桩-土-承台共同作用的简化分析方法

从桩与承台下地基土共同分担荷载的基本条件出发,提出了一种从单桩荷载沉降曲线入手的桩-土-承台共同作用简化分析方法。在给定单桩荷载水平下,假定承台下桩间土的变形量等于此时单桩沉降量,求解相应的板底应力,从而可以得到任意桩荷载水平下的承台荷载分担量,而不必将桩的受荷水平限制在极限荷载。将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析。桩间土变形量等于单桩在给定荷载水平下的沉降量,而桩端下卧土层的整体压缩量则由承台与桩两部分荷载引起,可以相对准确地预测基础沉降量。工程实例分析与实测结果的比较表明该方法是可行的。     

高层建筑桩与承台荷载测试分析

根据某高层建筑柱下独立承台桩基础的桩与承台荷载分担的实测资料,分析了桩基础桩与承台荷载分担、桩顶反力分布、桩间土反力分布等特性。桩与承台可以共同承担上部荷载,桩与承台底地基土分别承担总荷载的80 %与20 %左右;承台底地基土与桩的荷载分担比值,在工程初期变化起伏较大,随着主体完工后逐渐趋于稳定;中桩桩顶反力值小于边桩和角桩桩顶反力值;桩顶反力与承台底土反力沿承台两边基本呈马鞍形分布,实测结果为高层建筑柱下独立承台桩基础的设计计算提供有益的参考依据。     

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。     

带承台群桩负摩阻力性状的三维有限元分析

无承台群桩中各桩的桩-土相互作用是相互独立的,带承台群桩的桩-土相互作用要受到承台的约束。简要分析了带承台群桩负摩阻力变化的机制。采用三维有限元分析了地下水位下降条件下带承台群桩的负摩阻力性状。分析结果表明,带承台群桩的负摩阻力与单桩负摩阻力总体相近,随着上部荷载的增大,中性点上升,附加沉降增加,下拉力减小,只是各位置桩有差异。荷载不大时,承台对各位置桩沉降的约束明显,各桩中性点几乎重叠。随着荷载的增加,承台本身变形增加,中性点的差异逐渐变得明显,角桩中性点位置最低,边桩次之,中心桩最高。带承台群桩中各桩的负摩阻力沿着深度的发挥程度不同。角桩负摩阻力发挥最为充分,边桩次之,中心桩最小。     

采空巷道上方高速铁路桩板路基模型试验研究

桩板结构作为高速铁路采空区路基的复合地基,目前尚处于工程应用的探索阶段,缺乏相应的机制分析。以合福高速铁路（合肥－福州）上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构路基为原型,通过物理模型试验获取桩的内力、土的应力、桩和承台板、土及采空巷道顶板的沉降三大类数据,得出了模型中桩和桩间土的内力分布、路基和采空区沉降规律。研究表明,荷载作用下桩顶处轴力最大,桩身轴力沿桩身逐渐减小,采空巷道段轴力恒定;桩侧摩阻力沿桩身不断减小,桩侧无负摩阻力,采空巷道部分桩侧摩阻力为0;桩土应力比与桩土荷载分担比变化规律相似,桩所分担的荷载随着荷载的增加逐渐增大直至一稳定值;承台板和桩间土的沉降均匀,沉降量很小;采空巷道和非采空巷道上方的路基沉降基本相同,采空巷道顶板最底端基本没有变形;模型中桩板结构对采空区路基加固效果良好。     

低承台扩底楔形桩群桩效应系数研究

基于模型试验方法,开展砂土中竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩桩-土相互作用模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-沉降关系曲线、桩端阻力以及桩身轴力等分布规律,同时开展扩底楔形桩单桩竖向承载特性试验作为对比分析。结合JGJ94规范规定的承台效应系数和群桩效应系数,对扩底楔形桩群桩竖向极限承载力进行了理论计算分析。研究结果表明,文中试验条件下竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩的综合效应系数分别为1.16和1.10;无承台作用下2×1和2×2扩底楔形桩群桩的群桩效应系数分别为0.95和0.88;理论计算中扩底楔形桩承台效应系数和群桩效应系数可以参照等直径桩的相关规范取值。     

桩-土-承台结构在波浪力作用下的力学效应分析

在港口桥梁工程和海洋工程中,一般将桩从桩-土-承台结构中分离出来,单独计算波浪力对桩的作用。在提出波浪力作用下桩-土-承台结构相互作用模型的基础上,结合工程算例,进行了桩-土-承台结构在波浪力作用下桩的荷载和弯矩计算分析,结果表明：在不考虑波浪力的情况下,计算结果跟规范方法较为接近,验证了桩-土相互作用模型的适用性。在此基础上迭加波浪力,将波浪力和桩-土-承台作为一个完整的系统研究,随着承台所受外力、波浪力、桩侧地基土的变化,分析了桩-土-承台结构在波浪力作用下的受力效应。     

桩承式路堤土拱效应有限元研究

路堤下设置的带承台桩,除了承担承台上方的填土重量外,通过土拱效应还承担桩间土上方的部分重量。将填土重量的大部分传递到地基深部,既增加了路基的稳定性,又减小了路基的沉降。上海国际赛车场建造在软土地基上,为了满足工程需要,除使用了EPS轻质填筑材料外,还在填筑高度较高的地段采用了桩承式路堤作为地基加固方式。为了深入研究土拱效应的工作机制,对上海国际赛车场路堤桩的承台与承台间土压力分布进行了原位测试,并结合实际工况进行有限元分析。结果表明：除了承台上方的土压力相对承台间土有应力集中现象外,承台边缘相对承台中部也有应力集中现象。对EPS的加入和桩体性质的各项参数对于土拱效应产生的影响进行了分析。     

单桩与带承台单桩荷载传递特性的比较试验

对单桩和带承台单桩进行静载试验比较,桩身与承台下传感器得到了如下荷载传递特性：桩顶荷载分担比随总荷载增加而减小,承台使上部桩身轴力分布平缓,桩侧摩阻力受到削弱,摩阻力传递函数出现软化现象,但同时下部摩阻力发挥得到增强,而桩顶刚度变化不大。这些成果对于桩与承台共同作用特性研究具有重要参考价值。     

刚性承台下变截面柔性桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数,同时,考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用力学理论及微分方程的近似解法-子域法,推出了刚性承台下变截面柔性单桩与地基相互作用的系列近似解析算式,并通过算例,将承台下变截面柔性桩的情况与同体积的等截面柔性桩的情况进行了对比。对比表明：改变桩型能提高柔性单桩及单桩承台的承载力。将模型试验结果与计算结果进行了比较,验证了解析算式的可行性。     

桩-筏(网)复合地基桩土应力比现场测试研究

桩土应力比是刚性桩复合地基的一个重要设计参数,通过对沪宁城际铁路路基试验段CFG桩-筏(网)和PHC桩-筏复合地基桩土应力进行长期观测,分析了桩土应力变化规律,对桩土应力横向分布、桩间土应力变化、桩土应力比及荷载分担比等进行了对比研究。研究表明:桩土应力比与填筑荷载成非线性关系,与桩土相对刚度密切相关;桩土应力横向呈不规则锯齿形分布,桩顶应力集中现象明显,桩间土承载作用在填筑初期得到了充分发挥,桩土差异沉降迫使桩顶承受更多荷载,褥垫层和土工格栅调整了桩土荷载分担,揭示了路堤荷载作用下桩-筏(网)复合地基承载机制。     

高层建筑刚性桩复合地基反力现场测试研究

基于对高层建筑下带垫层刚性桩复合地基桩及桩间土压力的原位测试结果,分析了复合地基的桩顶及桩间土表面压力分布特征、桩与桩间土荷载分担特性及基础的荷载-沉降特性。实测结果表明,垫层的设置可较好地发挥桩间土的承载力,实现桩土共同承担上部结构荷载。将所得结果与载荷试验得到的结果进行对比,所得结论可供理论研究和工程设计参考。     

螺旋群桩基础承载性状试验研究

根据螺旋群桩现场静载试验结果,分析了螺旋群桩基础承载性状的影响因素,讨论了极限荷载下群桩几何参数对螺旋群桩的桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,螺旋群桩承载性状受到相邻桩的叶片距离以及首层叶片到承台底面间的桩长度影响明显。在叶片桩距比（桩间距比叶片直径）小于2时,螺旋群桩静载试验的荷载-位移曲线呈缓变形,无明显的拐点,群桩破坏属于整体破坏。同时,螺旋桩的叶片有助于减小承台下桩间土变形活动区的高度,增强了桩-土-承台的相互作用,减小了群桩基础沉降量。     

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。     

桩-土共同作用的研究

桩端刺入量与桩身压缩量之和等于桩端以上桩间土的压缩量,这是桩与土共同发挥作用的基本条件。从这个基本条件出发,提出了一种考虑桩-土共同作用的简化分析方法。该方法可以求解任意荷载水平下桩间土的荷载分担量,进而可以方便的求解出用桩量,同时将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析,可以方便的预测基础沉降量,最后根据建筑物的允许变形来确定桩的设计荷载值。工程实例分析表明该方法是可行的。     

砂土中桩-土-承台协同作用下桩基承载特性细观研究

为探究桩-土-承台协同作用下,带承台单桩极限承载力大于其单桩及承台基础单独作用下极限承载力之和的强化机制,在砂土地基中分别建立能够反映单桩、带承台单桩及承台基础静载试验全过程的二维离散元模型,并通过与室内模型试验荷载-沉降曲线变化规律对比,验证了模型的合理性。基于验证后的数值分析模型,从细观的角度对砂土地基的变形机制和桩基的承载特性进行分析。结果表明:地基变形机制方面,相对于单桩与承台基础,带承台单桩对地基土的扰动程度更显著,台下抗载土体范围更大;桩基承载特性方面,在带承台单桩桩侧一定范围土体出现成拱现象,成拱作用加强了桩侧、桩端附近土体的密实度,提高了桩侧摩阻力及端承力,进而使得整体承载力得到提高。该离散元数值模拟结果可以为带承台桩基设计和承载力估算方法提供参考。     

锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用

运用锚杆静压桩技术在既有建筑物中增设地下空间是可行的,一方面可利用既有建筑物的自重荷载作为压桩的反力,另一方面将压好的桩作为临时托换构件支撑的既有建筑物,建筑物下方的土体才可以开挖。对于黏性土,采用逐根压桩的方案,把所有桩压至设计标高后,待超孔隙水压力消散,才开挖承台下的土体。对于砂性土,可以边开挖土方边压桩,通过控制压桩和挖土速度,很好地控制建筑物的沉降。桩身四周的土体开挖后,其稳定性按照自由长度较大的高承台桩的模型进行分析。锚杆静压桩的压桩阻力是根据土层动力触探的指标确定的,锚杆静压桩的数量根据使用阶段、施工阶段的荷载以及桩身自由段的屈曲稳定性综合确定。按照新旧混凝土界面初始滑移承载力,进行承台的抗冲剪设计是有足够的安全储备的,此时冲剪承载力由几个斜向混凝土柱承担,而承台的下部受拉。锚杆静压桩之间的沉降差会在上部结构中产生附加内力,影响到结构安全。沉降差的计算采用分层总和法,计算时应考虑桩身的重力荷载、桩顶集中荷载等产生的附加应力以及土体开挖附加应力的减少。     

CM桩复合地基桩土应力比及垫层效应现场试验研究

通过现场4桩大压板静载试验,布置土压力盒,测定并分析C桩（刚性桩）桩顶、M桩（亚刚性桩）桩顶和桩间土体应力,计算桩（C桩+M桩）土荷载分担比,分析CM桩复合地基静载试验过程中桩、土的受力特性。通过设置不同垫层厚度,对比大压板试验P-S曲线,结合单桩静载试验,分析CM桩复合地基垫层的破坏模式及垫层效应。试验结果表明,CM桩复合地基工作时C桩桩顶应力集中现象明显,C桩桩土应力比大于10,M桩桩土应力比小于10;随着试验加载,桩土应力比逐渐增大,C桩桩土应力比增大幅度大于M桩;在复合地基设计荷载条件下,桩土荷载分担比接近6:3:1;将M桩和桩间土体视为一整体,即地基处理后相对于C桩的“桩间土”,则桩土荷载分担比为6:4,设计较为合理;随着垫层厚度增大,CM桩复合地基沉降值增大;当C桩成桩质量较好时,垫层破坏模式为C桩桩顶刺入破坏,试验时应合理选取褥垫层的材料和厚度。     

承台外区土阻力群桩效应及效应系数的有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台外区土阻力群桩效应及其效应系数进行了研究,讨论了土类、桩长、桩距、桩数等对承台外区土阻力群桩效应及其群桩效应系数的影响,结果表明(1)承台外区土阻力随承台宽与桩长之比 (B/L)的增大而增大,但增幅不大;随桩距S增大而增大;受桩数n的影响不大。(2)承台外区群桩效应系数随B/L增大几乎无变化;随S增大而增大;不随n变化而变化。(3)承台外区群桩效应系数与土类有关。     

CFG桩复合地基试验研究

CFG桩复合地基广泛应用于土木工程各个领域,但就CFG桩复合地基的工作性态及桩-土共同作用机制尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对CFG桩复合地基在川北某高层建筑中现场测试项目的资料分析,得出了CFG桩的桩-土应力分担的变化规律,对褥垫层上下的应力状态有了更为清晰的了解。测试荷载是实际的结构荷载,测试环境是实际的基础环境,测试结果更具实用性。测试结果显示,随着外加荷载的增加,桩-土应力比比例增加。当施工荷载为210 kPa时,桩-土应力比可达16。随着施工荷载的增加,桩体所分担的荷载增加较快,桩间土体分担荷载增加较慢。