基于自平衡试桩法大直径嵌岩桩尺寸效应分析

基于自平衡测试技术,通过现场的原位测试方法,对大直径嵌岩桩的尺寸效应进行了研究,内容包括桩径尺寸和嵌岩深度变化以及桩端阻力尺寸效应的影响分析等。从测试结果来看,嵌岩桩也存在一定程度的尺寸效应现象。当其他条件一定时,随着桩径的增大,桩侧阻力存在着减小现象;在同一种岩层的情况下,随着嵌岩深度的增大,桩侧阻力发挥也并不相同,嵌岩深度越大,桩侧阻力发挥也越小。实测结果表明,桩周岩石的特性变化对桩侧阻力影响最大,岩石抗压强度越高,桩侧阻力也越大。此外,桩径的变化对桩端阻力的影响更为明显。因此,在大直径嵌岩桩的设计中应注意尺寸效应对桩基承载力的影响。     

桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法

目前超长灌注桩普遍应用于大型桥梁、超高层建筑工程中,且常采用桩端后注浆技术,但其桩侧极限摩阻力的确定尚未有切合其实际特点的方法。大量现场实测数据反分析表明,采用 法计算时,存在桩侧土压力大于土层静止土压力的现象。在探讨桩侧土压力增大机制的基础上,对 法进行改进,建立了桩侧土压力确定方法,并给出了桩侧土压力系数的取值公式。工程实例计算结果与试桩实测结果比较分析表明,所建立的桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法具有合理性与可行性。     

黏土中超大直径钢管桩内侧摩阻力研究

随着当前海上风电装机容量逐渐增加,超大直径钢管桩基础得到了广泛应用。桩径的增加改变了桩-土相互作用模式,现行规范中钢管桩内侧摩阻力计算方法的适用性有待商榷。通过离心模型试验,采用双壁板桩和管桩模型揭示了黏土中有限范围土压力与不同桩径的内侧摩阻力发挥规律;采用有限元数值分析方法,开展了内侧摩阻力发挥规律的影响因素分析,建立了钢管桩内侧摩阻力计算方法,并与离心机试验结果进行了对比验证。结果表明：随着桩径增大,桩内壁土压力增大,内侧摩阻力也随之增大,并沿桩深呈指数型分布,其发挥范围为距桩端5倍桩径以内;提出的钢管桩内壁侧摩阻力计算方法与离心机试验结果吻合良好。     

桩端压浆对超长大直径桩侧阻力的影响研究

桩端压浆可大幅提高超长大直径桩侧阻力,且桩侧阻力的提高成为桩承载力提高的主要原因。桩土间存在一个软弱层（泥皮层）,浆液在压力作用下总是沿着软弱面向上运动,并对桩侧土产生挤压,在使桩径扩大的同时,亦对桩周土体进行加固,从而使桩侧摩阻力提高。根据超长大直径桩工程实例的静载荷试验、标贯试验及CT检测结果证明,压浆后在桩端以上一定范围内桩周土强度提高,桩侧阻力提高12.39 %～52.87 %,侧阻力增量占总增量比例达56 %～88 %。     

扩底抗拔桩桩端阻力的群桩效应研究

通过颗粒流数值模拟,从桩端阻力随上拔位移的发展与桩端周围土体颗粒位移表现等角度,研究了扩底抗拔桩端阻力的群桩效应问题。研究比较了单桩（墩）与群桩（墩）的抗拔性状以及不同墩距下中心墩与边墩阻力随上拔位移发展的情况。研究表明,在归一化上拔量 0.1时,单桩（墩）与群桩（墩）的上拔特性无明显差别;此后,随着上拔位移的发展,单桩（墩）的上拔端阻力要大于群桩中的桩（墩）的端阻力,桩（墩）周围土体颗粒的相互影响开始显现。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩（墩）中中心桩（墩）的端阻力要略大于边桩（墩）。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩中边桩的桩端阻力较中心桩的要大,而群墩中边墩的墩端阻力较中心墩要小,体现了桩身侧限对抗拔桩群中端阻力发挥的影响。随着墩距的增大,在较大的位移量以后群墩才与单墩的受力有显著差别。     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

桩端岩土强度提高对超长桩桩身总侧阻力的强化效应研究

基于5个场地中共15根超长桩的现场对比试验和2根超长桩的对比弹塑性数值模拟,分析了超长桩桩端岩土强度提高对桩身总侧阻力的影响。发现桩端沉渣厚度减小或无沉渣,超长桩桩身总侧阻力提高29.86 %～112.17 %;桩端注浆后,超长桩桩身总侧阻力提高33.07 %～66.95 %;桩端入硬层或基岩后,超长桩桩身总侧阻力提高23.34 %～235.65 %。结果表明,和一般桩（即短桩和中长桩）一样,桩端岩土强度提高同样能使超长桩的桩身总侧阻力得到强化。     

不同桩底地层超长桩工作性能的数值模拟

超长桩在大型桥梁和高层建筑中得到了越来越广泛应用。以某超长桩基础工程为例,采用三维有限元法分析了桩底地层对超长桩工作性能的影响。土体本构关系采用邓肯-张双曲线非线性弹性模型,混凝土、岩石采用线弹性模型模拟,桩土界面采用有厚度的薄单元模拟。结果表明：桩底地层不同时,桩端阻力和桩侧阻力的比例不同,但承载性状仍属摩擦型桩;桩顶极限荷载不同,但桩身失稳时的极限沉降基本相同;桩端阻力的发挥程度不同,但桩基失稳的原因都是桩侧土体的破坏。     

利用标贯击数估算静压桩的沉桩阻力

选用最易获得的标准贯入试验锤击数估算静力压入桩的沉桩阻力,提出了经验公式。对桩端阻力、桩侧阻力在土层中的变化等计算的细节问题进行了讨论,并编制了计算结果可视化的程序。2个工程实例的计算结果表明,用标贯锤击数估算静压桩沉桩阻力的方法是可行的,计算出的压桩力满足工程精度要求,可以方便的用于判断沉桩可能性、估算承载力、选择沉桩设备等。     

基于光纤光栅传感技术的静压沉桩贯入特性及影响因素研究

针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况,基于光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感技术,考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径,研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律。通过静压沉桩模型试验,分析了桩端形式、桩径、沉桩深度等因素对沉桩阻力、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力的影响规律。研究结果表明:FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性。沉桩结束时开口和闭口试桩的桩端阻力分别约占沉桩阻力的66.7%、59.5%。沉桩过程不可忽略开口土塞效应和桩径对沉桩阻力的影响。桩身轴力的分布形式不会因桩端形式而发生改变。桩径140 mm试桩的桩身轴力传递性能优于桩径100 mm试桩,两试桩桩身轴力递减率分别为40.8%、34.2%。开口试桩内管和外管桩身单位侧摩阻力最大值分别为1.67、4.83 kPa,均小于闭口试桩。贯入深度为90 cm时桩身单位侧摩阻力最大值随着桩径增加而增大,同一深度桩径越大桩身单位侧摩阻力"侧阻退化"越明显。入土深度为30 cm时两不同桩径桩身单位侧摩阻力减幅相差0.93 kPa。确定静压贯入沉桩阻力时考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

Vertical loads effect on the lateral pile group resistance in sand

Vertical loads effect on the lateral response of a 3×5 pile group embedded in sand is studied through a two-dimensional finite element analysis. The soil-pile interaction in three-dimensional type is idealized in the two-dimensional analysis using soil-pile interaction springs with a hysteretic nonlinear load displacement relationship. Vertical loads inducing a vertical pile head displacement of 0.1-pile diameter increase the lateral resistance of the single pile at a 60 mm lateral deflection by 8%. Vertical loads inducing the same vertical displacement applied to a pile group spaced at 3.92-pile diameter increase the overall lateral resistance by 9%. The effect on individual piles, however, depends on the pile position. The vertical load decreases the lateral resistance of the leading pile (pile 1) by 10% and increases the lateral resistances of piles 2, 3, 4, and 5 by 9%, 14%, 17%, and 35%, respectively. Vertical loads applied to the pile group increase the confining pressures in the sand deposit confined by the piles but the rate of increase in those outside the group is relatively small, resulting in the difference in a balance of lateral soil pressures acting at the back of and in front of the individual pile.     

单桩不同加载条件下有限元模拟及侧摩阻力分析

采用弹塑性有限元法,结合岩土体结构特征,应用接触单元模拟桩土之间的不连续面,分别对单桩传统静载加载方式和自平衡加载方式进行数值模拟。自平衡加载方式的数值模拟结果与实际自平衡测试结果吻合较好,说明选取的模型和参数比较合理。进而采用此模型和参数,对传统静载加载方式进行数值模拟,得出桩上部荷载传递过程中桩及桩周岩土体应力及位移,求出各单元的应力应变,确定出桩侧法向应力,结合桩土之间摩擦试验的参数,根据莫尔-库仑理论求出桩侧摩阻力。最后将有限元数值模拟和自平衡实测侧摩阻力值进行对比,验证了在选用合理的模型和物理力学参数的基础上,有限元计算的侧摩阻力值和实测值较吻合,通过有限元方法计算获得的单桩侧摩阻力值具有一定的可借鉴性和实用性。      

复合桩基重复加卸载过程中侧向约束桩变位规律试验研究

复合桩基上堆载可能引起侧向约束桩侧移,导致侧向约束桩和复合桩基失稳破坏。采用室内模型试验研究复合桩基重复加、卸载过程中侧向约束桩水平变位规律。结果表明：（1）复合桩基上加载时,侧向约束桩的桩身侧移沿深度先增大、后减小、存在峰值,峰值随加载增大而增大,出现在距离地面0.4倍地面以下桩长处,峰值位移与桩顶（或地面）处位移的比例系数和发生侧移的桩身长度随荷载增大而增大;（2）复合桩基上重复加、卸载时,侧向约束桩的桩顶侧移随桩间距增大而增大,弹性变形则变小。中桩侧移比边桩大。桩顶侧移增长率随重复加载次数增加而减小。若荷载超过首次加载的最大荷载,侧向复合地基上加载-桩水平位移曲线将回到首次加载曲线的延长线,具有记忆效应。第 次卸载曲线与第i次卸载曲线线型相似且相互平行。每次卸载的初、中期,荷载的减小不影响桩顶侧移,只有卸载到最后1～2级时,侧移才开始减小,直到永久塑性变形。侧向约束桩的顶部水平位移回弹曲线特征与岩石或土在垂直加、卸载作用下的回弹曲线相似。     

液化土层中桩基水平承载特性分析

通过桩土相互作用的振动台模型试验,获得了不同相对密度的砂土在振动液化过程中桩身弯矩随土层振动累积孔压的变化关系。进而通过拟静力方法,确定了土层液化过程中的衰化p-y曲线,并计算出桩身弯矩的分布。计算结果与实测结果的比较分析表明：若土层的振动累积孔压比ru≤比≤0.2时,桩的水平承载能力没有明显降低。当土层的振动累积孔压比ru≥0.8时,若土层的相对密度Dr≤40 %,桩的水平承载能力降低90 %;若土层的相对密度Dr≥50 %,桩的水平承载能力降低75 %。     

考虑竖向摩阻力的抗滑桩嵌固段内力计算

抗滑桩变形过程中产生的竖向摩阻力可以形成反力矩,有助于抵抗滑坡推力,现对竖向摩阻力对抗滑桩嵌固段内力及变形的影响进行研究。在弹性地基系数法K法和小变形假设的基础上,假定竖向摩阻力与桩岩相对位移成正比,建立考虑竖向摩阻力的抗滑桩受力模型及其挠曲变形微分方程,并推导其求解过程。通过马家沟Ⅰ号滑坡抗滑桩实例计算,分析了竖向摩阻力对抗滑桩内力及变形计算的影响。竖向摩阻力形成的反力矩能减小抗滑桩的变形及内力,对抗滑桩剪力的影响最大,水平位移次之,对弯矩影响最小。考虑竖向摩阻力的抗滑桩计算模型能改善目前抗滑桩设计中剪力计算过大的问题,使抗滑桩设计更为合理。     

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。