桩-土界面特性对砂土地基中抗拔桩承载特性影响的模型试验研究

针对砂土地基中不同L/d的抗拔桩进行了模型试验,模型桩采用了3种不同界面,结合界面剪切试验探讨了桩-土界面特性对抗拔桩荷载-位移曲线、极限承载力及残余承载力的影响,得到了以下几点结论：模型桩长径比L/d不同时,每种界面抗拔桩荷载-位移曲线是类似的,光滑钢桩上拔力达极限承载力后保持不变,粗糙界面模型桩上拔力达极限承载力后降低,直至达残余承载力;抗拔桩达极限承载力时的静止土压力系数K受桩-土界面粗糙程度的影响,界面越粗糙,K值越大;界面越粗糙,抗拔桩残余承载力与极限承载力的比值越小,该比值随L/d的变化较小;对于粗糙界面抗拔桩,残余承载力与极限承载力的差别一部分是由于桩-土界面摩擦角的降低引起的,另一部分是抗拔桩达到极限承载力后作用在桩表面上的水平土压力降低引起的。     

土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定

为全面探究土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力,结合工程岩土参数及试验数据,运用Flac3D数值分析软件对其进行数值模拟分析,即可得到土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力。基于被动状态下的Kotter极限平衡方程式求解土层提供的抗拔力,根据岩石强度,基于Hoek-Brown破坏准则求解抗拔桩嵌岩端岩体的抗拉强度,从而可计算得到嵌岩端岩体的抗拔力;由静力平衡原理,叠加土层及嵌岩端岩体提供的抗拔力及破坏锥体重量,即可得到土岩组合岩体中嵌岩抗拔桩的极限承载力理论解析式。在嵌岩深度较小的情况下,该解析式的理论计算值与数值模拟分析值相接近,但随着嵌岩深度的增加,理论计算值会偏离数值计算值。故结合数值模拟试验值,对提出的极限承载力理论解析式作进一步的修正,得到修正后的极限承载力解析式能反映嵌岩端岩石风化程度、嵌岩深度、土层厚度、桩长对极限承载力的影响。运用修正后的解析式对该地质条件下不同抗拔桩的极限承载力计算表明：数值模拟结果与理论计算结果相吻合,说明所建立的抗拔桩极限承载力解析式的方法是可行的。同时,运用该方法可确定类似工程中嵌岩抗拔桩的极限承载力。     

上覆土嵌岩扩底桩抗拔承载特性离心模型试验及计算方法研究

随着我国西部输电线路工程的快速发展,杆塔基础抗拔问题日益突出,岩体的破坏模式、极限抗拔承载力的计算方法都是目前亟待解决的关键问题。根据离心模型试验结果,分析了岩体破坏模式、荷载-位移曲线、桩身轴力分布和桩侧摩阻力曲线。基于试验结果对岩体破坏形状进行无量纲化处理并拟合,得到了统一的函数描述形式。在此基础上,利用极限平衡法推导出上覆土嵌岩扩底桩极限抗拔承载力的计算方法,并对该计算方法作了简化分析,将积分计算值和简化计算值分别与离心模型试验结果进行对比。研究结果表明:上覆土嵌岩扩底桩的软质岩破坏模式为喇叭型曲面,可用统一的幂函数形式进行描述。简化计算方法的结果与离心模型试验结果吻合良好,提出的新方法对西部山区杆塔基础的抗拔设计具有参考和应用价值。     

嵌岩抗拔桩作用机制研究

嵌岩抗拔桩广泛应用于现代化建设的各个领域,但就其作用机制研究来说还有待进一步完善,关于其荷载传递特性、侧阻力分布规律及其影响因素等还存在许多模糊认识。以剪滞模型为基础,通过理论分析和验算,讨论了抗拔桩侧阻力分布规律、荷载-变位特性。结果表明：当抗拔荷载低于弹性极限抗拔时,桩侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈线性变化;当抗拔荷载大于弹性极限抗拔荷载时,桩侧阻力分为两段,其中脱黏段上侧阻力均匀分布,黏结段上侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈非线性规律变化。     

嵌岩抗拔桩承载性状研究

嵌岩桩抗拔承载性状的研究目前仍较缺乏。运用灰色系统理论和非线性有限元方法,探讨了桩径、桩长、嵌岩深度对嵌岩桩抗拔承载眭状的影响规律。结果表明：桩径对嵌岩桩抗拔承载力的影响最大,嵌岩深度次之,桩长最小;桩径和嵌岩深度在一定范围内与桩抗拔割线刚度呈非线性递增关系,桩长则与之呈非线性递减关系。     

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。     

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。     

沉管挤密抗拔防浮碎石桩的抗拔承载力计算分析

基于现场试验检测结果,分析了沉管干振挤密抗拔防浮碎石桩在砂土中的抗拔破坏模式和应力传递机理,运用极限平衡原理研究了抗拔承载力,得到了极限抗拔承载力计算公式,并利用公式对工程实测结果进行了分析比较,表明两者较为一致。现场试验表明,未达破坏荷载前,抗拔碎石桩的抗拔承载力与变形有较明显的线性关系;抗拔碎石桩破坏性状明显,能明确得到抗拔碎石桩的破坏荷载。     

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。     

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。     

自平衡与传统静载试桩法模型试验研究

自平衡试桩法相较于传统静载试桩法而言具有方便、经济、适应性强等优势,但该法一直备受争议。为研究自平衡与传统静载试桩法荷载传递规律的差异及原因,进行了花岗岩残积土中相同边界条件下自平衡试桩、静压试桩、抗拔试桩室内模型试验。通过桩身所贴电阻应变片,获得了各级荷载下桩身不同位置的应变值,对单桩极限承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布进行分析。研究表明:(1)花岗岩残积土中,自平衡上段桩与抗拔桩在达到极限承载力时,呈突发性破坏;(2)模型试验对比分析得出花岗岩残积土中桩侧摩阻力转换系数?为0.573;(3)底托和顶拔两种加载方式测得的单桩抗拔极限承载力相当;(4)荷载从加载端向另一端传递,各试桩桩侧摩阻力较大值所在位置不同,自平衡上段桩与抗拔桩在桩身下部,静压试桩在桩身中部。     

考虑基岩层面影响的水平受荷嵌岩桩模型试验研究

西南地区常见碎石土-基岩斜坡地基,在此类地基上的嵌岩桩基础,其上覆土层、嵌固段基岩多为倾斜。然而岩石试样中结构面倾角改变时,岩石试样的强度也随之发生变化。故当嵌固段基岩存在层面且层面具有倾角时,往往对桩基的水平承载特性影响很大,所以基岩层面是影响嵌岩桩水平承载性能的主要因素之一。本文采用物理模型试验,通过改变嵌固段基岩层面倾角,得出嵌固段基岩不同层面倾角对于桩顶位移,桩身内力的发展规律,进而研究其对水平受荷嵌岩桩承载性能的影响。试验结果表明:在碎石土-层状基岩斜坡地基场地中,嵌固段基岩存在层面会降低嵌岩桩水平承载性能。相对于完整基岩,嵌固段层状基岩存在水平层面时,临界荷载下降了17%、最大弯矩值下降了23%、最大剪力值下降了37.5%;而嵌固段基层层面为倾斜时,嵌岩桩水平承载性能下降的更多,且层面倾角为逆向30°时比顺向30°更加不利于嵌岩桩的水平受荷;桩身最大弯矩点与最大剪力点位置随嵌固段层状基岩倾角变化影响比较小,最大弯矩点位置几乎没有变化,最大剪力点位置在嵌固段基岩层面为顺向30°与逆向30°时下降了1倍桩径。该项研究可为在不同层面倾角下的层状岩体斜坡地基上受水平荷载的嵌岩桩设计作一定的指导。     

钙质砂中单桩轴向抗拔模型试验研究

针对取自南沙群岛的钙质砂,通过室内模型试验对钙质砂中单桩轴向抗拔承载特性进行研究,讨论了地基相对密实度与桩基埋深对于其抗拔承载力的影响特征。结果表明,在一定范围内,增大地基相对密实度和埋深均能显著提高桩基的承载能力;降低相对密实度或埋深不仅会降低其承载能力,也会增加其在同级荷载下产生的变形;模型桩的桩身轴力从桩顶随深度增加而逐渐降低至0;相对密实度的增加不仅能提高极限桩侧摩阻力的大小,还会在一定程度上影响桩侧摩阻力的分布形式;0.1倍的桩径可以看作是模型桩出土破坏的临界位移量。     

非挤土嵌岩预应力高强度混凝土管桩的桩端承载性能研究

施工装备和工艺的不断创新使得非挤土嵌岩预应力高强度混凝土（prestressed high-strength concrete,简称PHC）管桩逐渐得到推广和应用。为揭示嵌入中微风化岩PHC管桩的桩端承载机制,以随钻跟管工法桩为背景,基于泥质粉砂岩地区5组桩径为500 mm的PHC管桩桩端现场静载破坏性试验,分析了不同条件下嵌岩PHC管桩的桩端承载性能及宏观破坏模式,并提出桩端承载力计算方法。试验表明：对于采用敞口桩靴的PHC管桩,未封底时,敞口桩靴削弱了PHC管桩桩端承载性能,呈现刺入岩基的破坏,极限荷载下桩端沉降为11～15 mm;混凝土封底后,显著提高了桩端承载性能,极限承载力较非封底时提升340%,封底混凝土和桩靴的桩端阻力分担比分别为78%和22%,桩端呈整体剪切破坏。基于Hoek-Brown强度准则,提出了嵌岩PHC管桩桩端承力简化计算方法,计算精度得到了试验验证,可供非挤土嵌岩PHC管桩的设计与施工参考。     

突变理论与比能对比法推定既有基桩极限承载力的方法与应用

为进一步挖掘既有基桩竖向承载力,根据既有工程试桩荷载–位移曲线和基桩承载性状,应用最小二乘法原理推导出试桩的荷载–位移曲线方程,并拟合出荷载–位移曲线延伸段。在此基础上,为推定基桩竖向极限承载力,引用突变尖点法和比能对比法原理,将桩土系统比能作为突变判据,利用试桩荷载–位移曲线方程求得尖点突变比能曲线及突变点比能,并与桩侧土层平均抗剪强度进行对比,判别桩土临界破坏状态。研究表明,通过桩基比能函数方程形成桩顶变形–分级加载值曲线,根据突变理论,推定基桩竖向极限承载力,物理意义明确,可为既有基桩实际竖向极限承载力的推测和工程试桩最大加载值的确定提供理论依据。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

螺旋桩基础抗拔试验研究

异型的桩体几何形式增加了抗拔螺旋桩的桩土相互作用复杂性,抗拔试验研究有利于了解螺旋桩基础的承载机制和影响因素。通过16次原型桩抗拔试验,实测了单桩上拔荷载-位移曲线（U-Z曲线）,该曲线表现出多拐点、渐进型特点,采用单位荷载的桩顶位移变化率、桩顶位移增量以及结合地基变形特征的方法判定了3种桩型的抗拔极限荷载。用U-Z曲线、lgU-Z曲线和P/Pu-Z曲线初步分析了桩体埋深、深宽比、首层叶片埋置深度以及叶片距宽比等参数对螺旋桩基础抗拔承载性状的影响。试验表明,抗拔螺旋桩的埋深、首层叶片埋置深度和叶片距宽比存在临界点,影响桩土的工作性状和破坏模式。     

软土地基中扩底抗拔中长桩的极限承载力分析

扩底抗拔桩的研究和应用以短桩居多,并且大都以砂土或软岩为持力层,对于软土地基中扩底抗拔桩的承载力研究较少。基于扩大头局部剪切滑移面假设的极限平衡法,推导出扩底抗拔中长桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式;结合有关工程实例的原位试桩结果,对扩大头影响高度进行了确定,同时还探讨了所提出方法在超长桩中的适用性。研究结果表明,提出的简化分析方法能合理地揭示上海软土地区扩底抗拔中长桩的破坏机制,并获得承载力变化的一般规律。     

软土地区超长抗拔桩成桩选型研究

对软土地区长抗拔桩中常用的常规直桩、扩底桩、注浆直桩的承载力性状进行了比较分析,研究了不同桩型的荷载传递规律和承载力提高机理,并引出其荷载一位移的理论计算公式,认为抗拔桩存在“有效桩长”。通过对某沿海城市不同超长抗拔桩的现场抗拔试验,分析比较了各种桩型在30mm上拔位移控制值下的单桩承载力和桩侧摩阻力分布规律,认为超过“有效桩长”的设计是不经济的,注浆直桩可以提高安全系数,宜优先选用注浆直桩。     

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%。