PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

河北唐山曹妃甸地区混凝土管桩承载力试验研究

文章通过在预应力高强混凝土管桩(PHC)桩周各土层界面处埋设应变式钢筋计的静载荷试验,研究软土地基PHC管桩的单桩竖向极限承载力,分析了桩侧阻力、桩端阻力的分布规律。认为:(1)当第一层土为尚未完成自重固结的土层时,其土层范围内桩侧阻力值非常小;(2)桩身轴力自上而下传递,土层提供的桩侧阻力存在深度效应;(3)试桩表现为典型的端承摩擦桩性状,桩端阻力占荷载比重不超过5%,考虑桩顶相对位移对桩端阻力的发挥作用,引入桩顶位移修正系数后,利用规范公式计算结果与试验结果较接近。     

砂土中不同管桩桩型承载性能的对比试验研究

通过室内模型试验研究砂土地层中不同成桩工艺管桩基础的竖向承载性能,对比分析随钻跟管桩与传统锤击法管桩、中掘法管桩在受力行为与荷载传递机理上的差异,并探讨管桩填芯对随钻跟管桩承载性能的影响。试验结果表明,在砂土地层中,随钻跟管桩的单桩极限承载力较中掘法管桩提高19%以上,由于文中模型试验锤击法管桩的挤土效应较小,故其承载力最低;桩侧注浆提高侧摩阻力的效果要好于挤土效应,中掘法管桩存在的桩端水泥土扩大头对侧摩阻力的发挥有增强作用;相同桩侧注浆条件下桩芯填芯有助于提高随钻跟管桩的极限承载力和侧摩阻力;3种管桩桩型均为端承摩擦桩,极限状态下中掘法管桩和随钻跟管桩的端阻力比约为29%,随钻跟管桩的端阻力比与现场足尺桩（桩径为1 m,桩长15 m）的高应变动力测试结果较为接近。     

PHC管桩水平承载力试验研究

在统计福州地区56根预应力高强混凝土（PHC）管桩单桩水平静载荷试验资料基础上,结合《建筑桩基技术规范》规范推荐的m法计算,讨论了福州地区PHC管桩的水平承载力取值问题。对不同桩型的单桩水平静载试验进行m值反算,与规范推荐的m值相比较,探讨了福州地区不同桩周土层的m值取值范围。用规范推荐的两种力学模型分别计算了某试桩的弯矩曲线,与ABAQUS有限元软件模拟得到的弯矩曲线对比,验证了规范推荐的两种模型的适用性。结果表明,本地区采用m法确定PHC管桩的单桩水平承载力是适用的;上覆填土层的物理力学性状对淤泥层中PHC管桩水平承载力影响较大,宜采取规范附录中的“桩端支撑在非岩石类土中或基岩面”的模型计算本地区PHC管桩的水平承载力。     

软土地区扩孔灌浆预制管桩承载力研究

对软土地区的管桩竖向承载力试验成果进行了统计分析,研究表明：逾70%的管桩实际采用的竖向承载力不足管桩桩身强度的50%,未能充分发挥管桩桩身材料具有较高强度的优势。开发了适用于软土地区的扩孔灌浆管桩专利技术,通过在桩端设置尺寸大于桩身外径的端板,实现沉桩的同时在桩周形成大于桩身外径的空间,并利用管桩余浆等胶凝材料在此空间进行注浆形成扩孔灌浆管桩。对13根试验桩进行竖向抗压、抗拔和抗水平力足尺试验,表明该工艺可显著提高管桩桩端和桩侧土的阻力,以提高管桩的竖向承载力和抗侧移刚度,并在某重点工程中进行了应用,取得较好的社会经济效益     

软黏土中超长预应力高强度混凝土 管桩竖向承载特性试验研究

港口码头工程建设将向外海开敞式发展,由于工程地质条件日趋复杂,在超厚软黏土地基上建设高桩码头面临重大难题。因持力层埋深较深,预应力高强度混凝土（PHC）管桩成为设计首选的超长桩基础型式。针对某军用码头85 m设计桩长的试桩进行了试验和数值计算,分析了超长PHC管桩承载力机制与传递规律,基于传递函数法提出改进的双曲函数计算模型,并对垂直静载试桩进行计算。结果表明：桩身轴力和桩顶位移的计算值与实测值吻合较好,证明提出的双曲线模型能够反映轴向承载PHC管桩桩-土相互作用实际情况,能够为软黏土中超长PHC管桩基桩设计提供依据。     

随钻跟管桩竖向承载性能原位试验与室内物理模拟试验对比研究

随钻跟管桩(简称DPC桩)是一种钻孔-沉桩-排土同步进行的无泥浆排放的节能环保型大直径(800～1 400 mm)新型非挤土PHC管桩。开展了现场原位试验、理论计算分析及物理模拟试验,对比分析了这种新桩型的承载性能优势、桩侧摩阻力分布特征、荷载传递特性。得到如下结论:(1)原位静载试验中,DPC桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩,桩侧摩阻力占比高达67.84%～72.85%,DPC桩的承载性能与注浆效果密切相关,相对于同等条件下的钻孔灌注桩、锤击法管桩,其竖向承载力分别提高了33.42%、23.16%,DPC桩的桩底沉渣厚度较小时,其荷载-位移曲线为缓变形(1号桩),否则为陡降形(2号桩);(2)室内物理模型试验中,各桩型均未嵌岩条件下,DPC桩、钻孔灌注桩、锤击法管桩3种桩型的荷载-位移曲线均为陡降形,DPC桩的承载力相对于钻孔灌注桩提高了18.60%;(3)不同的成桩工艺下桩的摩阻力差距较大,随钻跟管桩的桩侧摩阻力最大,钻孔灌注桩次之,锤击法管桩最小,这与物理试验钻孔灌注桩桩侧模拟泥皮密切相关;所有桩型桩侧摩阻力沿桩身深度分布规律均表现出了两头小中间大的规律;随着荷载增加,桩侧摩阻力逐渐下移,直至桩基破坏;(4)模型试验中随钻跟管桩桩侧摩阻力为6 061.65 N,占其极限承载力(8 147.62 N)的74.40%,模型试验同样得出随钻跟管桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩。     

扩底桩桩端承载机制初探

桩端承载力是扩底桩承载力的主要组成部分,如何定性、定量地评价其承载机制是扩底桩设计的关键。通过扩底桩的模型试验,对扩底桩桩端承载机制进行了探讨分析,得出了以下结果：扩底桩承载力的大小受桩端阻力的发挥程度控制。扩底桩桩端承载力和桩周摩阻力发挥的不同步程度要比非扩底桩的显著。扩底桩桩端极限破坏形状与非扩底桩的不同,类似于逆向的锚板基础破坏形状。由于扩底部的存在,使得桩端地基承载力强度有所下降;在扩底桩桩端承载力设计计算时,必须进行因扩底引起桩端承载力降低的修正     

下伏空洞桥梁群桩桩端岩层极限承载力计算方法研究

为探究下伏空洞桥梁群桩桩端岩层的承载机制和破坏模式，进行了单桩及不同桩数群桩的室内模型试验研究，得到了不同桩数群桩桩端岩层的极限承载力和破坏模式。根据下伏空洞桥梁群桩桩端岩层破坏模式的特点将破坏面分为两个部分，结合极限分析法提出了下伏空洞桥梁群桩桩端岩层极限承载力计算方法，理论计算值与室内试验值吻合良好，验证了计算方法的合理性。同时分析了桩端岩层极限承载力随桩数增加的变化规律，可为岩溶区桥梁桩基工程建设提供参考。试验及理论计算结果表明：（1）下伏空洞群桩桩端岩层发生整体冲切破坏时，破坏体整体可视为与单桩破坏体等效的大型墩基；（2）当桩间距较小时，群桩桩端岩层极限承载力随外围基桩外包络线长度增大而增加，当外包络线长度相同时，内部基桩布置方式对群桩桩端岩层极限承载力无影响；（3）群桩效应系数随桩间距的增大而增加，临界桩间距为5d～6d(d为桩径)。     

新型带肋预应力管桩承载性能研究

采用静载荷试验和ABAQUS有限元模拟相结合的方法进行了新型带肋预应力管桩承载性能的研究。对外径相同（500 mm）的直型桩与带肋桩的现场静载荷试验结果进行了对比研究,结果表明,带肋桩的极限承载力较直型桩提高13.10%。分析了肋部厚度、肋部间距等桩型参数对新型带肋管桩承载性能的影响。提出新型带肋预应力管桩极限承载力的建议计算公式,为今后新型带肋预应力管桩的大规模应用提供参考。     

软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

固底管桩单桩承载力的研究

通过现场对预应力管桩底部采用高压旋喷法进行加固这一新的施工工艺试验,探讨预应力管桩桩端为水泥土情况下的受力机理及提高管桩端阻力和单桩极限承载力的效果,并探讨其在天津地区的适用性。     

预应力管桩—水泥土搅拌桩组合法加固软土地基

由预应力混凝土管桩、水泥土搅拌桩及桩间土组成的复合地基，其承载力是由桩和桩间土共同分担的。通过预应力混凝土管桩和水泥土搅拌桩的施工，实现对桩问土的挤密加固，可充分发挥和利用地基土的承载潜力，有效地解决软土地基承载力不足的问题。本文结合工程实例，采用多种试验测试方法对这类复合地基进行检测和分析，表明：在一定地质条件下，混凝土管桩-水泥土搅拌桩复合地基不失为一种节约投资、行之有效的软基处理方法。     

光纤光栅传感技术在PHC管桩中不同埋设工艺试验研究

通过在同一现场针对光纤光栅传感技术在预应力高强混凝土管桩（PHC桩）测试中的应用,采用桩身表面开槽和桩身内植入的两种不同埋设工艺,进行了PHC管桩的贯入对比试验,比较了两种埋设工艺的桩身应力分布情况、桩端阻力的异同,试验研究发现:两种埋设工艺桩身轴力都随贯入深度增加而减小,桩身轴力传递速度相近,都具有相近的斜率,采用桩身内植入埋设工艺小于采用桩身表面开槽埋设工艺桩端阻力测试数据,但两者的相差幅度较小。PHC管桩桩身植入的埋设工艺光纤光栅传感器存活率较高,数据可靠,可以应用在PHC管桩的应力测试中。     

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。     

有孔管桩开孔应力集中系数试验研究

有孔管桩能够有效减轻静压沉桩挤土效应,加速超孔隙水压力的消散并降低其最大值,随着超孔隙水压力的加速消散,能够有效避免桩体上浮和偏移等不利情况,并能有效提高整体桩基的承载力和开挖基坑的稳定性。但桩身开孔将会引起管桩应力集中现象,并降低管桩极限承载力。为此,开展了有孔管桩应力集中现象和极限承载力模型试验,分析了桩身开孔所引起的应力集中系数和开孔对桩极限承载力的折减情况。通过试验研究,得出对称开孔桩型的整体承载力性能优于不对称开孔桩型,其中星状有孔管桩桩型的承载能力最好。试验成果为有孔管桩的设计和布孔选型提供了试验基础,并对其优化设计提供依据,对有孔管桩的推广应用有着积极的指导作用。     

PHC管桩静载荷试验破坏模式初探

通过对PHC管桩静载荷试验曲线形态、Q－S曲线特征点和桩顶柔度分析，归纳出几点地基破坏和桩身破坏的不同特征，提出一种预测单桩极限承载力的方法。     

嵌岩桩承载变形特性的数值分析

嵌岩桩的单桩极限承载力高,现场试桩试验加载至极限状态代价和难度均较大,试验取得的数据较难全面反映嵌岩桩的承载变形特性。基于武汉绿地中心嵌岩桩试桩试验成果,采用ABAQUS有限元软件建立桩-土-岩共同作用模型,分析了基岩岩性、嵌岩深径比以及上覆土层厚度等对嵌岩桩承载变形特性的影响。数值计算表明,基于合理的本构模型、合理地参数取值,采用有限元方法对嵌岩桩试桩试验开展模拟分析,可以取得较为合理的拟合结果。基岩岩性、嵌岩深径比、上覆土层厚度对嵌岩桩的承载变形特性均有较大的影响。基岩岩性和嵌岩深度对上覆土层段侧摩阻力的发挥影响不大。嵌岩段的承载力是嵌岩桩总承载力的主要组成部分,但对穿越深厚上覆土层的嵌岩桩,上覆土层段桩侧摩阻力是嵌岩桩总承载力的重要组成部分,不应忽视。     

静压管桩桩-土作用机制及其竖向承载力确定方法

为深入研究静压管桩桩土的作用机制及其竖向承载力的确定方法,以长春地区建筑工程使用的静压管桩为例,采用数值模拟方法和桩的载荷试验,分析了桩对桩周土的挤压作用以及桩端阻力变化规律。结果表明：桩被压入土体过程中,主要受到桩侧摩阻力和桩端阻力的作用,并造成桩周及桩端附近土体受到挤压而变形;随着桩入土深度的增加,桩顶荷载逐渐增大,而且桩径越大,相应深度的桩顶荷载就越大;同时,随着桩入土深度的增加,桩端阻力在单桩竖向承载力中的比例有规律地下降。根据桩端阻力在单桩承载力中所占比例与入土深度的关系,提出了静压管桩单桩承载力特征值的计算方法;对比建议公式和经验公式计算结果,其比值为0.57~1.26,两者结果接近。因此,文中所提出的单桩承载力特征值的确定方法是可行的。     

PHC管桩在湿陷性黄土中的应用

结合工程实例,对高强预应力混凝土管桩(PHC)在湿陷性黄土地区的应用进行了理论计算及试验研究。结果显示,在考虑土塞效应后,根据规范公式计算的单桩极限承载力值偏于保守。此外,根据单桩静载荷试验,验证了当Q-S曲线为缓变型时,采用多项式拟合法推测单桩竖向承载力标准值以及采用S-lgQ法确定单桩总极限侧阻力值的方法,与实际情况较为吻合。