Testing and modeling the behavior of pre-bored grouting planted piles under compression and tension

A group of field tests and three-dimensional finite element simulation were used to investigate the behavior of the pre-bored grouting planted pile under compression and tension; moreover, a group of shear tests of the concrete–cemented soil interface was carried out to study the frictional capacity of the pile–cemented soil interface. The load–displacement response, shaft resistance and mobilized base load were discussed based on the measured and computed results. The measured and computed results show that the frictional capacity of the cemented soil–soil interface is better than the frictional capacity of the concrete–soil interface. The frictional capacity of the concrete–cemented soil interface is mainly controlled by the properties of the cemented soil, and the ultimate skin friction of the concrete–cemented soil interface is much larger than that of the cemented soil–soil interface. The frictional capacity of the soil layer close to the enlarged base is also promoted because of the compaction of the enlarged base. The enlarged cemented soil base can promote the behavior of the pile foundation under tension, and the enlarged cemented soil base undertakes approximately 26.3% of the total uplift load under the ultimate bearing capacity in this research.     

刍议相关规范中关于单桩承载力计算的几点疑惑

国内相关规范中单桩抗压承载力设计计算方法分为特征值法及极限值法两类,单桩承载力均通过桩侧阻力与桩端阻力直接相加的方法得到,在概念及理论上均存在着不完善之处,主要原因是桩侧阻力与桩端阻力的力学特性及对变形的要求不同、不能同步发挥所致。相对来说,极限值设计法更直接、更可靠、更准确,概念更明确,且易于与国际接轨,建议规范优先采用。不同规范根据抗拔试验结果求取单桩抗拔承载力的计算方法存在矛盾,建议求取时桩的自重按天然重度计算、不考虑水的浮力。建议相关规范对以下两种现象进行深入研究：桩长超过有效长度后,单位长度侧摩阻力将会降低;部分工程中得到的抗拔桩的抗拔系数远小于相关规范推荐值,尤其是桩长较长时。     

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%。     

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。     

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。     

软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

高临界循环荷载水平下钻孔桩的抗拔性状分析

为了研究抗拔桩在循环加载过程中桩身的性状,选取杭州萧山某工地两根抗拔桩作为试桩进行循环加载试验。在抗拔桩桩身埋设钢筋应力计,测量循环加载过程中桩身应力的变化情况;在桩身预埋钢管,测量桩顶及桩端上拔量。通过对桩身应力及桩顶、桩端上拔量的分析,研究循环加载对抗拔桩承载力及上拔量的影响。综合分析抗拔桩承受循环荷载时的桩顶、桩端上拔量、桩身轴力以及桩侧摩阻力分布可知,当抗拔桩承受循环荷载时,且临界循环荷载水平较大（接近或者达到1）,抗拔桩经过2～3次循环加载后就发生破坏,其研究结果可供其他类似工程参考。     

厚层黄土状土中扩底墩竖向承载性状

根据同一试验场地厚层非湿陷性黄土状土中8根大直径扩底墩、2根等直径桩的竖向承载力静载试验,对扩底墩的竖向承载性状进行了研究。结果表明,在其他条件相同时,随扩底墩直径D的增大,虽单位面积极限端阻力有不同程度的降低,但墩的极限承载力Qu增大;当D和墩身直径d不变时,总极限侧阻力所占墩顶极限荷载的百分比随长径比L/d的增大而增大;d不变时,随长径比L/D的增加,各墩的墩顶荷载呈起伏变化,总端阻所占百分比（比等直径桩大）相应降低,平均极限侧阻力（比等直径桩小）相应增大,而L/D = 3时,其承载性状较好;在扩底墩墩身直径d与等直径桩相同、入土长度相当的情况下,前者承载力比后者大,且沉降小。     

静压钢管注浆微型桩抗压与抗拔对比试验研究

通过现场桩基承载力试验,对静压钢管注浆微型桩抗压与抗拔性能进行了对比分析。基于实测Q-s曲线,研究压力注浆工艺及注浆体积比对微型桩抗压极限承载力、抗拔极限承载力以及极限侧阻力的影响,分析注浆微型桩的桩土作用机理,对微型桩抗拔极限状态进行讨论,建议微型桩设计抗拔系数 极限抗拔位移。研究结果表明,软土地基中静压钢管注浆微型桩较未注浆钢管微型桩,桩基极限承载力提高显著,桩基抗拔性能良好。     

砂土中螺纹桩承载特性的模型试验研究

通过室内模型试验,研究砂土中螺纹桩的竖向承载特性,比较分析螺纹桩与普通直桩承载性能的差异以及螺距对螺纹桩承载力的影响。静载荷试验后进行一系列土工试验,研究桩周土的物理力学性质。试验结果表明,在相同条件下螺纹桩的极限承载力约是普通直桩极限承载能力的1～4倍,极限状态下的平均桩侧阻力是普通直桩的3~4倍;在一定范围内,随着螺距的减小,螺纹桩的桩侧阻力可以得到有效的发挥,极限承载能力和控制沉降的能力逐渐增强。     

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。     

考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型

提出了一种能考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型（t-z模型）。该模型既能反映不同材料的桩基在同一土体中抗压承载力的不同,也能反映同一材料桩基在同一土体中桩身抗压摩阻力与抗拔摩阻力的不同,同时还具备模拟循环荷载下t-z曲线滞回特性的能力。根据位移协调算法编制了可用于竖向压、拔荷载作用下单桩响应分析的Matlab程序,利用程序对模型试验进行了模拟,结果对比证明了该模型的适用性。最后分析了桩体弹性模量对压、拔极限摩阻力比值的影响,结果表明,该比值随弹性模量的减小而减小,对于混凝土桩,该值介于0.6～0.8之间,与规范建议的抗拔系数接近。     

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

钙质砂地基单桩承载特性模型试验研究

根据实际工程中单桩受力特点,对足尺桩基进行等比例缩尺,考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素,开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验,分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系,探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状,进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明,钙质砂地基中,单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异;增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩;相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时,增大埋深的作用主要体现在加载初期,随着荷载的逐渐增大,最终差别将逐渐减小;竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主;颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减;宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强,而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势;桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的,而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。     

竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析

在大桩径、小桩距的群桩条件下,不仅有来自桩侧、桩端和承台传递的多重应力叠加,还有群桩对桩间土的夹持作用影响,桩-土-承台之间作用更加复杂。用有限差分软件模拟固定桩距、桩径,变化竖向荷载下桩-土-承台的相互作用。从各层土的侧摩阻力、不同位置桩的桩顶荷载、荷载-沉降关系、桩间土体位移等方面的计算结果分析桩-土-承台之间的相互影响。结果表明,荷载超出117.8 MN（略大于Pu/2,Pu为群桩极限承载力）后,群桩对上部桩间土的夹持作用开始减小,桩侧上部侧摩阻力增大;桩侧下部侧摩阻力在多重应力叠加作用下呈减小趋势,不同位置的桩侧摩阻力影响范围有差异;用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力是可取的;当沉降与桩径的比值超出1%后,承台分担荷载的比例逐渐增大,群桩分担荷载的比例减小。     

砂土中单桩竖向抗压承载机制的离散元分析

将单桩视为平面问题,采用二维离散单元法分析了砂土中单桩竖向抗压承载机制。首先利用离散元模拟地基的形成、挖孔灌注桩的成桩过程以及地基土的双轴压缩试验;然后通过离散元模拟单桩竖向抗压静载试验,分析其承载机制。结果表明：随着桩的沉降增大,桩端阻力一直增大,桩侧摩阻力先增大后达到稳定值;单位桩长侧摩阻力从桩顶到桩端呈非线性增长趋势;当荷载达到桩的极限承载力时,桩端发生刺入破坏,导致桩侧与桩端附近土体的转动场梯度、应力场梯度增大,主应力发生大角度旋转。     

湿陷性黄土中成孔方式对桩基承载力影响试验研究

为了研究黄土地区成孔方式对桩基承载特性的影响,依托永寿至咸阳高速公路工程,对两个试验区4根试桩进行了静载试验,分析研究了不同成孔方式下桩基荷载传递规律。研究结果表明：成孔方式对桩基承载特性影响较大,黄土地区旋挖钻孔灌注桩承载力高于泥浆护壁循环钻孔灌注桩;循环钻孔灌注桩在成孔时需泥浆护壁,桩侧形成的泥皮会严重影响桩侧土体摩阻力的发挥,桩侧极限摩阻力值较小,桩端承担桩顶荷载比例较高;浸水后湿陷性黄土结构破坏,单桩承载力较原始状态有所下降;由于上覆黄土层湿陷量较小,浸水状态下桩侧土体并未产生负摩阻力。     

Prediction of load displacement response of single piles under uplift load

Load displacement response and ultimate resistance of piles in sand under uplift load are predicted by load transfer approach. The pile is divided into number of segments and assigned geometrical and material properties according to actual soil pile situation. The shaft resistance is obtained analytically in accordance with existing studies. The proposed method takes into account the length, diameter and relevant surface characteristics of pile and soil properties. The load displacement characteristics and the value of uplift capacity of vertical piles from field test have been predicted. Reasonable agreement has been found out between predicted and observed values of uplift capacity. Load transfer mechanism is capable of predicting the nonlinear variation of load-displacement response of piles.     

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。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。