三种工况下扩底楔形桩承载特性模型试验研究

扩底楔形桩具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而,针对该桩型竖向及水平向承载力的定量模型试验研究相对较少。基于模型试验方法,开展砂性土中竖向、水平向荷载以及地面堆载等不同形工况荷载作用下扩底楔形桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力、侧向土压力、桩顶下拽位移以及桩身下拽力等分布规律;同时,开展等混凝土用量常规等直径桩的承载特性试验作为对比分析,初步探讨了两种桩型的受力机制与异同点。研究结果表明,试验条件下,扩底楔形桩的单桩竖向承载力约为等直径圆桩的2.33倍,表现出侧阻力和端阻力都优于圆形桩的特点;水平承载力约为等直径圆桩的1.48倍,上部直径较大和扩大头的存在提高了其水平承载性能;与等直径圆桩相比,楔形角的存在可有效降低桩顶下拽位移,可见把传统桩型转变成扩底楔形桩是降低负摩阻力对桩基影响的有效方法之一。     

分层地基中扩底桩抗拔承载力的计算方法研究

采用极限平衡法,利用幂函数形式的滑移面假设,推导出扩底抗拔桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式,并将计算结果和其他方法计算结果分别与室内模型试验和原位试桩结果作对比,分析后发现文中计算公式是几种破裂面假设及其计算公式集成的一种简化计算方法;密砂中取幂指数N=10,松砂中取N→∞的计算结果和室内模型试验结果是一致的;分层地基中的原位试桩具有明显的尺寸效应,应区分短桩(L/d<20)和中长桩(L/d>20);文中计算方法取N→∞,在短桩的计算结果和原位试桩结果一致,在深基础中长桩则需引入分层折减系数进行修正,分层折减系数在砂土中取0.5,黏土中取0.6是合适的。     

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%。     

扩底抗拔桩桩端阻力的群桩效应研究

通过颗粒流数值模拟,从桩端阻力随上拔位移的发展与桩端周围土体颗粒位移表现等角度,研究了扩底抗拔桩端阻力的群桩效应问题。研究比较了单桩（墩）与群桩（墩）的抗拔性状以及不同墩距下中心墩与边墩阻力随上拔位移发展的情况。研究表明,在归一化上拔量 0.1时,单桩（墩）与群桩（墩）的上拔特性无明显差别;此后,随着上拔位移的发展,单桩（墩）的上拔端阻力要大于群桩中的桩（墩）的端阻力,桩（墩）周围土体颗粒的相互影响开始显现。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩（墩）中中心桩（墩）的端阻力要略大于边桩（墩）。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩中边桩的桩端阻力较中心桩的要大,而群墩中边墩的墩端阻力较中心墩要小,体现了桩身侧限对抗拔桩群中端阻力发挥的影响。随着墩距的增大,在较大的位移量以后群墩才与单墩的受力有显著差别。     

五星形桩抗拔承载性能模型试验研究

五星形桩是一种新型的截面异形桩,是在圆桩基础上向内切割5个圆弧,形成截面类似五星形的一种桩型。利用自主研发的多功能桩基模型试验加载系统,砂雨法成桩,进行了4根五星形与圆形桩（周长最大化五星形桩F₁、周长面积比最大化五星形桩F₂、与F₂同截面周长的圆桩C₁、与F₂同截面面积的圆桩C₂）抗拔承载特性对比模型试验研究。试验结果表明:（1）五星形桩F₁与F₂的极限抗拔力基本相同,大圆桩C₁最大,小圆桩C₂最小。（2）大圆桩C₁的极限抗拔力是F₂的1.73倍,说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力产生了较明显的弱化。（3）小圆桩C₂的侧表面积是F₂的0.66倍,但其极限抗拔力是F₂的0.8倍,这进一步说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力有一定程度的弱化。但F₂的极限抗拔力是C₂的1.25倍,可见桩的截面形式由圆形转变为五星形可一定程度地提高抗拔承载能力。（4）抗拔侧摩阻力与上拔位移呈双曲线分布,仅需较小位移就可达到极值。     

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。     

上拔扩底基础与地基土体承载特性差异性分析

工程中多采用基础上拔静载试验中基础顶部荷载-位移曲线获取基础的承载力,忽略了基础周围土体的变形破坏过程,而实际工程中均是基础周围地基土体发生破坏。为研究扩底基础与其周围土体在抗拔承载特性方面的差异,以黄土地基中的9个扩底基础为研究对象,通过现场全尺寸基础的上拔静载试验,分别获得基础顶部与地表的上拔荷载-位移曲线,并进一步对基顶与地表处的荷载-位移曲线变化特征、抗拔承载力取值进行对比分析。结果表明,两处的荷载-位移曲线变化特征相似,相同上拔荷载作用下地表处的位移量均小于基础处位移量,差异以初始弹性阶段变形最为突出;两者在弹性极限荷载QL1取值方面,相差较大,但随着地基基础由弹性向塑性发展,差异逐渐减小,两者塑性极限荷载QL2取值基本相同。结合上拔扩底基础的破坏模式,分析出上述差异主要由于基础与周围土体之间变形不协调所致,加载初期基础顶部的上拔位移包括基础拔出量和上部土体压缩量,当上部土体压密后压缩变形消失,地基基础成为一个整体,上拔基础与周围土体的变形趋于协调。     

桩侧截面形式对扩底桩竖向抗压特性影响分析

针对常规楔形桩桩底进行注浆或夯扩施工形成的扩底楔形桩,具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而针对该新型桩竖向承载力提高幅度的定量试验研究相对较少。基于室内模型试验方法,开展两种桩周土(砂性土和黏性土)情况下扩底楔形桩竖向抗压承载力特性试验,测得桩顶荷载-沉降关系曲线,不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力的分布规律及分担比;同时,开展等体积混凝土用量情况下的常规扩底桩的竖向抗压承载力特性试验作为对比分析。研究结果表明,试验条件下,砂性土中,等混凝土用量扩底楔形桩的极限承载力约为常规扩底桩的1.25倍;黏性土中扩底楔形桩和常规扩底桩的极限承载力比砂土中分别提高了11.1%和66.7%。     

软土地基中扩底抗拔中长桩的极限承载力分析

扩底抗拔桩的研究和应用以短桩居多,并且大都以砂土或软岩为持力层,对于软土地基中扩底抗拔桩的承载力研究较少。基于扩大头局部剪切滑移面假设的极限平衡法,推导出扩底抗拔中长桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式;结合有关工程实例的原位试桩结果,对扩大头影响高度进行了确定,同时还探讨了所提出方法在超长桩中的适用性。研究结果表明,提出的简化分析方法能合理地揭示上海软土地区扩底抗拔中长桩的破坏机制,并获得承载力变化的一般规律。     

冻土中单桩抗拔承载力的模型试验研究

以新疆地区某高压输电线冻土桩基础受力分析为背景,在人工冻结条件下,进行了单桩的室内抗拔模型试验.研究了在不同冻结温度下,冻土中单桩在竖向上拔荷载作用下的承载力特性及其力学性状,分析了包括桩的轴力、桩土之间的冻结力沿桩身的分布规律,桩头竖向位移与荷载的关系,并且定量分析了冻结力和承载力与冻结温度的关系.最后,将分析结果与抗压桩进行了比较.成果可为西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

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     

浅覆盖层软质岩中抗拔桩承载特性现场试验研究

我国西部地区的电力工程正日益增加,浅覆盖层软质岩中抗拔桩在输电线路工程的杆塔基础设计中极为常见,而目前对此的相关研究相对较少,现行规范对软质岩层的桩侧摩阻力取值也有待完善。在广元市清江河南侧采用现场试验的方法研究了5根抗拔桩的承载特性,整理分析了Q-s关系曲线、桩身轴力分布和桩侧摩阻力发挥情况,得到了强风化砂岩和中风化砂岩的桩侧极限摩阻力标准值。拟合出软质砂岩的平均桩侧极限摩阻力与岩石单轴抗压强度之间的关系,进一步总结出抗拔桩极限承载力的预测公式,并将现行规范计算结果与现场试验测试结果作对比分析。结果表明,软质砂岩的平均桩侧极限摩阻力与岩石单轴抗压强度可用指数函数形式表示;强风化砂岩、中风化砂岩的桩侧极限摩阻力标准值分别为472、1 027 kPa,可为实际工程提供参考依据。     

砂土-风化岩地基中钻孔灌注桩抗拔承载力时效性研究

砂土及风化砂岩地基中钻孔灌注桩抗拔承载力的时效性研究至今尚无明确的研究成果,此方面的研究具有重要的意义。结合现场抗拔试验数据和灌注桩的施工工艺,对时效性机制进行了分析。结果显示,由于泥浆护壁所形成的过厚泥皮的影响,砂土及风化砂岩地基中钻孔灌注桩抗拔承载力的时效性十分明显,甚至比在黏性土地基中还要强,在前期承载力的增长较快,后期较慢。为了充分利用该类桩的抗拔承载力,建议适当延长试桩前的休止期。     

软岩地基中大直径布袋桩抗拔试验研究

西北地区深大基础工程日益增多,兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白,借助西宁火车站综合改造工程,引入大直径布袋桩技术,有效解决了基础抗浮和耐久性问题;选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验,最大加载量为9 060 kN;运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线,同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟,并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测;本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D;仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善,至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。     

用双曲线法预测挤扩支盘桩的极限承载力

双曲线法能够比较好地预测P-s曲线为缓变型的桩基的极限承载力。根据7根挤扩支盘桩的实测P-s曲线,用双曲线法预测了支盘桩的极限承载力。结果表明在极限加载范围内,双曲线法同样适用于挤扩支盘桩,拟合双曲线与实测的曲线比较吻合,预测的结果对工程实际有一定的价值。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

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。     

下部扩大段复合桩抗拔承载力设计方法与试验研究

下部扩大段复合桩是一种新型抗拔桩,采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析了下部扩大段复合桩抗拔作用机制,提出了该桩型单桩抗拔承载力理论模型及计算参数。结果表明：在一定上覆土层厚度条件下,下部扩大段桩侧阻力受到上端阻力作用的影响得到增强,试验条件下采用经验参数法进行计算时的发挥系数可达1.6;上部非扩大段抗拔承载力受到扩大段上端阻力的影响得到减弱,发挥度有所降低;上部非扩大段桩径相对扩大段较小时,仅可考虑扩大段桩侧阻力和上端阻力进行下部扩大复合桩抗拔承载力计算;通过与试验对比,验证了模型和理论方法的可靠性、实用性。该研究成果可供工程设计参考。