城市桥梁基桩承载性能时间效应试验研究

岩土的流变性质使建（构）筑物基础的承载性能具有时间相关性,对运营期建筑结构的安全性造成较大的影响。为了进一步探讨城市桥梁桩基础承载性能随时间的变化规律,对某桥梁工程的2根试验桩进行了长效荷载试验研究,得出了桩顶沉降和桩身承载性能随时间的变化规律。利用桩基承载性能时空效应新理论对试验结果进行分析拟合,获得真实的桩土力学参数,得到工程桩桩顶沉降随时间变化的解析解。试验成果进一步揭示了桩在长效荷载作用下自然而真实的发展变化规律,为检验验证理论研究成果提供可靠的依据,可用于指导同等条件下工程桩设计和施工时预测桩的工后沉降变化趋势,控制基础稳定性,同时为解决路桥的工后运营期沉降控制提供科学合理的理论依据。     

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。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

GRF基础承载机制试验研究

GRF基础是一种新型桩基础,首先开发应用于日本,与普通直桩相比,该基础不仅可以节约材料、降低成本,而且可以大幅度地提高承载力,具有广阔的应用前景。通过模型试验,分析了锚杆间距、锚杆长度以及锚杆数量对GRF基础承载力的影响,初步探讨了GRF基础的承载机制。得到以下结论：GRF基础的承载性状和直桩不同;锚杆不仅可以提高GRF基础的侧阻力,在一定程度上对端阻力也有增强作用;在相同的桩顶荷载作用下,GRF基础的位移远小于直桩的位移;与同体积的大直径桩相比,GRF基础可以大幅度地提高基础承载力、减少沉降;在一定的锚杆间距范围内,锚杆间距对极限承载力的影响较小,但对极限侧阻力影响较大;存在一个锚杆临界长度,当锚杆长度为临界值时,锚杆利用效果最佳;GRF基础的极限承载力随锚杆数量而变化,适当地增加锚杆数量,可以获得满意的承载力增量。     

循环荷载作用下基桩模型试验设备的开发

近年来,随着我国工程建设的高速发展,高、大、深、重建(构)筑物大量兴建,桩基础常受到循环荷载的作用,基桩模型试验设备的开发无疑具有重要的研究与应用价值。在借鉴国内外基桩沉降试验经验的基础上,本文采用较大尺寸的圆筒试验钢槽,综合集成了有关加载、量测装置,设计开发了一套可以反映循环荷载作用下基桩承载性状特性的模型试验装置。典型试验数据表明,该试验设备的循环加载曲线稳定,量测数据精度较高,能够较好地反映循环荷载作用下基桩的承载性状特性。     

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。     

五星形桩截面尺寸优化及竖向承载机制试验研究

五星形混凝土桩是一种新型截面异形桩,由圆截面均匀内切5个圆弧形成,其截面参数主要有被切割圆半径R、切割圆半径r、切割圆弧所对应的外包圆圆心角2x、外包圆弧对应圆心角θ。经截面尺寸优化分析,推导出周长最大化五星形桩和周长面积比最大化五星形桩。为进一步掌握五星形桩承载性能,以砂雨法制作土样,在干砂中进行了4根单桩对比模型试验研究,4根单桩为:周长面积比最大化五星形桩F_2、周长最大化五星形桩F_1、与F_2等截面周长圆桩C_1、与F_2等截面面积圆桩C_2。试验结果表明:与F_1相比,F_2的桩侧表面积与其相近,极限承载力大致相同,但F_2混凝土用量是F_1混凝土用量的0.75倍,单位体积混凝土承载力更高,F_2为最优的截面尺寸;与等截面面积小圆桩C_2相比,F_2桩侧表面积是其1.53倍,极限承载力是其2.4倍,显示出在相同混凝土用量下五星形桩F_2具有良好的承载性能,截面异性扩大效应明显;与相同截面周长的大圆桩C_1相比,F_2桩截面面积是其0.44倍,极限承载力是其0.96倍,但F_2桩单位体积混凝土承载力是C_1桩的2.21倍,显示出更高的承载性价比。各级荷载作用下五星形桩侧摩阻力所占比例在80%以上,特别是F_2桩,在90%以上,表现出摩擦桩的特性。研究成果可对五星形桩的工程应用提供一定理论支持。     

有孔管桩单桩承载性状试验及分析

有孔管桩能够有效地加速超静孔隙水压力时空消散,减轻沉桩效应对周围环境的不利影响,但桩身开孔引起的应力集中现象会削弱桩体承载力。为探讨桩身开孔对管桩承载性状的影响,采用室内模型试验方法,在软土地基中开展无孔管桩和3种不同布孔方式的有孔管桩单桩静载荷试验,对竖向荷载下引起桩顶沉降及桩身不同位置的应变进行了监测和分析,获得了各种管桩的Q-s曲线、桩身轴力及桩侧摩阻力的分布规律。对比分析可知,星状开孔有孔管桩的桩身轴力削弱情况最小,双向对穿有孔管桩的桩侧摩阻力最大。     

考虑斜坡效应的基桩屈曲临界荷载分析

以某实际工程桩为原型,根据相似理论设计并完成了斜坡基桩竖向承载室内模型试验,分析了不同坡度及桩长条件下斜坡基桩屈曲临界荷载,获得了基桩屈曲临界荷载理论计算公式及拟合公式。研究表明:竖向荷载作用下,基桩荷载-位移曲线均无明显拐点,且桩顶沉降、水平位移均随坡度或桩长的增加而增大,斜坡基桩的屈曲失稳破坏模型非常显著。斜坡基桩的屈曲临界荷载值由桩顶沉降和水平变形共同控制,斜坡坡度越大或基桩自由段越长,其屈曲临界荷载及竖向承载折减系数越小,斜坡效应越明显。对比分析表明,由理论公式和拟合公式计算得到的结果与模型试验结果均吻合较好,最大误差尚不足10%,验证了模型试验、计算理论及拟合公式的合理性,其成果可以为实际工程设计提供参考。     

材料复合桩的现场承载性能试验研究

基于水平荷载作用下桩基的弯矩沿深度呈由上向下骤减的规律,将桩的上部设计为抗弯性能良好的钢管桩而下部为抗弯性能较弱的PHC桩,并选择适当的部位通过焊接等方式连接两种桩型。在现场进行锤击试验、水平承载力试验和连接部位抗弯性能试验,将复合桩的压应力、拉应力和水平承载力与材料允许值对比比较。结果表明,所选择的材料复合型桩充分发挥了材料性能,尤其在水平承载力方面表现突出,且不同材料桩型连接部位性能良好。试验结果为桩基的改进提供了新思路和试验依据。     

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     

JPP桩不同组合水平承载性能模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种新型复合材料桩,实现了刚性桩的效果、柔性桩的成本,在基坑支护等工程中得到应用,但其水平承载性能的研究落后于工程实践。为了研究不同组合形式的JPP桩水平承载特性,利用自主研制的桩基模型试验加载系统进行了4种不同组合形式下JPP桩水平载荷试验,研究结果表明：分段组合II的水平承载能力最高,上组合与分段组合I相近,下组合的水平承载能力最低,表明越多的分段组合呈现出整体承受水平荷载的能力。桩身最大弯矩出现在距离桩顶以下3~4倍芯桩桩径处,该部位相对薄弱,易发生破坏。地面下一定深度范围内的土体特性将直接影响着桩的水平承载能力。     

单桩侧向承载力的试验研究

通过对单桩进行一系列在侧向力作用下的试验,研究桩-土体系内的应力、位移分布情况和桩水平承载力的计算方法,并对提高单桩在侧向力作用下的承载力提出了一些建议。     

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。     

大直径超长灌注桩水平承载性能的参数敏感性

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势,但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目,通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型,在与现场试桩结果比对验证之后,进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度,实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析,大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。     

井筒式地下连续墙水平承载能力模型试验研究

井筒式地下连续墙利用构造接头把地下连续墙段连接成一个平面为封闭形状挡土结构,其刚度大,承载力高。由于基础内部含有大面积的土芯,存在墙内土芯、墙体以及外部土体的相互作用。采用水平单向单循环维持荷载法,通过3个不同截面尺寸的单孔闭合墙水平静载试验,研究闭合地下连续墙基础的水平承载特性。基于墙身内力及位移测试结果,研究了井筒式地下连续墙基础在水平荷载作用下的承载机理,分析了水平荷载-位移特性、墙身位移、墙身弯矩、剪力、转角随深度的分布规律。试验结果表明,闭合墙基础呈整体倾斜破坏特性,墙身弯矩随墙深呈非线性变化,墙身剪力在加载处最大,在墙身弯矩极大值处墙身剪力为0,0点以下,墙身剪力随深度呈“大肚形”变化,并且闭合墙的承载力随着闭合墙边长的增大,深度的提高而提高。     

挤扩支盘桩荷载传递特性试验

通过8根挤扩支盘桩与直杆桩的大比例尺模型桩试验,对单桩静载试验和桩身轴力测试结果分析表明,挤扩支盘桩的荷载–沉降曲线为缓变形,在竖向荷载作用下表现出端承桩的受力特征;地基土性质、桩间距、桩径、盘径、支盘数量及支盘竖向间距是影响支盘桩承载力的主要因素。工程实例应用中,支盘桩比同径、同长的普通灌注桩提高单桩承载力89%,节省工程造价28%(541万元),工期提前52d。     

刚性桩复合地基水平承载力特性

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了刚性桩复合地基在不同垂直荷载作用下的水平承载力特性,分析了不同褥垫层厚度及其地基土的性质对复合地基水平受力特性的影响,得出了水平荷载作用下桩身弯矩和挠度的分布规律。研究表 明,垂直荷载的大小改变了复合地基水平荷载作用下的破坏模式,直接影响着其水平承载力;适当的垫层厚度可降低桩所分担的水平荷载,有利于桩身的安全。