静压钢管注浆微型桩承载性能试验研究

提出一种静压钢管注浆微型桩成桩工艺,包括混合注浆液(磷尾矿砂、水泥两种粉料与水混合)的配比设计与微型桩成桩施工方法。通过配比试验,分析水灰比(w/c)、磷尾矿砂与水泥质量比(s/c)对抗压强度的影响。通过现场7根短桩、6根长桩的注浆与抗压承载力试验,研究注浆液类型、两阶段注浆工艺、注浆体积与微型桩抗压极限承载力之间的关系,将实测结果与现行桩基规范及FHWA(Federal High Way Administration)微型桩施工手册和施工指导手册的计算结果进行了比较,研究结果表明,混合注浆液比水泥净浆早期硬化快,28d强度相当,配比为w/c=0.6、s/c=0.5时可以满足强度与注浆工艺要求;注浆后微型钢管桩抗压极限承载力提高了75%~150%;注浆量为3倍钢管体积的微型桩,极限承载力实测值约是现行规范计算值的1.33倍,与FHWA计算结果接近。     

现浇薄壁管桩(PCC)沉桩试验研究

现浇薄壁管桩是一种处理大面积软土地基的专利技术，研究历史相对较短。结合现浇薄壁管桩在盐通高速公路及上海北环高速公路中的应用，通过现场试验对现浇薄壁管桩沉桩拔管速度、混凝土材料塌落度、沉桩过程对场地土性影响及沉桩挤土效应进行的研究，得出了优化的工艺技术参数；沉桩观测表明，现浇薄壁管桩存在一定的挤土效应，但在目前的设计间距下不会对邻桩构成影响，该研究成果对工程实践具有重要的指导意义。     

基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术（简称PIV）,开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料,与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场,通过CCD（charge-coupled device）电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验,并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后,将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析,验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究;楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。     

静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。     

包裹碎石桩承载特性试验研究

为了研究包裹碎石桩的承载机制,开展了室内模型试验,对不同套筒长度和刚度的包裹碎石桩承载力、端阻力、变形和破坏情况等进行了分析。试验中利用自制的桩体径向变形测量仪监测了桩体的径向变形情况。试验结果表明：当桩体支承在坚硬土层时,全长包裹碎石桩有效提高碎石桩的承载力和刚度,且采用弹性模量较大的土工材料套筒,包裹碎石桩的极限承载力和刚度也较大,部分包裹碎石桩（包裹长度为0.6倍桩长）相对于碎石桩优势不明显。这是因为部分包裹碎石桩和全长包裹的承载特性、变形特点和破坏模式均存在差异。全长包裹碎石桩传递至桩底端的荷载大于部分包裹碎石桩和碎石桩的。与部分包裹碎石桩和碎石桩比较,全长包裹碎石桩桩身变形分布较为均匀,同一应力作用下,桩身最大径向变形量较小。此外,全长包裹碎石桩刺入顶部褥垫层发生破坏,而部分包裹碎石桩发生鼓胀破坏。     

沉埋桩加固滑坡体模型试验的三维有限元模拟

为了研究沉埋桩加固滑坡的力学机制,兰州中铁西北研究院完成进行了5组沉埋桩的室内大型物理模型试验。在沉埋桩加固滑坡体的模型试验中,坡体不同部位的桩所受到的推力有显著差别,呈现明显的的空间效应,因此不能等同于平面应变问题。对多组模型试验进行了三维非线性有限元模拟,数值模拟结果与试验数据相近,证明有限元方法可以用于沉埋桩的设计。     

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。     

考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降解析

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上,根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式,基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为,采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用,提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证,研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明,沉桩效应对桩周土体起到挤密作用,使得桩周土体的强度和刚度增大,从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小,使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。     

预制桩沉桩过程对桩周土的性质影响分析

随着城市建设的快速发展,预制桩因其良好性能广泛的应用于工程中。针对预制桩沉桩对桩周土的影响,本文利用室内模型实验和有限元大变形法模拟,分析桩周土的孔压场和应力场的变化。发现预制桩沉桩过程中,在相同深度下距离桩轴越远,桩周土超孔隙水压力越小但消散的越快,其影响半径大约为10倍桩径,在深度方向也有相似的规律;沉桩时桩周径向的挤压重塑主要发生在距离桩周1倍桩径范围内,位移场的影响范围约为5倍桩径;沉桩时会产生较大的侧向挤压应力,应力场的影响范围约为7.5倍桩径。     

基于刚性承台群桩沉降的可靠度研究

针对在总结目前的群桩可靠度设计理论完全是基于承载力,提出了对于超大超长群桩基础采用基于沉降的可靠度设计概念,其中沉降计算模式考虑了桩身压缩以及桩端刺入量。在讨论了计算参数的分布规律后,用蒙特卡罗方法进行了可靠度指标的计算。通过一个算例表明,荷载水平增加会导致群桩可靠度指标急剧降低;可接受位移增加,可靠度指标增大,但这种趋势逐渐变缓。     

低承台扩底楔形桩群桩效应系数研究

基于模型试验方法,开展砂土中竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩桩-土相互作用模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-沉降关系曲线、桩端阻力以及桩身轴力等分布规律,同时开展扩底楔形桩单桩竖向承载特性试验作为对比分析。结合JGJ94规范规定的承台效应系数和群桩效应系数,对扩底楔形桩群桩竖向极限承载力进行了理论计算分析。研究结果表明,文中试验条件下竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩的综合效应系数分别为1.16和1.10;无承台作用下2×1和2×2扩底楔形桩群桩的群桩效应系数分别为0.95和0.88;理论计算中扩底楔形桩承台效应系数和群桩效应系数可以参照等直径桩的相关规范取值。     

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

层状地基群桩沉降研究

考虑了桩的加筋与遮帘效应,通过剪切位移法依据力与位移的协调条件得出桩的柔度系数。在此基础上建立土的成层性模型,根据桩顶与桩底的物理关系推导了桩顶沉降与荷载关系的解析解。通过工程算例进行比较,结果表明, 以土层状模型建立的群桩沉降计算方法是可行的。分析表明, 加固区土层不同分布对桩沉降有所影响,浅部土模量的提高有利于减小沉降。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基沉降简化计算研究

PCC桩是一种主要应用于软土地基处理的刚性桩。以PCC桩复合地基为研究对象,基于PCC桩-土-垫层所组成的一个工作体系,考虑桩-土-垫层体系的工作特性及相互影响,对PCC桩进行分析提出了一种PCC桩复合地基模量计算方法,进而推导出PCC桩复合地基的桩土应力比、沉降简化计算公式。同时,运用工程实例进行验证。计算结果说明提出的解答是合理的,能够满足实际要求。     

高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析

以具体工程为背景,以准确翔实的承载力与沉降量实测资料为依据,以高压旋喷桩复合地基的承载力、沉降量实测值与计算机值进行了对比与分析。结果表明，旋喷复合地基载荷试验时承压板下桩数不同，测得的复全地基承载力也不同，承压板下桩数越多，所得的承载力标准值越低；高压旋喷桩的加固深度与承台宽度的比值I/B对复合地基沉降量的计算机有较大影响；用分层总和法计算机复合土层的沉降量时，复合压缩模量的不同计算方法，会使计算结果出现较大差异。     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

基于黄河冲洪积地层试桩试验优化 桩基承载力设计的研究

以山东东营某工程为例,基于黄河冲洪积地层试桩试验成果,对试桩试验、试桩单桩极限承载力实测值与预估值相差较大（6.36%～20.19%）的原因进行分析。建立在相同桩顶标高（-5.7 m）条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高（可以换算成桩长）的关系曲线,对工程桩桩基承载力设计方法进行优化。根据桩基检测结果,优化后的工程桩在相同桩长、桩径条件下单桩极限承载力实测值与预估值承载力相比提高约10%,达到发掘地质条件的潜力、减少桩数、节省工程造价的目的。相关试验方法、优化桩基承载力设计的方法可为类似地质条件的工程设计及建立区域桩基承载力数据库提供借鉴。     

大直径钢管桩承载力的非线性分析

推导了砂土地基中闭口管桩的沉桩影响半径以及刚性桩的横向承载力（矩）。通过使用MATLAB程序对单桩轴向刚度的分析,得出了其与桩周单位深度土的等效刚度系数、桩端土的等效刚度系数、钢管桩的壁厚、桩径、桩长、桩身弹性模量等参数之间的一些关系,从而为此类桩的优化设计提供了理论依据。在此基础上通过桩身荷载传递的双曲线函数模型以及相关参数,在已知（假定）桩身压缩量的情况下求出相应的桩顶轴力。     

垫层对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响研究

根据静载荷试验和数值模拟的结果,研究垫层厚度对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响规律。针对珠海地区广泛存在的淤泥质土,进行了天然地基和4种垫层厚度的水泥土搅拌桩复合地基现场静载荷试验。在地基中预埋沉降管和沉降磁环,利用带刻度的探头感应加载过程中沉降磁环位置的变化,获取地基的分层沉降量,据此分析复合地基的沉降规律。在现场试验的基础上,对水泥土搅拌桩4桩复合地基进行了数值分析,将数值计算得到的不同垫层厚度复合地基中桩、土的分层沉降进行比较,结果表明垫层的设置减小了桩的沉降量,但过厚的垫层不能够有效地提高复合地基的承载力,反而会增大沉降。建议对褥垫层厚度的选取,除了要综合承载力和沉降两方面因素之外,还要考虑实际的地质条件。垫层厚度可取20～40 cm,当淤泥层位于桩身中部以下取高值,位于桩身中上部取低值。