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。     

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。     

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。     

考虑桩周剪切效应的单桩荷载传递机制分析

桩的存在使桩周土的竖向有效应力不等于上覆土自重应力与上部外加荷载的简单叠加,原因是桩-土相对刚度导致桩-土接触面上产生竖向剪切。通过平衡分析法,得到不同荷载形式下桩周土竖向有效应力、桩侧正（负）摩阻力、总侧摩阻力和轴力（下拽力）的计算方法,根据已开展的饱和黏土中单桩的负摩阻力试验,验证了公式的合理性,证明了考虑竖向剪切效应的必要性。通过计算分析可知：桩周土竖向均布荷载作用下,桩-土竖向剪切效应削弱了桩周土竖向有效应力、桩侧负摩阻力和桩身下拽力,剪切效应的控制参数?分别取-0.01、-0.02和-0.04时,靠近桩端的桩侧负摩阻力分别为? = 0时的91%、83%和71%,靠近桩端的桩身下拽力分别为? = 0时的93%、87%和76%。由于下拽力受截面几何参数影响,其折减程度略小于桩侧负摩阻力。因此,桩周土表面均布荷载作用时,忽略桩-土竖向剪切效应可能高估由下拽力引起的桩顶沉降。     

加载次序引起的负摩阻力桩摩阻力分布的变化

简要分析了加载次序对于负摩阻力桩基桩土相互作用影响的机理。采用有限元方法计算比较了这种差异。计算结果表明,加载次序的变化会引起桩身摩阻力分布、中性点位置和下拉力的变化。桩身摩阻力的分布差异主要是桩身上部负摩阻力的大小,负摩阻力先出现时的负摩阻力值较小,这种状况在各级桩顶荷载下不会改变。负摩阻力先出现时,中性点的位置比较低,两者的差距随着桩顶荷载的增大而变得加大。负摩阻力先出现时下拽力小于桩顶荷载先施加的情况。这对于负摩阻力桩基检测的研究和应用是有益的。     

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。     

刚性桩复合地基中性面深度与桩土应力比计算

刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比的简化计算主要基于桩侧摩阻力线性分布假设,当桩身较长时,桩端侧摩阻力的计算值会远大于实际值,致使中性面深度及桩土应力比的计算结果与实际差别较大,故有必要对线性分布模式予以修正。据此将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,考虑负摩阻力作用及桩上、下刺入变形,根据褥垫层-桩-土变形协调关系推导了刚性桩复合地基中性面深度、桩顶面桩土应力比、中性面桩土应力比计算公式。最后通过模型试验与工程实例验证,计算值与实测值吻合较好。     

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。     

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。     

堆载作用下桩体弹性模量对负摩阻力性状的影响

简要分析了桩体弹性模量对于桩体负摩阻力特性的影响机制。低弹性模量桩身压缩是桩顶位移的主要组成部分。在这种情况下桩身压缩对桩的荷载传递影响很大。在复合地基中常用的低刚度桩的桩-土相互作用分析中应当考虑桩身压缩的影响。有限元分析表明,影响桩体负摩阻力特性的桩体弹性模量存在一个临界值,当桩体弹性模量大于此值时,可以忽略桩体弹性模量对桩体负摩阻力性状的影响;桩体弹性模量小于此值时,桩身压缩变形增大,会造成中性点位置上移,桩身中最大附加应力降低。这些变化随着桩体弹性模量的降低而加剧     

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。     

Skin friction features of drilled CIP piles in sand from pile segment analysis

Numerical pile segment analysis is conducted in this study with an advanced soil model to investigate the skin friction behaviour of a drilled Cast‐In‐Place (CIP) pile installed in sand. Although the interface between the sand and pile is considered rough, thin elements adjacent to the pile are used to include effects of localized shear. Unit weights of fluid concrete and accompanied changes in stress are considered as the effects of pile installation. Changes in effective stresses are the most prominent effect due to pile installation with a change in direction of the major principal stress from the vertical to the radial direction. Shear behaviour of the sand at the interface during the early shear stage is related to the contractive tendency of the sand at small strain levels. Changes in the stress field around the pile with little changes in volumetric strain take place during the early shear stage. Stress redistributions during the early shear stage depend on the direction of the major principal stress before shear. Results of the pile segment analyses for drilled CIP piles show good agreement with design methods. Parametric studies are used to characterize the effects of sand density and pile diameter on the skin friction behaviour of drilled CIP piles. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

考虑土拱效应的悬臂式抗滑桩最大桩间距确定

合理桩间距的确定是抗滑桩设计的重要内容之一。认为抗滑桩的抗滑能力主要来自桩身迎荷面的阻滑能力和桩侧的阻滑能力这两个方面。在假定抗滑桩这两方面的阻滑能力均充分发挥的基础上,从桩侧摩阻力与桩后土拱极限剪切作用厚度范围内的摩阻力与拱后滑坡推力之间的静力平衡条件出发,基于Mohr-Coulomb强度准则,简化摩阻力的分布形式,建立悬臂式抗滑桩桩间距的计算公式。在此基础上,进一步研究了滑坡体的黏聚力、滑坡推力及抗滑桩的截面尺寸等因素对桩间距的影响。参数分析结果表明：桩侧阻滑能力在整个抗滑桩的抗滑能力中占有重要比例,且主要受桩侧面宽度控制;滑坡土体的黏聚力、内摩擦角,桩截面宽度等因素对抗滑桩最大桩间距具有较大程度影响。     

Stresses due to vertical subsurface loading for an inhomogeneous cross‐anisotropic half‐space

In this article, we present the solutions for the stresses induced by four different loads associated with an axially loaded pile in a continuously inhomogeneous cross‐anisotropic half‐space. The planes of cross‐anisotropy are parallel to the horizontal surface of the half‐space, and the Young's and shear moduli are assumed to vary exponentially with depth. The four loading types are: an embedded point load for an end‐bearing pile, uniform skin friction, linear variation of skin friction, and non‐linear parabolic variation of skin friction for a friction pile. The solutions for the stresses due to the pile load are expressed in terms of the Hankel integral and are obtained from the point load solutions of the same inhomogeneous cross‐anisotropic half‐space which were derived recently by the authors (Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2003; 40 (5):667–685). A numerical procedure is proposed to carry out the integral. For the special case of homogeneous isotropic and cross‐anisotropic half‐space, the stresses predicted by the numerical procedure agree well with the solutions of Geddes and Wang (Geotechnique 1966; 16 (3):231–255; Soils Found. 2003; 43 (5):41–52). An illustrative example is also given to investigate the effect of soil inhomogeneity, the type and degree of soil anisotropy, and the four different loading types on the vertical normal stress. The presented solutions are more realistic in simulating the actual stratum of loading problem in many areas of engineering practice. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

抗滑桩应变特征与内力非线性研究

为探究抗滑桩实际内力与变形间的规律,特别是桩土相互作用下桩体受力、变形、稳定性等特征,通过抗滑桩大型物理模型试验,结合MATLAB拟合推导实现从桩表面应变散点数据到桩身挠度分布的求解。对比同桩长不同加载条件与同加载条件不同桩长两种情况下桩表面应变、桩身弯矩、剪力及挠度,分析抗滑桩的应变特征与内力变化规律。研究表明:单调与循环加载条件下抗滑桩工作阶段划分为三阶段,即未开裂阶段、混凝土开裂-钢筋屈服阶段、钢筋屈服-桩体破坏阶段。未开裂阶段一、二级荷载下由于土的压密性桩体略微回弹,桩表面应变、桩身弯矩、受荷段剪力及挠度出现较小的负值（绝对值约为破坏时的1%）。混凝土开裂-钢筋屈服阶段应变、弯矩、剪力、挠度增速明显加快。钢筋屈服-桩体破坏阶段应变、弯矩、剪力、挠度呈非线性增长,桩体的破坏模式均为弯剪破坏。随着自由端长度的增加,破坏时应变、弯矩增大,而剪力减小,破坏时应变增长约10%,弯矩增长约3%,剪力减少约20%;相对于单调加载,循环加载下最大弯矩值和最大挠度均有增大,最大弯矩增长约2%,最大挠度增长约1%。     

桩土接触面单元参数分析

桩的抗拔特性与接触面的特性密切相关，正确选定接触面的力学参数对于分析桩的抗拔机理有重要意义。根据桩土接触面点面接触模型和库仑摩擦变形原理，在10组土－结构（钢、混凝土）剪切摩擦试验分析的基础上，对桩土接触面摩擦参数的取值问题进行了研究，得到了一些结论，对于桩土接触面力学参数正确取值有一定的参考价值。     

刚性桩复合地基的主动土压力分析

桩足够长、桩间距不大于6倍桩径的刚性桩复合地基中,在桩间土内部的剪切力和桩土间摩擦力共同作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,且随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增加。基于刚性桩复合地基的这一特点,紧邻刚性桩复合地基开挖基坑且基坑底高于刚性桩桩底时,得出刚性桩复合地基上的附加荷载作用在支护结构上的主动土压力可以简化为倒三角形,最大主动土压力作用在刚性桩桩顶平面与支护结构相交处,随深度增加,主动土压力迅速衰减至0。实践表明该计算方法比较符合工程实际。