中美欧自平衡静载试验标准若干问题探讨

针对我国标准JGJ/T 403－2017、美国标准ASTM D8169/D8169M-18、欧洲标准ISO 22477-1:2018中自平衡静载试验标准的差异之处,对其加载系统、位移量测系统、位移稳定标准、终止加载条件等内容进行了比较探讨。美欧标准对荷载箱液压管布置的要求与我国显著不同。我国位移稳定标准明显严于欧美。对于桩身完整性,声波透射法等检出的荷载箱处异常不应直接判为桩身缺陷。通过环带式荷载箱的模型试验,证实了桩身断开面位置在液压缸缸套下缘、荷载箱上下桩身混凝土不会局部压碎。通过双荷载箱试桩现场测试,得出了桩身断开面土体填充率为50%～60%。给出了试验后荷载箱处注浆的建议,工程桩按要求注浆后可以正常使用。     

一种适用于室内模型试验的循环加载装置研制及试验研究

设计了一套适用于室内模型试验的循环加载装置,该装置主要由水平滑动系统、动力系统以及反力架系统组成,具有稳定可靠,制造加工成本低廉,且荷载幅值和频率可调节等优点。将装置输出的实测荷载与理论值进行对比,并利用该装置对海洋风机单桩式基础进行循环荷载试验研究,结果表明:实测荷载与理论值之间的拟合相似程度为91.3%,输出荷载稳定可靠;淤泥质软土地基中单桩式基础的位移在循环加载初期增长很快之后逐渐趋于稳定,桩后土体与桩分离形成间隙,桩前及桩侧土体出现径向裂纹;桩身弯矩会随着加载次数的增加而呈现累积增加的趋势,最后逐渐趋于稳定,桩身最大弯矩出现在土表下4D~5D(D为桩径)。基于以上结果表明,该循环加载装置设计合理、能够提供稳定可靠的荷载,且能满足模型试验的要求。     

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。     

水平荷载作用下风电机桩基础的离心模型试验研究

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求,而水平荷载常常是控制荷载,因此,研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础,选取典型的黏土地基,进行了水平加载条件下的离心模型试验,重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明,在水平荷载作用下,桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加,位移的增加速率在临界荷载之后增长较快;桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值,且桩底具有一定弯矩值;桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小,可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展,最后基本稳定在2倍桩径范围内。     

砂土地基中受水流影响的竖向力-水平力联合受荷桩承载特性模型试验研究

海上风机大直径单桩基础除承受竖向荷载V与水平荷载H外,同时还受水流冲刷、扰动。基于Swipe加载法,在室内水槽模型中设计完成了砂土中的V-H联合受荷桩测试,获得了静、动水流状态及不同竖向力大小条件下的荷载-位移曲线及桩身弯矩分布;经无量纲化处理与拟合,得到了考虑水流影响的V-H联合受荷桩承载力包络线及其简化计算公式。结果表明:水流冲刷降低了总的桩侧摩阻力,导致竖向荷载-位移曲线初始刚度降低;桩身水平位移和弯矩在仅受水流作用时较小,但同时受水流、水平荷载作用相比于单一水平受力时则明显增大;增加桩顶竖向荷载在水平位移较小时有助于提高桩身水平承载力,但随水平位移增大且竖向荷载接近竖向极限承载力V_u时,可能会因重力二阶(P-Δ)效应而削弱桩身水平承载力;桩身最大弯矩位置不会随水流状态与竖向荷载大小的改变而明显变化,基本保持在泥面以下2～3倍桩径处。     

桩端压力注浆桩的承载性状分析

灌注桩后注浆工艺能提高桩的承载力、减小变形、增强桩的质量稳定性。根据某工程注浆和未注浆钻孔灌注桩的单桩静载试验的分析与对比,结合试验的荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩顶荷载与桩端荷载、桩顶沉降与桩身弹性压缩量等关系,探讨钻孔灌注桩注浆前后桩土体系荷载传递的变化规律和某些影响因素,对了解桩端压力注浆桩的承载性状及类似工程的设计有一定意义。     

循环荷载下劲性微型桩单桩模型试验研究

以1/7比例进行室内模型试验,采用荷载控制加载的拟静力试验方法,通过在桩顶施加侧向循环荷载,对劲性微型桩单桩的滞回曲线、骨架曲线和滞回特性进行研究,同时探讨了循环荷载下劲性微型桩的弯矩分布及破坏机制。研究表明,劲性微型桩在循环荷载作用下荷载-位移关系具有稳定的滞回环,且表现出刚度退化的特性;在上部土体范围内产生桩土脱开效应,滞回曲线发生捏拢现象;桩身弯矩主要集中在桩顶下17 d的范围内,最大弯矩位于桩顶下6 d附近     

现浇薄壁管桩水平受力特性试验研究

现浇薄壁管桩（Cast-in-place Concrete Thin-wall Pipe Pile, 简称PCC桩）作为一种新型桩基础,已在很多地基处理工程中得到应用,但有关其水平承载性的研究还很少。通过现场试验,对水平荷载下PCC桩的水平承载性、泥面处桩荷载-位移关系、桩周土压力变化以及桩侧地基水平抗力系数的比例系数m与位移关系等特性进行初步分析,同时对单向多循环加载和慢速维持荷载两种加载方式对桩受力特性的影响进行比较。试验表明,PCC桩有较好的水平承载性,在水平荷载下,PCC桩的受力主要集中在桩的上部;与慢速维持荷载法相比,单向多循环法对桩的水平承载性以及桩土作用的非线性影响较大。     

基于试桩试验的桩侧注浆抗拔桩承载变形特性的荷载传递法

依托上海虹桥综合交通枢纽工程开展了4组桩侧注浆抗拔桩的现场试桩试验,得到了各试桩各土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线（?-w曲线）。首先,对前述现场试桩试验得到的?-w曲线以及文献[1]中通过桩土接触面大型直剪试验得到的?-w曲线进行归一化处理,归一化参数为各土层极限侧摩阻力?ult及其相应的临界桩土相对位移wult;然后采用双曲线函数拟合归一化后的各土层?/?ult-w/wult曲线,得到一个统一的?/?ult-w/wult函数关系式;最后,将该双曲线函数应用到荷载传递法中,用于分析预测桩侧注浆抗拔桩的承载变形特性,可求得桩侧注浆抗拔桩桩身各处的荷载-位移曲线、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。通过工程案例的验证表明,其计算结果与工程案例实测值较接近,在上海地区具有一定的适用性。     

BOTDR分布式检测技术在复杂地层钻孔灌注桩测试中的应用研究

采用布里渊光时域反射技术（BOTDR）对灌注桩进行了分布式应变检测,据此计算桩身位移、桩身挠度、桩身轴力、侧摩阻力和桩端阻力等参量,并在一复杂地质条件场地内两种不同长度和工艺类型的灌注桩内力测试中等到应用,测试表明:灌注桩加载过程中,桩身应变分布在塌孔、夹层及地层分界面等部位出现异常;荷载主要由桩身侧摩阻力承担,桩端阻力在试验荷载内都未发挥;桩基承载能力和特性差异主要由施工工艺及地层条件不同所引起。     

大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究

在唐山LNG罐区对9根大直径钢筋混凝土灌注桩进行了竖向荷载现场试验,其中桩端后注浆工艺试桩3根,三岔双向挤扩工艺试桩3根,挤扩支盘工艺试桩3根。基于现场静荷载和桩身应力测试结果,分析了3种不同施工工艺钻孔灌注桩竖向荷载传递规律。试验结果表明：3种不同施工工艺的大直径深长钻孔灌注桩试桩荷载-沉降曲线没有明显拐点,后注浆工艺试桩荷载传递过程表现为摩擦桩的特性,桩侧阻力几乎承担全部荷载,而三岔双向挤扩支盘工艺和挤扩支盘工艺试桩荷载传递过程表现为端承摩擦桩的特性,桩端阻力占总荷载的20%～30%;3种不同施工工艺试桩的轴力及桩-土相对位移变化规律基本相似,桩侧桩端阻力非同步发挥且相互影响,桩侧摩阻力均表现出强化现象。对整个罐区要求单桩承载力特征值不小于8 100 kN。3种施工工艺的钻孔灌注桩承载力均能满足要求。     

锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性模型试验与数值模拟研究

为研究锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性及其联合抗滑机制,开展了分级推力荷载作用下锚索抗滑桩加固滑坡的室内物理模型试验,分析了模型滑坡从加载到破坏过程中桩顶位移、桩身前后土压力、桩身弯矩、锚索轴力和滑体深部水平位移的变化规律。并采用数值模拟进行对比分析,两者所得结果吻合较好。结果表明:(1)桩顶位移、桩身弯矩及锚索轴力随推力荷载的变化曲线均呈现明显的三阶段特征,对应的桩-锚荷载分担比呈先增大、后减小和最后趋于稳定的规律。(2)桩前滑体抗力呈抛物线型分布,且抗力值较小;桩后滑体推力呈上大下小的抛物线型分布,合力作用点约位于滑面以上0.5h_1处(h_1为受荷段长度)。(3)桩身最大弯矩点始终位于滑面以下2 cm处,表明桩前滑床并未发生破坏。(4)由桩身实测弯矩计算得到的桩身荷载分布表明,桩体抗力主要由桩前滑面以下滑床提供,且呈倒三角形分布。(5)锚索的设置能够有效限制桩身变形,同时在工程中更应该注意锚索失效问题。该研究成果可为堆积型滑坡治理中锚索抗滑桩的合理设计提供试验基础。     

桩基负摩阻力时间效应试验研究

由于黏土固结缓慢,桩基负摩阻力存在明显的时间效应,然而目前相关研究仍显不足。设计实施了能实现桩顶加载及较大超载值的单桩及双桩负摩阻力模型试验,桩周土采用砂土和软黏土夹层,测定了模型桩身应力、桩顶位移以及土体分层沉降随固结时间的变化。试验结果显示,沉降、负摩阻力具有明显的时间效应。土表超载作用下土体沉降带动桩沉降,桩与土体的沉降均表现出早期快、后期慢的趋势。试验加载初期,黏土夹层处的负摩阻力略小于砂层,但随土体固结而增长,其基本变化规律与沉降相同。因桩端砂土层沉降稳定迅速,中性点随桩身沉降增长略呈上移趋势。此外,相同荷载作用下桩间距较小的双桩,由于下拉力较小,其沉降较小。试验条件下,3D桩间距的负摩阻力群桩效应系数在0.71～0.77之间,6D桩间距时不存在负摩阻力群桩效应。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。     

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。     

均质砂土中水平简谐荷载与扭矩联合受荷单桩内力、位移分析

为探讨均质砂土地基中桩顶水平简谐荷载H(t)与扭矩T联合作用下的单桩承载特性,基于改进的有限杆单元法,考虑桩周土的刚度贡献及H(t)-T的耦合作用,建立出桩身综合刚度矩阵,再利用MATLAB求解桩身的内力、位移,进而通过参数分析获得桩身长径比(L/D)、桩土刚度比(E_p/E_s)、H(t)的无量纲频率a_0与幅值Q_0以及桩底边界条件等对H(t)-T联合受荷桩内力、位移的影响曲线,研究表明:随入土深度增加,桩身弯矩先增大后急剧减小,而扭矩和变形急剧减小直至为0,即存在一有效桩长l_d,l_d与桩身内力、位移受E_p/E_s的影响较大。当E_p/E_s从1500增至3 500时,l_d从27.3D增至44.1D,且桩身弯矩最大值相对增大23.5%,而地面处桩身水平位移与扭转角分别减小19.0%及26.0%;减小H(t)的无量纲频率a_0或增大幅值Q_0均可适当提高桩身受扭承载力;桩底边界条件只对有限长桩的内力、位移有影响。     

排水刚性桩群桩抗液化性能的振动台试验研究

排水刚性桩是一种将竖向排水体与刚性桩相结合的新型抗液化处理措施。为研究排水刚性桩群桩的抗液化作用效果,开展了桩顶竖向荷载作用下排水刚性桩处理可液化地基的振动台试验研究,分析了地基土体的超孔压响应、加速度响应及桩顶结构的水平位移响应,并与未设置排水体的普通桩群桩工况进行对比。结果表明：加载开始后,排水桩桩身排水通道有大量超孔隙水排出,普通桩桩身没有排水现象。采用排水桩时超孔压比峰值比普通桩中减小12%,孔压消散稳定后超孔压比减小13%左右,排水桩桩身的排水通道对超孔压的消散作用集中在振动作用的前期。排水桩桩顶的侧向永久位移较普通桩桩顶侧向永久位移减小约27%。试样土体液化前,剪应力-应变滞回圈包络面积较大,土体呈现一定的剪胀特性。液化后,排水桩的剪应力-应变滞回圈的割线模量更大。上述试验结果均表明了排水刚性桩在抗液化方面的有效作用。     

均质砂土中H(t)-T联合受荷单桩内力位移分析

为探讨均质砂土地基中桩顶水平简谐荷载H(t)与扭矩T联合作用下的单桩承载特性,基于改进的有限杆单元法,考虑桩周土的刚度贡献及H(t)-T的耦合作用,建立出桩身综合刚度矩阵,再利用MATLAB求解桩身的内力位移,进而通过参数分析获得桩身长径比(L/D)、桩土刚度比(E_p/E_s)、H(t)的无量纲频率(a_0)与幅值(Q_0)以及桩底边界条件等对H(t)-T联合受荷桩内力位移的影响曲线,其表明:随入土深度增加,桩身弯矩先增大后急剧减小,而扭矩和变形急剧减小直至为零,即存在一有效桩长l_d;l_d与桩身内力位移受E_p/E_s的影响较大,当E_p/E_s从1500增至3500时,l_d从27.3D增至44.1D,且桩身弯矩最大值相对增大23.5%,而地面处桩身水平位移与扭转角分别减小19.0%及26.0%;减小H(t)的无量纲频率a_0或增大幅值Q_0均可适当提高桩身受扭承载力;桩底边界条件只对有限长桩的内力位移有影响。     

水平与上拔组合荷载下柔性单桩承载特性试验研究

为探讨柔性单桩在水平与上拔组合荷载下的承载特性,开展了两组共6根单桩室内模型加载试验。其结果表明:相比于纯水平受荷桩的极限承载力H_(u1),预先施加不超过0.5T_(u1)(纯上拔桩的极限承载力)的上拔荷载能够提高单桩的水平极限承载力,且随上拔荷载增加,水平极限承载力先增大后减小;增大预先施加的上拔荷载降低了同一水平荷载下桩身的弯矩及土反力,也削弱了地基的水平刚度,综合影响下桩身的水平位移先减小后增大;预先施加不超过0.5H_(u1)的水平荷载主要增大0～10D(D为外径)范围内桩身的平均摩阻力从而提高上拔极限承载力值,且水平荷载越大,其提高效果越显著;当水平荷载达到0.5H_(u1)时,对应的上拔极限承载力相比T_(u1)增加了17.1%,设计中可对增加的上拔极限承载力给予考虑。进一步通过理论研究验证了试验结果的合理性,给出了组合荷载下柔性桩的上拔极限承载力计算公式,其计算误差在6%范围内。