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     

海上风机吸力式筒形基础抗压承载模式研究

吸力筒基础具有承载能力高、工艺简单、施工方便等优势,越来越广泛地应用于海上风电基础设计中。目前,吸力筒基础抗压承载计算方法尚没有统一的标准。为了降低海上风电基础设计成本,本文基于现有的API规范和地基承载力理论,总结3种不同吸力筒抗压承载模式,并提出“筒盖+筒壁外侧摩阻力”承载模式;根据工程案例和有限元软件PLAXIS验证其合理性,得出“筒壁端+筒壁内外侧摩阻力”承载模式和本文提出的“筒盖+筒壁外侧摩阻力”承载模式的计算结果符合DNV-OS-J101规范标准;按照本文提出的吸力筒抗压承载模式设计吸力筒尺寸,最大可降低13%的设计基础材料成本,有利于为海上风电吸力筒基础设计提供参考依据。     

刚性桩复合地基承载机制试验研究

进行了压板和原位测试,对广东地区不同类型刚性桩复合地基桩-土应力比、桩-土的荷载分担比进行了研究,实测数据表明,桩-土应力比与地质情况以及桩-土的相对刚度有关,其测试结果可为今后刚性桩复合地基设计提供参考。     

论砾质素填土的承载特性

砾质（碎石）素填土因密度较低、饱和度较高，存在较高固结沉降变形，但排水较易，因此确定地基承载力时必须既安全又合理，地基沉降变形在设计容许范围内。     

浅薄层湿陷性黄土场地单桩承载特性试验

为了分析浅薄层湿陷性黄土场地荷载对桩基的影响规律,设计了单桩未浸水和浸水加载试验。结果表明:浸水后黄土湿陷对桩体产生了负摩阻力,在桩顶荷载条件下使桩体沉降,桩身轴力及桩侧摩阻力均发生了显著变化。较未浸水工况,浸水后的桩体沉降量明显增大,当接近设计极限荷载时,桩体的沉降量发生突变,残余沉降量增大。浸水后桩体的轴力最大值位置由桩顶转换至桩顶下湿陷性黄土层,且轴力的峰值大于桩顶的荷载,桩体中上部位置轴力普遍增大,轴力最大值位置与中性点位置相对应,浸水后桩侧摩阻力体现出双峰特征。由此可见,湿陷性黄土场地浸水后的荷载对桩体的变形和受力均有较大影响,应在桩体的设计中综合考虑安全和经济因素来对荷载进行取值。      

粉质粘土中的桩承载性能分析

应用桩静载荷试验和数学分析的方法,对粉质粘土层中的桩的承载性能进行分析研究。结果显示,粉质粘土层中的桩的侧摩阻力标准值为37.6kPa,桩的端阻力标准值可达3.34M Pa,位于粉质粘土层中的桩端阻力占桩承载力的50%±,桩为端承摩擦桩,而非纯摩擦桩,且桩的承载力较高,沉降变形小,可以满足一般建筑物的荷载需求,设计时应充分挖掘该土层的潜力。     

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。     

钻孔扩底灌注桩承载性状分析

为研究钻孔扩底灌注桩承载性状,对2根不同扩大头形状的钻孔扩底灌注桩和1根等直径钻孔灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验,并对其中的扩底桩同步进行桩身应力测试。测试及数据分析结果表明:沉渣及土层软化对扩底桩承载力影响较为敏感,除了直接影响桩端阻力发挥外,还会产生桩侧摩阻力弱化效应;扩大头形状影响孔底清渣效果,桩底高压注浆可消除或部分消除沉渣影响;不同试验桩的同一土层桩侧摩阻力发挥值为非定值;受扩底桩变径影响,同一根试验桩的同一土层在变径处以上3 m范围内桩侧摩阻力较其3 m以上发挥值低15%~40%。试验研究成果可为扩底桩设计与施工提供借鉴与参考。     

内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性研究

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,内水压力是其承担的主要荷载之一。采用轴对称计算模型,以衬砌与围岩间接触应力状态为判断标准,研究了衬砌混凝土开裂前后围岩渗透系数、变形模量等材料参数对衬砌与围岩联合承载特性的影响,详细地介绍了透水衬砌的设计方法和计算过程,以混凝土最大裂缝宽度为控制标准,编制了透水衬砌结构计算与配筋设计程序,并给出了算例验证。计算结果表明,围岩渗透系数是隧洞结构设计的关键,与围岩变形模量具有同等重要作用;围岩透水性越差或变形模量越低,衬砌与围岩越容易脱开;与混凝土开裂前相比,混凝土开裂后,衬砌与围岩更容易脱开;与钢板衬砌方案相比,钢筋混凝土衬砌方案可以很大程度地减小钢材用量;建议高压钢筋混凝土衬砌隧洞设计、施工时,应尽可能地保持围岩的完整性,并进行细致周密的固结灌浆,以增强围岩抗渗能力。     

风机梁板式桩筏基础承载特性大型模型试验研究

梁板式桩筏基础与传统桩筏基础一样具有较高的承载力和变形控制能力,且较传统桩筏基础能够节约成本,具有重要经济效应,因而成为了新兴的基础形式被应用于风电基础中。然而目前该基础仍采用传统桩筏基础的设计方法进行计算,造成了巨大的浪费。为了弥补目前梁板式风机基础设计方法的缺陷,采用大型室内模型试验对梁板式风机基础的受力变形特性进行研究,分析了竖向荷载作用下梁板式风机基础内梁、桩、土体等的受力机制及特性。研究表明,在工作荷载范围内,梁板式桩筏基础体系处于弹性状态,且梁板式桩筏基础具有一定的柔性,中央与边缘存在一定的差异沉降。桩-桩相互作用及桩-土相互作用对具有一定柔性的梁板式桩筏基础受力变形特性具有重大的影响,应该修正现行设计时不考虑这几个因素的缺点。     

深层搅拌桩复合地基的优化设计

在满足承载力控制和沉降量控制要求的基础上,采用数值模拟的方法分析最优桩长和桩间距,完成了深层搅拌桩复合地基的优化设计,以达到满足建设需求的同时最大限度地节省建设费用的目的。根据深层搅拌桩复合地基的特点,讨论了复合地基承载力特征值的计算方法,分析了沉降量的构成,对沉降计算方法进行了探讨,并选用单位元法和分层总和法来评价复合地基加固区和下卧层的压缩性。结合深层搅拌桩复合地基的设计要素、承载力、荷载压力、沉降量等指标和具体数值参数,通过设置最优桩长和桩间距来求取满足承载力要求的最小总桩长,并通过编程实现了优化过程。通过程序计算,得到了一组满足地基承载力要求的桩长、基础底面积、置换率的最优数据组合,实现了对深层搅拌桩复合地基的优化设计。     

原位载荷试验确定复合地基承载力方法研究

原位载荷试验是确定复合地基竖向承载力最可靠的方法。许多工程实例表明,当载荷试验加载不充分,无法通过极限荷载判断地基承载力特征值时,应根据《建筑地基处理技术规范》方法确定复合地基承载力特征值,但该值有时会偏小,这样的结果会导致设计人员采用的复合地基承载力特征值偏低,设计过分保守,由此造成技术投入加大,工程造价增加的不良结果。通过某工程同场地、同条件的一组素混凝土桩复合地基原位载荷试验数据与一组天然地基原位载荷试验数据对比,研究原位载荷试验测定复合地基承载力特征值方法的不足,讨论产生缺陷的原因。补充完善了《规范》通过载荷试验确定复合地基承载力确定方法,以期更好地促进复合地基技术及原位载荷试验的推广应用。     

碎石桩复合地基设计方法的探讨

通过对碎石桩复合地基承载力和抗震液化设计的对比和分析,提出了以承载力和抗震液化相互综合考虑的设计方法。     

工程桩静载试验确定PHC管桩承载力

以工程实例介绍静压管桩基础的设计承载力取值,采用先施工工程桩进行静载试验,以其结果反算单桩竖向承载力,结合桩的入土长度等给出应用于工程实际的单桩竖向承载力设计值(R)的方法,供同行借鉴。     

倾斜荷载作用下桶形基础承载力特性研究

针对吸力式桶形基础结构,借助大型通用有限元软件ABAQUS平台,建立了均质软黏土地基上倾斜荷载作用的三维弹塑性有限元计算模型。通过系统地计算分析,得到了单个倾斜荷载分量作用下桶形基础的承载力特性及其破坏机制。进一步研究了水平倾斜荷载与竖向倾斜荷载共同作用下的桶形基础承载性能,得到了该倾斜荷载加载方式作用下桶形基础在V-H平面内的破坏包络面,依此建立了倾斜荷载与偏心距e之间的三维破坏包络曲面。计算结果表明,偏心距e对竖向倾斜承载力的影响相对水平倾斜承载力较大;桶形基础承载性能随着偏心距e的增大而减小。     

考虑桩端刺入沉降的桩土自平衡式复合地基设计

复合地基的本质是增强体与地基土通过变形协调共同承担上覆荷载。褥垫层的设置起到了协调桩土变形的作用,但褥垫层工作性状及变形特性尚不明确,其厚度设计仍然参考规范依靠经验判断,往往不能充分发挥地基土的承载作用。目前复合地基设计通常采用褥垫层调节桩土变形,而忽略了桩端刺入沉降协调桩土变形来发挥地基土的承载作用,为了利用桩端刺入沉降协调桩土变形,充分发挥桩间土承载的作用,减薄褥垫层或不设褥垫层并减小设计桩长,以期降低地基处理费用,实现桩土共同承担荷载的目的,建立了通过控制桩端刺入沉降协调桩土变形的自平衡式复合地基设计方法。通过与褥垫层方法对比以及工程实例计算,结果表明,该方法可更好地发挥桩土承载作用,为复合地基优化设计提供参考。     

临近基坑既有建筑物地基的抗剪强度指标取值问题

基坑开挖不仅改变了半无限空间体边界条件,卸载时还会引起周围地层移动,导致既有建筑物地基承载力的附加损失。在临近基坑既有建筑物地基承载力计算中,其抗剪强度参数的选取有别于斜坡上地基计算参数的常规取值方法。通过探讨临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标的取值问题,建议以地基土的完全软化强度与残余抗剪强度的平均值作为临近基坑既有建筑物地基抗剪强度指标,并据此估算了临近基坑既有建筑物地基承载力。所得结果与斜坡上地基承载力的试验值和理论解对比分析后显示出其具有一定的合理性。所建议的抗剪强度指标取值方法,还有待于试验的进一步验证。     

深层搅拌法在真空预压后地基工程上的应用

为使经真空预压首期加固后的地基承载力从80 kPa提高到230kPa,设计采用深层搅拌法-水泥搅拌桩二次加固软弱地基.经现场成桩工艺试验和检测表明,桩身水泥土强度在90 d龄期时＞1.80 MPa,单桩承载力标准值＞150kN;以φ600桩径、桩长13.5 m、置换率为0.308和φ500桩径、桩长13.5m、置换率为0.267两种方案布置的复合地基承载力标准值均超过了设计要求.     

饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究

相比于传统基础,桶形基础作为一种新型的浅海基础形式具有诸多明显的优点,但其使用历史相对较短,设计理论也还不够完善。基于此,利用三维有限元方法和极限平衡方法对单桶形基础的水平承载力进行了数值计算和理论推导,并基于分析结果,给出了适用于估算饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载力的简便公式,为指导工程设计提供一定的参考意见。     

Development of partial factor design method on bearing capacity of pile foundations for Japanese Specifications for Highway Bridges

ABSTRACT

This paper shows the development of a partial factor design method on the bearing capacity of pile foundations for Japanese Specifications for Highway Bridges. Firstly, estimation design equations on the bearing capacities of pile foundations are improved by analysis of pile load test results and uncertainties in the bearing capacities are evaluated. Secondly, the reliabilities of pile foundations designed by the former specifications are evaluated based on reliability analysis considering the uncertainties in the bearing capacities and coefficients of subgrade reaction. Finally, a partial factor design method is developed based on the target reliability index obtained based on the conventional pile installation method by the pile installation methods. The factors are different for each pile installation method.