现浇X形混凝土桩沉桩挤土效应现场试验研究

挤土型桩的挤土效应一直是工程界研究和关注的热点问题之一。结合南京长江四桥北接线段现浇X形桩软基处理工程,首次开展现浇X形混凝土桩（简称X形桩）沉桩过程现场试验,测得不同X形横截面方向、不同距离及深度处的水平位移、侧向土压力以及孔隙水压力的分布规律,研究X形桩挤土效应规律。研究结果表明,最大水平位移发生在桩顶,距离5倍等效桩径处的土体水平位移可以忽略不计;随着桩中心距的增加,挤土压力和孔隙水压力逐渐减小,并且尖角方向的挤土压力大于凹弧方向的挤土压力。现场试验数据为X形桩的布置形式以及桩间距的选择提供有力的设计参考依据。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

不同激振频率下现浇X形桩桩-筏复合地基模型试验研究

基于大比例模型试验,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下X形桩桩-筏复合地基的动力特性模型试验,研究激振频率对X形桩-筏复合地基动力响应的影响。着重分析了不同激振频率引起的X形桩-筏复合地基的速度、动土压力、桩身动应力等,获得了速度响应、桩身动应力随深度的变化规律。结果发现:筏板的速度响应幅值随着激振频率的增加近似呈线性增加;地基表面动土压力和动力荷载放大系数随激振频率的增大而增大,且增幅逐渐加大;桩顶动应力随激振频率的增大而逐渐增大。相关研究成果可为我国高速铁路桩-筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。     

桩-土荷载传递机理的试验研究

静载荷试验是一项方法可行,理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面,它是目前最为准确,可靠的检验方法。为了进一步分析桩的荷载传递和承载力性状,预先在试验桩主筋上布置钢筋应力计以测量桩身轴向应力,在桩底埋设压力盒以测量桩端阻力。通过对实测数据的计算,便可得到试桩在各级荷载作用下的侧摩阻力和端阻力分布图,从而了解该桩的荷载传递和承载力性状。结合工程实践,通过对一工程三组测试桩静载荷实验及应力测试结果的分析,说明了桩-土的荷载传递机理。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

CM桩复合地基桩土应力比及垫层效应现场试验研究

通过现场4桩大压板静载试验,布置土压力盒,测定并分析C桩（刚性桩）桩顶、M桩（亚刚性桩）桩顶和桩间土体应力,计算桩（C桩+M桩）土荷载分担比,分析CM桩复合地基静载试验过程中桩、土的受力特性。通过设置不同垫层厚度,对比大压板试验P-S曲线,结合单桩静载试验,分析CM桩复合地基垫层的破坏模式及垫层效应。试验结果表明,CM桩复合地基工作时C桩桩顶应力集中现象明显,C桩桩土应力比大于10,M桩桩土应力比小于10;随着试验加载,桩土应力比逐渐增大,C桩桩土应力比增大幅度大于M桩;在复合地基设计荷载条件下,桩土荷载分担比接近6:3:1;将M桩和桩间土体视为一整体,即地基处理后相对于C桩的“桩间土”,则桩土荷载分担比为6:4,设计较为合理;随着垫层厚度增大,CM桩复合地基沉降值增大;当C桩成桩质量较好时,垫层破坏模式为C桩桩顶刺入破坏,试验时应合理选取褥垫层的材料和厚度。     

刚-柔性桩复合地基中桩荷载传递规律试验研究

为了解刚-柔性桩复合地基中刚性桩和柔性桩的荷载传递规律,在温州地区选择了2幢采用刚-柔性桩复合地基的建筑物进行原位试验。试验前在钻孔灌注桩桩身埋设了钢筋应力计,在水泥搅拌桩桩身埋设了振弦式应变计,在建筑物施工过程中同步检测传感器的变化情况。试验结果表明,不同部位及不同类型桩荷载传递规律不同,中部刚性桩摩阻力相对于边部刚性桩重心下降,刚性桩荷载传递长度大于柔性桩。无褥垫层刚-柔性桩复合地基中部刚性桩在层数低时会出现负摩阻力,有褥垫层刚-柔性桩复合地基中在施工期间始终存在负摩阻力。中部桩端承力要高于边部桩端承力。     

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。     

水平荷载作用下现浇X形桩桩周土体响应理论分析

现浇X形桩是为了提高单位混凝土承载力性能而开发的一种新型异形横截面桩,但目前针对异形横截面桩在水平荷载作用下桩周土体力学性状的理论研究相对较少。基于保角变换的方法将X形桩孔映射到单位圆上,采用平面弹性力学的复变函数方法得到X形桩在水平荷载作用下桩周土体应力场与位移场分布的平面应变解。续而,基于文克尔地基模型,把桩周土离散为一系列独立的弹簧模型,弹簧的刚度系数采用平面应变解,然后根据欧拉-伯努利梁的挠曲线微分方程推导得到现浇X形桩在水平荷载作用下桩身的变形和内力的计算方法。通过建立的平面应变解计算普通圆形截面桩,并且与Baguelin推导的圆形截面桩在水平荷载作用下平面应变解进行对比分析,验证所建立理论方法的准确性和可靠性。最后,针对一算例进行分析,并与数值模型计算结果进行对比验证。研究结果表明,该理论方法能够较好地模拟水平荷载作用下现浇X形桩桩周土体的力学工作性状,尤其是小荷载作用条件下。     

路堤荷载作用下碎石桩复合地基桩土应力比计算及试验研究

深入分析了路堤等柔性荷载作用下碎石桩复合地基的工作机理,对路堤-碎石桩-桩间土系统进行合理简化,建立了桩土应力比计算模型,并给出关键参数的求解过程。基于最小势能原理,导得路堤荷载下碎石桩复合地基桩土应力比计算解析表达式,结合大型室内模型试验,通过对比试验过程中的全程监测数据,验证了理论解的正确性。探讨了各主要影响因素与桩土应力比之间的关系,结果表明：桩土模量比和置换率是应力比的主要影响因素,路堤高度与路堤材料的影响次之;当路堤高度较小时,随着高度增加,桩土应力比提高明显;但当路堤高度增大到一定值时,桩土应力比基本不变;增大填料剪切模量可略微增大应力比。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递特性研究

根据控沉疏桩理论,探讨了带帽PTC型刚性桩在高速公路深厚软土地基处理中的适应性。为了掌握带帽PTC管桩复合地基的作用机理,分析了其承载能力、荷载传递、桩侧土压力、桩侧摩阻力、桩土荷载分担比及桩-土应力比等力学性状,并进行了带帽和无帽单桩复合地基现场足尺试验,对试验结果进行了深入地分析和研究。试验结果能为带帽PTC管桩复合地基理论研究提供合理的试验依据,并指导工程设计。     

刚性桩复合地基中性面深度与桩土应力比计算

刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比的简化计算主要基于桩侧摩阻力线性分布假设,当桩身较长时,桩端侧摩阻力的计算值会远大于实际值,致使中性面深度及桩土应力比的计算结果与实际差别较大,故有必要对线性分布模式予以修正。据此将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,考虑负摩阻力作用及桩上、下刺入变形,根据褥垫层-桩-土变形协调关系推导了刚性桩复合地基中性面深度、桩顶面桩土应力比、中性面桩土应力比计算公式。最后通过模型试验与工程实例验证,计算值与实测值吻合较好。     

水泥土桩复合地基桩土应力比的解析算法

选取常用的双折线荷载传递函数,推导出一组轴向荷载-沉降曲线的解析算式,从而用其来表征桩的荷载-沉降曲线;选取双曲线函数来表征地基土的荷载-沉降曲线,推导出了水泥土桩复合地基中考虑桩-土相互作用的桩土应力比的解析算式,并讨论相关参数对桩土应力比的影响。研究结果表明,水泥土桩复合地基桩土应力比不仅与桩周土的特性有关,而且还受到桩体尺寸、弹性模量和复合地基所受的总荷载的影响。其结果为复合地基桩土应力比的计算提供了一种新思路。     

带帽PTC管桩复合地基荷载传递试验研究

根据控制沉降设计理论,采用疏化桩间距的方法,在某公路深厚软基处理中设计并采用了带帽PTC（预应力薄壁混泥凝土）管桩。为了了解路堤下带帽PTC型刚性桩复合地基作用机理,更好地研究带帽PTC管桩复合地基沉降变形、荷载传递、桩土荷载分担比及桩土应力比等力学性状,在两种地质条件下进行了带帽PTC管桩复合地基现场足尺试验研究,得到了试验资料和一系列有益的结论。试验结果能够为带帽PTC管桩复合地基理论研究提供合理依据,并对其优化设计起指导作用。     

柔性基础下复合地基桩土应力比现场试验研究

在复合地基设计中桩土应力比是一个很重要的参数。通过揭普高速公路路堤下复合地基桩土应力比的现场试验,获得了柔性基础下桩土应力比数值及其随荷载和固结时间的变化规律。现场测试结果表明,柔性基础下桩土应力比要比刚性基础下小得多,它随荷载增加先减小后增大呈波浪形变化,其研究成果可为路堤下复合地基设计提供有益参考。     

带帽PTC单桩和复合地基承载特性试验研究

结合苏-沪高速公路疏桩复合地基处理工程,进行了自由带帽PTC管桩和双带帽PTC管桩复合地基的现场足尺试验研究。根据试验结果,研究了桩身-桩帽-桩间土的相互作用机理和承载特性,分析了桩帽、桩间土和桩端承载的滞后效应,以及桩帽、桩间土对桩身的消减作用。认为管桩复合地基的第1阶段桩身控制沉降,第2阶段土体控制沉降,探讨了桩帽-桩间土荷载分担比及应力比在不同沉降阶段的变化规律。最后,还提出了桩帽尺寸的设计方法以及取消碎石垫层的建议。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。