砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

桩侧注浆抗拔桩离心模型试验与原位测试分析

通过离心机模型试验研究了注浆对接触面特性、抗拔桩荷载-位移曲线及桩侧摩阻力的影响,揭示了注浆提高桩身侧摩阻力发展规律和抗拔承载机制,并进一步将离心机模型试验的结果与原位试验结果进行了对比分析。研究表明,注浆桩侧摩阻力的发挥呈现一个渐进过程,桩身上部极限摩阻力率先发挥,并逐渐向中下部发展;注浆后桩侧极限桩侧摩阻力得到提高,而发挥极限状态所需的桩-土相对位移减小,上拔加载过程中,桩侧上部和下部极限摩阻力增幅较大,中部增幅较小。离心与现场试验一致表明,桩侧注浆显著提高了桩的抗拔刚度及极限承载能力。     

北京通州地区深厚砂层后注浆灌注桩抗拔系数试验分析

北京市通州地区某工程场地情况为深厚砂层,从该工程的单桩竖向抗压及抗拔静载现场试验,选取两个试验区各3根桩身全长桩侧后注浆灌注抗拔桩和桩身全长桩侧及桩端后注浆灌注抗压桩为研究对象,首先对试验桩的现场试验数据进行处理,得到各试验桩的侧阻力曲线;其次对抗拔桩与抗压桩在极限荷载下侧摩阻力的发挥情况进行比较,简要分析了砂土地基中抗压桩与抗拔桩的桩周各土层侧阻力随荷载增加而变化的受力特性;再以抗拔与抗压试验桩各土层的极限侧摩阻力之比,计算抗拔桩各土层的抗拔系数,并对各土层抗拔系数的取值范围与随深度变化规律进行了详细分析。厚砂层试验计算结果表明,两试验区抗拔桩的抗拔系数范围分别是0.34~0.67和0.31~0.63,其中试验桩桩周中上部土层的抗拔系数范围分别是0.51~0.67和0.51~0.63,桩身下部土层侧阻力发挥不充分,抗拔系数均小于0.5。该试验成果可为此地区深厚砂层抗拔桩的设计和理论研究提供参考。     

基于极限承载力试验的扩底抗拔桩承载特性数值模拟分析

基于天津于家堡南地下车库工程扩底桩抗拔极限承载力试验,结合数值模拟手段对扩底桩抗拔承载特性、破坏模式和受力机制开展了分析研究。计算分析表明,扩底桩（有效桩长19 m）相比等截面桩抗拔极限承载力提高约50%,材料增加仅8.5%,扩底桩扩大头周边土体提供的抗力显著提高了抗拔承载力;荷载较小时抗拔力主要由等截面段侧摩阻力提供,扩头段抗拔力占桩顶加载的比值随加载近似呈线性增加;扩底桩等截面段沿桩土界面先发生剪切破坏,扩头段周边土体后发生受压破坏,抗拔承载力达到极限;扩头段位于同一土层时,不同桩长扩头段提供的极限抗拔力相差不大,桩长越长,扩头段抗拔力贡献率越低;扩头段抗拔力主要由自重、扩头段法向力竖向分力和侧摩阻力组成,其中法向力竖向分量提供了扩头段的主要抗拔力,占扩头段总抗拔力约70%。     

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

刍议相关规范中关于单桩承载力计算的几点疑惑

国内相关规范中单桩抗压承载力设计计算方法分为特征值法及极限值法两类,单桩承载力均通过桩侧阻力与桩端阻力直接相加的方法得到,在概念及理论上均存在着不完善之处,主要原因是桩侧阻力与桩端阻力的力学特性及对变形的要求不同、不能同步发挥所致。相对来说,极限值设计法更直接、更可靠、更准确,概念更明确,且易于与国际接轨,建议规范优先采用。不同规范根据抗拔试验结果求取单桩抗拔承载力的计算方法存在矛盾,建议求取时桩的自重按天然重度计算、不考虑水的浮力。建议相关规范对以下两种现象进行深入研究：桩长超过有效长度后,单位长度侧摩阻力将会降低;部分工程中得到的抗拔桩的抗拔系数远小于相关规范推荐值,尤其是桩长较长时。     

DX桩抗拔承载机理及设计计算方法研究

DX桩（挤扩灌注桩）具有良好的抗拔特性和广阔的工程应用前景。对DX桩与普通桩的抗拔承载特性进行了对比分析,探讨了DX桩的抗拔破坏模式,分析了DX桩的抗拔荷载传递机理及其主桩桩侧与支盘抗拔阻力沿深度的发挥特征。在此基础上,根据DX桩的构造特征,充分考虑主桩桩侧摩阻力和DX桩支盘或3n型分支周围土体摩阻力的影响,建立了极限状态下DX桩抗拔平衡方程,从而导得DX桩抗拔承载力计算公式;对公式中各计算参数的合理选取及相应的试验手段等进行了分析和讨论,给出了DX桩的抗拔设计计算方法与步骤。最后,对影响DX桩抗拔承载力的桩侧土体强度、支盘受荷面与水平面的夹角、支盘数量与间距以及成桩工艺等主要因素进行了定性的分析。     

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。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

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。     

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。     

Static Equilibrium of Screw Anchor Pile Under Lateral Load in Sands

The screw anchor piles are installed in ground by screwing which is done with the help of torque motors. In this paper, the lateral load capacity of screw anchor piles is examined through an experimental investigation carried on model piles embedded in dry sand. The tests were carried on screw anchor piles with different number of helices provided in continuation. Lateral loads were applied at different height above the soil surface. The embedment length of screw anchor piles was also varied to study the behaviour of screw anchor piles under lateral loads. Some tests were conducted on plain shaft pile to compare the lateral load capacity of screw anchor piles with that of plain shaft piles. An empirical equation for computation of lateral loads has been developed considering lateral resistance, bearing resistance, uplift resistance and lateral resistance offered by soil in pile on the basis of experimental results. A theoretical model for predicting lateral load capacity of screw anchor piles in dry sand, consistent with the experimental findings has been developed in this study.     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

扩底抗拔桩扩大头作用机制的数值模拟研究

在上海软土地区进行的足尺试验表明,采用小扩展角度的扩底抗拔桩能大幅提高承载力。由于没有对桩身轴力进行量测,仅凭现有的试验成果无法深入认识扩大头的作用机理。采用数值方法模拟足尺试验,通过拟合试桩中荷载-位移关系曲线,确定相关计算参数,以了解扩底抗拔桩上拔过程中扩大头抗拔阻力的组成部分及各部分在上拔过程中的变化规律,分析扩大头对抗拔承载力提高所起的作用,同时对扩大头扩径倍数、扩大头长度、扩展角度及扩大头持力层性质等主要影响因素进行了敏感性计算,可以分析这些因素的变化对承载力的影响。最后结合数值分析结果和工程实际要求对扩底抗拔桩的设计提出了建议。     

高喷插芯组合桩水平承载特性大尺寸模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种适用于软土地基的新型组合桩,能有效提高桩的竖向承载力,并取得了相当规模的应用。为了研究其水平承载特性,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型模型槽试验进行水平承载桩静载作用下的大尺寸模型试验。通过与普通圆截面灌注桩、加承台JPP桩的水平承载性能的对比,试验表明,JPP桩水平承载力较普通圆截面灌注桩提高了15%,桩身最大弯矩处在桩顶以下大约2 m处,桩侧土压力主要集中在上部2 m范围内土体。同时,试验表明加了承台后,JPP桩的水平承载能力有了大幅度的提高。利用规范推荐的基于m法的灌注桩水平承载力公式,对JPP的水平承载力进行了计算,结果与试验值基本吻合。其结果可以为类似土层下水平受荷JPP桩的设计与研究提供参考。     

粉质黏土中沉箱-桩复合基础水平向承载性能试验研究

为进一步研究沉箱-桩复合基础的水平向承载性能,开展粉质黏土中单桩、沉箱-桩复合基础在水平向荷载和竖向及水平向组合荷载作用下的系列试验,对沉箱-桩复合基础的水平荷载与位移关系、桩身弯矩、位移及土抗力分布规律及群桩效应等进行了研究。结果表明,在水平荷载作用下沉箱对桩顶的约束使桩身弯矩分布较桩顶自由情况要更均匀,并能有效地降低桩身弯矩、位移及土抗力,提高了基础水平承载能力;在同时作用有竖向和水平向组合荷载时,沉箱底摩擦力参与抵抗水平力作用、桩顶竖向力也有利于进一步提高基础水平承载力;试验获得了不同桩数、桩顶约束、荷载作用条件下的沉箱-桩复合基础群桩效应系数,对于桩距为6倍桩径的情况,桩与桩之间的相互影响很小。     

Discrete element analysis of uplift and lateral capacity of a single pile in methane hydrate bearing sediments

Methane hydrate (MH) is extensively found in outer continental margins where offshore infrastructures with pile foundations are also common. The presence of MHs significantly alters the mechanical properties of the host marine sediments, and therefore affects the behavior of piles inside. This paper presents an attempt to investigate the performance of a single pile in methane hydrate bearing sands in seabed using the distinct element method. A novel bond contact model was employed for sandy grains cemented by MHs at contacts, and calibrated from the triaxial compression tests on synthetic specimens of methane hydrate bearing sands. The response of the pile subjected to axial pullout loads and lateral loads was simulated under different subsurface conditions characterized by different saturation levels of MHs. The results show that the presence of MHs increases the uplift capacity of the pile by changing the failure mode of the soils from the perimeter failure to the conical failure. The uplift capacity of the pile significantly deteriorates as a result of de-bonding, while the onset of the rapid de-bonding triggers the softening of the uplift load. In addition, the lateral capacity of the pile largely increases due to the presence of MHs. The pile in methane hydrate bearing sands is considered flexible rather than rigid as a result of the increased deformation modulus of soils due to MH cementation between particles. The lateral load–displacement diagram of the pile in methane hydrate bearing sands is not as smooth as that in clean sands with an abrupt drop associated with the onset of de-bonding.     

土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定

为全面探究土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力,结合工程岩土参数及试验数据,运用Flac3D数值分析软件对其进行数值模拟分析,即可得到土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力。基于被动状态下的Kotter极限平衡方程式求解土层提供的抗拔力,根据岩石强度,基于Hoek-Brown破坏准则求解抗拔桩嵌岩端岩体的抗拉强度,从而可计算得到嵌岩端岩体的抗拔力;由静力平衡原理,叠加土层及嵌岩端岩体提供的抗拔力及破坏锥体重量,即可得到土岩组合岩体中嵌岩抗拔桩的极限承载力理论解析式。在嵌岩深度较小的情况下,该解析式的理论计算值与数值模拟分析值相接近,但随着嵌岩深度的增加,理论计算值会偏离数值计算值。故结合数值模拟试验值,对提出的极限承载力理论解析式作进一步的修正,得到修正后的极限承载力解析式能反映嵌岩端岩石风化程度、嵌岩深度、土层厚度、桩长对极限承载力的影响。运用修正后的解析式对该地质条件下不同抗拔桩的极限承载力计算表明：数值模拟结果与理论计算结果相吻合,说明所建立的抗拔桩极限承载力解析式的方法是可行的。同时,运用该方法可确定类似工程中嵌岩抗拔桩的极限承载力。