凝土薄壁管桩的技术原理、加固机理、施工设备、施工工艺及其设计与质量检测方法。该桩型具有承载力高、质量可靠和工程造价低等优点，具有较大的推广应用价值。     

现浇薄壁管桩在威-乌高速公路软基加固中的应用

刚性疏桩复合地基是高速公路软基处理中一种较为有效的方法,现浇薄壁管桩复合地基作为刚性疏桩复合地基其中的一种得到越来越多地运用,但相关研究开展的较少。结合现浇薄壁管桩在威-乌高速公路软基加固中的应用,对该技术的设计计算、施工、检测等方面进行了介绍。检测结果表明,现浇薄壁管桩桩体质量好、桩芯土体具有一定的闭塞效应,承载力高,经济性优越。     

现浇薄壁管桩（PCC）复合地基荷载变形特性

结合现浇薄壁管桩(PCC)在盐通高速公路桥头软基加固中的应用,通过一系列现场试验观测对现浇薄壁管桩复合地基的桩土荷载分担、沉降、桩土差异沉降、路堤稳定性等的变化规律进行了探讨。观测表明,PCC技术可显著减小地基的沉降量,使用该技术加固后地基具有沉降收敛快、工后沉降小的特点。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力反应特性分析

针对目前现浇混凝土薄壁管桩复合地基动力特性分析中二维计算模型的不足,提出了一种基于等效刚度原理的简化模型。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维动力有限元计算程序,并通过工程实例,分析了这种新型复合地基的动力特性。研究结果表明,现浇混凝土薄壁管桩复合地基在地震作用下,与原天然地基相比,地表水平向绝对加速度增大,竖直向绝对加速度显著减小;地基内部水平向受力的整体性较好,而竖直向较差。从地基的动剪应力计算结果可知,现浇混凝土薄壁管桩复合地基对抗震有利。     

路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

现浇混凝土薄壁管桩的荷载传递机理

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（简称PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的新技术,它是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型。通过有限元方法研究了PCC桩的荷载传递机理,考虑了桩土接触面的滑移、脱开和土的非线性。分析结果表明,荷载-沉降曲线数值模拟结果与现场试验相当接近,并揭示了内外侧摩阻力的分布、端阻力的发挥、土塞的作用等一些目前无法由现场试验得到的结果。     

现浇混凝土薄壁管桩施工工艺

介绍了现浇混凝土薄壁管桩（PCC桩）成桩工艺。结合PCC桩在盐通高速公路软基处理中的应用,在现场对PCC桩施工工艺进行了试验研究,探讨了混凝土坍落度、拔管速度、施打顺序对PCC桩质量的影响,并对其充盈系数进行了分析研究。同时还对PCC桩质量检测方法进行了研究,并对可能出现的质量问题及预防措施做了初步探讨,可供相关工程参考     

现浇薄壁管桩水平受力特性三维弹塑性有限元分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下现浇薄壁管桩(简称PCC桩)受力特性进行数值模拟和分析,并与试验结果进行比较,验证了模型的合理性。利用该模型对桩长、桩径以及桩身相对刚度等影响桩受力特性的主要因素进行分析,结果表明：桩径一定的情况下,桩长对桩的破坏形式有很大的影响,弹性桩与刚性桩临界点的长径比为8左右,且弹性桩的受力主要集中在桩的上部,约为0.3倍桩长;桩径对侧向位移和弯矩都有很大影响,桩径越大,桩侧向位移越小,而最大弯矩值越大,且最大弯矩点下移;在一定程度上,提高桩体强度,有利于提高桩的抗水平变形能力,但当增加到一定程度时,效果并不十分明显。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

一种新的超长桩荷载传递模型

超长桩桩侧摩阻力出现软化是一个较为普遍的现象。针对超长桩出现的侧摩阻力软化现象,提出了一种新的双曲荷载传递函数,该传递函数充分考虑了桩土相互作用的非线性特性和软化特性。依据新的荷载传递函数,利用FORTRAN语言编写了UMAT子程序。通过实例计算,对比了现场试验数据、ABAQUS自带接触对的计算结果和ABAQUS应用文中子程序后的计算结果,结果表明ABAQUS应用文中子程序计算所得的桩顶Q-s曲线、桩侧摩阻力分布曲线和桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线都与现场试验数据更加吻合,证明文中提出的荷载传递函数可以有效地模拟超长桩桩土相互作用的非线性特性和软化特性,并且对超长桩承载力的估算更加合理可靠。     

静压桩桩-土界面滑动摩擦机制研究

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦,但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制,进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制,并得到较好的效果,为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明,桩-土之间的干摩擦是外摩擦;沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦,从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力;沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是：泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦;载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦;桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是：桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大,从而导致桩-土之间摩擦系数提高。     

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。     

Finite element analyses of negative skin friction on a single pile

This paper presents finite element analyses of negative skin friction on a single pile under various conditions. Negative skin friction is a common problem if a pile is designed in a highly compressible soil. There are two most important parameters in estimating the load caused by negative skin friction: (1) the distribution and magnitude of skin friction and (2) the location of the neutral plane. The neutral plane is the location where the pile and soil settle the same amount or have no relative displacement. Negative skin friction is a very complex phenomenon influenced by many factors. In this paper, a two-dimensional axisymmetric model is built in the finite element program, ABAQUS. The model is first verified with a known case history. A systematic parametric analysis is performed to investigate the influence on both the neutral plane and the magnitude and distribution of negative skin friction along the pile length of various influencing factors, including the consolidation time, the properties of pile/soil interface, the lateral earth pressure coefficient, pile-soil limiting displacement, the intensity of surcharge, and soil stiffness. Based on the analyses, it is found that the location of the neutral plane is significantly influenced by the consolidation time and the stiffness of bearing layer. The distribution and magnitude of negative skin friction is influenced mainly by the pile/soil interface, soil compressibility, and the surcharge intensity. Based on the field measurements from literature and this investigation, a simple design procedure is proposed for estimating the pile load caused by negative skin friction.     

静压沉桩桩体受力全过程数值分析

沉桩是十分剧烈的桩-土相互作用过程,沉桩过程中桩体受力形态对桩后期承载力和耐久性有重要影响。本文运用有限单元法对静压沉桩进行数值模拟,通过位移控制法实现沉桩,模拟计算沉桩过程中桩土径向压缩和竖向摩擦,对沉桩全过程桩体受力情况进行分析。结果显示,沉桩过程中桩主要承受竖向压应力,尤其沉桩后期桩顶部受到的竖向压应力较大。采用单因素控制法对影响桩体受力的各项因素进行分析,并对各影响因素进行相关性和敏感性分析。分析表明,静压沉桩过程中桩体受力与摩擦系数、内摩擦角、粘聚力和桩尖角呈正相关,与桩径呈负相关,桩尖角对桩体所受竖向应力敏感性较弱。     

Influences of soil consolidation and pile load on the development of negative skin friction of a pile

Negative skin friction (NSF) along a pile caused by soil consolidation is of great concern to engineers. The development of NSF is time-dependent because soil consolidation is also time-dependent. In this paper, a numerical solution is provided for the development of negative skin friction of a pile in nonlinear consolidated soil under different loads on a pile top. A hyperbolic interface model is also developed. This model considers the development of shear strength during soil consolidation and loading–unloading scenarios at the pile–soil interface. One-dimensional nonlinear consolidation theory is invoked to estimate the soil settlement and shear strength. The distributions of NSF and the axial force along the pile are obtained using the differential quadrature method (DQM). The influences of soil consolidation and different pile loads on the negative skin friction of a pile are discussed.     

高桩码头桩基负摩擦力现场试验研究 ——上海洋山深水港工程现场试验

高桩码头接岸结构中的桩基础,在抛石的作用下将产生负摩擦力。通过支撑桩及自由桩上负摩擦力的现场试验研究,获得抛石过程中基桩内力随深度变化的基本规律。抛石过程中基桩上的负摩擦力主要产生在抛石段。同时,抛石作为附加荷载,将引起下方软弱土层的固结沉降,桩土之间产生相对位移,从而在抛石段下方一定范围内也产生负摩擦力作用。承台荷载对负摩擦力的大小和分布有着重要的影响。提出的负摩擦力分布规律和采用有效应力法计算层状土负摩擦力的公式,可为桩基础的设计,尤其对水下单面抛石施工的设计及采取消减负摩擦力的措施提供依据。     

深长摩擦桩的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,并利用Mindlin问题的位移解导出了深长摩擦桩侧阻力的弹性解,对深长摩擦桩进行非局部摩擦分析,将所得的侧阻力与局部摩擦下的侧阻力进征比较,结果表明是合理有效的.     

Scale model test study on negative skin friction of piles considering the collapsibility of loess

In collapsible loess area, the negative skin friction of pile foundation will cause many engineering problems such as failure of pile strength and reduction of bearing capacity of pile foundation, which will bring great harm to engineering construction. In order to study the change and distribution law of negative friction of pile foundation in collapsible loess area, the scale model test of negative friction of pile considering loess collapsibility was designed and completed. Through finite element numerical simulation, the test results are verified, and the distribution law of negative friction of pile and the number and position of neutral points are obtained. The test results show that under the condition of immersion, the loess has layered settlement, and there are both negative friction and positive friction on the pile surface, and there are two neutral points. Negative friction drags the pile downward, which makes the axial force of the pile increase obviously. The numerical simulation results verify the feasibility and validity of the test results. The research results of this paper have certain guiding significance for pile foundation design in collapsible loess area.

     

单桩负摩阻力传递机理分析

本文基于桩的荷载传递概念,提出了计算单桩负摩阻力的力学模型,该模型不仅适用于端承桩,也适用于端承-摩擦桩或摩擦桩,同时该模型也便于考虑多层土中桩的负摩阻力的性状。两个实例的计算结果表明,本文提出的模型比较符合实测结果。