天然饱和黏土地基静压桩承载力时效性研究

分别以柱孔和球孔扩张模拟桩身和桩端的贯入过程,采用可以考虑天然饱和黏土应力历史和应力各向异性的圆孔扩张解答描述桩周土体的应力状态,推导了饱和黏土地基中静压桩终压力的理论解,进而基于桩周孔压径向消散的固结解答,在考虑桩周土再固结过程中松弛效应的基础上,推导了沉桩结束后静压桩时变承载力的解答,建立了静压桩承载力时效性系数的理论表达式。通过离心模型和现场试验对所提的理论解答的正确性进行了验证,研究了天然饱和黏土中静压桩承载力的时效性。结果表明:沉桩结束后较短时间内静压桩承载力时效性是超孔压消散和土体触变恢复共同作用的结果,一定间歇期后超孔压消散成为承载力增长的主要原因。     

静压桩极限承载力的时效分析

通过隔时复压等试验表明,静压桩的极限承载力随时间呈双曲线增大.静压桩时效性机理主要是触变恢复效应和固结效应.引入时间参数分析在粘土中沉桩时所引起的超静孔隙水压力,给出了考虑固结效应的超静孔隙水压力的解.考虑不确定性和模糊性的特点,根据静压桩的压桩力,推算桩的极限承载力,并给出了一种计算方法.     

饱和软土成层地基一维非线性固结解析解

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比,基于 - 及 - 关系,推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解,分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序,将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较,验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状,分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中,初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂,对上下层地基固结速率影响不同;初始体积压缩系数增大,超静孔压增大,固结速率变小;所加荷载值越大,超静孔压消散越慢,固结发展越慢;超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度,同时取决于各层土渗透性的相对大小。     

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。     

初始孔压非均布条件下散体材料桩复合地基固结理论研究

针对现有复合地基固结理论仍不能考虑实际工程中存在的初始孔压非均布情况的不足,采用解析方法对散体材料桩复合地基进行深入研究,给出了考虑初始孔压非均布的散体材料桩复合地基固结一般解。探讨了初始孔压非均布的3种特殊情况,导出了初始孔压矩形分布（均布）、正三角形分布和倒三角形分布等情况下的复合地基平均孔压和平均固结度表达式。研究表明：单面排水条件下,初始孔压分布对复合地基固结有显著影响;初始孔压均布和正三角形分布条件下,超静孔压随Tv值的增大而逐渐消散,固结期间地基底部孔压值最大;初始孔压倒三角形和梯形（pB /pT =0.5）分布条件下,Tv值越大,孔压等时线越平缓,且孔压最大值的位置由地基顶部向底部转移,固结过程中底部孔压变化呈现“从小变大、再变小”的特点     

底部抽真空预压法砂井地基固结解析解

基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和Hansbo砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。     

基于有效应力法的静压桩时变承载力研究

基于天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的弹塑性解,以沉桩结束后桩周土体的应力状态为初始条件,推导了桩周孔压消散的解析解。在此基础上,考虑桩周土体再固结过程中的土体松弛效应,提出了采用有效应力计算天然饱和黏土中静压桩时变承载力的理论方法。通过已有离心模型试验和现场试验结果对该方法进行了验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随固结时间的变化规律。结果表明,提出的理论方法合理考虑了土体的原位力学特性、沉桩效应及沉桩结束后土体有效应力的变化,因而可以较好地预测静压桩的时变承载力。该研究成果为合理确定黏土中静压桩承载力提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

考虑超静孔隙水压力消散的管桩承载力时效性研究

沉桩引起的超静孔隙水压力消散是产生管桩极限承载力时效性的主要因素之一。结合天津东疆保税港区物流加工区二期工程,利用有限元模拟分析沉桩后超孔压的消散规律及管桩的极限承载力随时间变化的规律,提出吹填土中管桩时效承载力公式供工程参考使用,并进行吹填土现场各测点沉桩过程及沉桩后孔隙水压力的监测,验证模拟结果的同时探讨超静孔隙水压力的分布及消散规律。模拟得到沉桩后桩底超孔压随时间消散, 20d后消散率达到97%; 管桩的时效承载力随时间增长,并与超孔压的消散有着明显的对应关系; 得到吹填土中管桩承载力的时效公式以供工程参考使用。现场孔压监测表明深度增加,超孔压增大; 离桩越近,超孔压越大; 土层渗透系数越小,超孔压消散越慢。施工对土体的有效影响范围为9~10倍桩径。     

静压桩承载力时间效应的研究进展

由于静压桩沉桩后桩周土重塑,静压桩承载力表现出随着休止期的延长而增长的特性。本文从静压桩沉桩后桩周土体内孔隙水消散固结的角度出发,对静压桩承载力时间效应的理论和试验分别进行归纳,结合孔隙水消散路径及固结模型,对桩周土体初始超静孔隙水压力大小及其分布特征进行总结,分析承载力各种测试方法的优缺点,对静压桩承载力的时效性进行深化研究,并探讨了不同地质条件、不同桩的类型对休止期内静压桩承载力的影响,进一步对基于实测数据得出的经验公式进行总结。讨论了基于不同本构关系模型的应力场及位移场解答和沉桩后孔隙水压力消散解答,在此基础上总结了桩基极限承载力理论公式;探讨了黏性土、砂土条件下,考虑超固结比、不排水抗剪强度和塑性指数比对桩基极限承载力系数A的影响,在此基础上归纳了桩基极限承载力经验公式。建议在经验公式基础上设置多重参数,以提升经验公式的精确度,并完善对不同桩、土类型的参数解答;利用BP神经网络,导入静压桩承载力相关参数,以得到针对不同地质条件、桩型、休止期的承载力最优解。     

双向渗流下考虑应力时空效应的组合桩复合地基固结理论研究

碎石桩和不排水桩联合使用的组合型复合地基,既可以提高地基承载力,又可以加快土体固结,对处理饱和软黏土地基有很高的应用价值。基于双向渗流的轴对称固结计算模型,考虑中心及外围碎石桩的体积压缩、桩体施工的扰动效应,建立了组合碎石桩-不排水桩复合地基固结微分方程,采用解析法推导了附加应力随时间和深度变化下的组合桩复合地基固结解析解,包括碎石桩、桩间土的平均超静孔隙水压力解和复合地基整体平均固结度解。进行退化研究,并与已有解分析对比;验证了此解的正确性,且通过参数分析研究了复合地基的固结性状。结果表明：复合地基底部附加应力越小、碎石桩与不排水桩布置越密集,固结越快;碎石桩施工的扰动效应对复合地基影响大于不排水桩;忽略碎石桩体积压缩的影响会高估复合地基固结速率,且桩径比越小,误差越大;理论解预测的复合地基固结度与实测值拟合性较好。     

水平荷载下纵截面异形桩承载特性试验

针对纵截面异形桩（扩底桩和楔形桩）、等混凝土用量常规等直径桩的水平向承载特性进行对比模型试验研究,测得不同水平荷载等级下扩底桩和楔形桩的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等变化规律特性;初步探讨3种桩型的水平极限承载特性和桩侧土压力分布规律。考虑纵向截面异形效应,基于水平土抗力与水平位移（p-y）曲线法建立纵截面异形桩水平向承载特性理论计算方法,进一步分析弯矩分布规律,并开展影响因素分析。研究结果表明,在当前试验条件下,等混凝土用量楔形桩的水平向承载力比等直径桩的高,砂性土和黏性土中楔形桩水平向极限承载力约分别为等直径桩的1.25倍和1.33倍。相关研究成果可为今后类似土层下水平受荷纵截面异形桩的设计与计算提供参考依据。     

基于黄河冲洪积地层试桩试验优化 桩基承载力设计的研究

以山东东营某工程为例,基于黄河冲洪积地层试桩试验成果,对试桩试验、试桩单桩极限承载力实测值与预估值相差较大（6.36%～20.19%）的原因进行分析。建立在相同桩顶标高（-5.7 m）条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高（可以换算成桩长）的关系曲线,对工程桩桩基承载力设计方法进行优化。根据桩基检测结果,优化后的工程桩在相同桩长、桩径条件下单桩极限承载力实测值与预估值承载力相比提高约10%,达到发掘地质条件的潜力、减少桩数、节省工程造价的目的。相关试验方法、优化桩基承载力设计的方法可为类似地质条件的工程设计及建立区域桩基承载力数据库提供借鉴。     

静钻根植竹节桩桩端承载性能试验研究

静钻根植竹节桩是由预制竹节桩和桩周水泥土所构成的一种新型组合桩基,它主要通过桩周水泥土改善桩-土接触面摩擦性质以及桩端水泥土扩大头改善桩端承载性能。通过现场静载试验对静钻根植竹节桩桩端承载性能进行研究,并采用传统桩端沉降计算公式对其桩端沉降进行计算;通过模型试验对竹节桩桩端与水泥土扩大头相对位置不同的试桩桩端承载性能进行研究。结合现场和模型试验可以得到：桩端水泥土扩大头可以改善静钻根植竹节桩桩端承载性能;当竹节桩桩端位于水泥土扩大头中间位置时,静钻根植竹节桩桩端承载性能最好;可以用传统桩端沉降计算公式对静钻根植竹节桩桩端沉降进行计算,且当竹节桩桩端位于水泥土扩大头中间位置时,理论计算与实测曲线几乎完全吻合。     

成层软土地基预固结处理后桩基水平承载力估算方法

目前通过对软土地基预加固处理来提高桩基水平承载力已被工程界认可,但如何在工程前期设计过程中估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值仍是技术难点。基于此,参考Bowles[1]的地基土水平抗力计算式,同时考虑成层软土地基预排水固结处理影响,通过数学推导,推求出根据原状软土室内土工试验抗剪强度指标及预加固处理时间,估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值的实用计算方法。考虑桩侧土弹塑性屈服影响,推导出成层软土中水平受荷桩弹塑性解析解及塑性区深度的计算式,给出了桩顶水平位移、桩身最大弯矩的无量纲计算式及相关计算源代码。依托于浙江省某水闸桩基工程案例,根据提出的计算方法对桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等性状进行预估计算,并与地基预处理前、后现场试桩检测值进行验证对比,认为桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等预估计算成果与工程现场试桩的检测值较接近,对类似工程设计具有较好的参考价值。     

不同成桩工艺条件下冻结粉土中基桩承载性状试验研究

桩基础作为冻土工程中最适宜的基础形式,主要采用插入桩、静压桩和灌注桩三种桩型,因其成桩工艺不同对冻土地基及桩基自身造成的差异不一。为研究不同成桩工艺对冻土地基及基桩承载性状的影响,通过开展室内-1.5 ℃条件下单桩静载模型试验,分析在冻结粉土中不同成桩工艺对地温场、桩基极限承载力、桩身轴力以及桩侧摩阻（冻结力）的影响规律。试验结果表明：灌注桩对桩周地温场扰动剧烈,桩侧温度较高,地温变化幅度大。随着桩周土体的回冻,地温逐步降低,其中灌注桩桩侧降温速率最大;在承载力方面,2根灌注桩的极限承载力约为12.8 kN,静压桩为11.6 kN,插入桩极限承载力最小,仅为钻孔灌注桩的2/3。并对比4种不同成桩工艺的基桩在不同荷载条件下对应的沉降量,体现出成桩工艺对基桩沉降造成的差异性;随着桩顶荷载的逐级增加,桩侧摩阻（冻结力）和桩端阻力逐渐发挥作用,桩身上部1/3由于温度较低,致使桩侧摩阻（冻结力）较大,在10 cm深度附近温度最低,使桩侧摩阻（冻结力）达到最大值;并对比4种不同成桩工艺的基桩在荷载5.6 kN下轴力沿桩身的传递情况,发现静压桩更易把荷载传递到冻土区深层地基。     

不同竖向荷载作用下桩基水平载荷试验研究

石油化工装置具有高、大、重及对地基承载力和沉降变形要求严格等特点,宁波镇海某石油化工项目位于沿海软土地基,工程地质条件差,风荷载大,对桩基的水平承载力要求较高。为了取得符合工程实际情况的桩基水平承载力参数,在工作区内开展了不同桩径、桩长、桩顶竖向荷载作用下的预制方桩桩基的水平静载荷试验。试验结果表明,在桩顶自由条件下,单桩水平承载力随着桩径和桩长的增加而增大,但并非是线性增长,而是呈幂函数增长关系;单桩水平承载力随着桩顶竖向荷载的增加同样呈幂函数增长关系;群桩水平承载力大于单桩水平承载力之和。     

支承条件对单桩承载力影响的分析

对比5个工程14根不同桩长的试桩成果,发现同一场地、相同桩型的试桩,因为桩长、持力层不同,导致单桩承载力有较大差异,特别是支承在软粘性土持力层的承载力明显偏低。这种差异按现有规范和有关认识无法解释,说明对单桩承载机理的认识还不够深入、全面。举例对桩端支承条件、时间效应分别加以分析表明,当桩端持力层条件较差时,用动阻力（压桩力）或用A.S.Vesic的论述可以更好地解释摩擦单桩承载力明显偏低的现象。     

洛阳地区旋扩珠盘桩竖向承载力计算公式探讨

旋扩珠盘桩是在DX桩、挤扩支盘桩等基础上开发的一种新桩型,两者在外形和承载机制上存在一定的相似性。由于前者的珠盘由旋扩形成,对土体的挤压作用明显小于后者,因此,两者的承载性状存在差别。如果简单套用后者的公式计算前者的承载力,误差偏大,安全度难以保证,实践表明不可行。通过对洛阳一批工程50根旋扩珠盘桩试桩资料的分析,提出了洛阳地区旋扩珠盘桩承载力计算公式,可供工程应用时参考。     

JPP桩不同组合水平承载性能模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种新型复合材料桩,实现了刚性桩的效果、柔性桩的成本,在基坑支护等工程中得到应用,但其水平承载性能的研究落后于工程实践。为了研究不同组合形式的JPP桩水平承载特性,利用自主研制的桩基模型试验加载系统进行了4种不同组合形式下JPP桩水平载荷试验,研究结果表明：分段组合II的水平承载能力最高,上组合与分段组合I相近,下组合的水平承载能力最低,表明越多的分段组合呈现出整体承受水平荷载的能力。桩身最大弯矩出现在距离桩顶以下3~4倍芯桩桩径处,该部位相对薄弱,易发生破坏。地面下一定深度范围内的土体特性将直接影响着桩的水平承载能力。     

上海地区单桩水平承载力的若干影响因素研究

结合上海软土地区12个场地57根单桩水平静载荷试验,研究建筑桩基单桩在水平荷载作用下的受力特点。根据试验实测数据,探讨不同桩径、不同试验加载方法及灌芯对预应力空心桩受力性状影响等因素,认为建筑工程中,可选择桩径较大或者采用在桩顶一定范围内扩大桩径的做法进行单桩水平承载力优化设计,试验加载方式建议可采用单向单循环恒速水平加载法,预应力空心桩顶部灌芯可作为水平承载力的安全储备,为软土地区类似工程的单桩水平承载力的设计和理论研究提供参考。