桩基负摩阻力沿桩长变化的试验研究

结合中国移动甘肃定西分公司新城区移动通信综合楼项目,在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行长时间的桩基浸水载荷试验（试桩直径为800 mm,桩长26 m,试坑深度为2 m）,对不同深度下、不同范围内的桩侧负摩阻力的变化特征以及土体的沉降过程进行分析。试验结果表明,特殊浸水条件下桩侧负摩阻力沿桩身出现多个峰值,并且正、负摩阻力出现交错分布的现象,无法给出建筑桩基技术规范[1]规定的平均负摩阻力值;桩周土体沉降量亦沿桩身出现多个峰值,并且其变化趋势直接影响桩侧正、负摩阻力沿桩身交替变化的走势;中性点位置并未得出建筑桩基技术规范[1]所提供的单一参考值而是沿桩身出现了多个中性点;黄土的实际湿陷情况是分段发生湿陷的,而不是如传统观点所述在单一中性点以上突然出现整段湿陷。     

湿陷性黄土模型试验相似材料研制与单桩负摩阻力模型试验研究

湿陷性黄土模型试验相似材料一直是地质力学模型试验相似材料研制的瓶颈,限制了湿陷性黄土地区模型试验的开展。本文基于Monte Carlo方法,采用空中自由下落技术,研制出了能够模拟湿陷性黄土的模型试验相似材料。在研制出湿陷性黄土相似材料的基础上,进行单桩负摩阻力模型试验,探讨在湿陷性黄土地区广泛存在于桩基工程中的负摩阻力。研究结果表明：桩身轴力沿桩身大致呈B形态分布,中性点位于湿陷性土层与砂层的交界处。在自重湿陷作用下,桩顶的沉降远小于土体的湿陷变形,桩侧负摩阻力沿深度增大,在中性点处达到峰值。在浸水1h内,摩阻力随时间大致呈D形态分布。在整个测试阶段,负摩阻力出现了第二次峰值,曲线分布呈形态。由于负摩阻力的作用,使桩顶产生0.54mm的沉降变形。本文的研究方法和成果可为分析湿陷性黄土地区桩基的受力特性提供参考。     

桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法初探

为确定桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的合理取值,开展桩−土界面大型剪切试验,研究桩间黄土卸荷湿陷状态下桩−土界面剪切强度、剪切位移及桩−土界面法向力之间的相关关系。结果表明：在桩间土中性点深度范围内,不同竖向应力和含水率状态下的桩−土界面剪切强度可代表桩侧负摩阻力。利用卸荷量与桩侧负摩阻力互为作用力与反作用力的力学原理,并在分析卸荷量随湿陷深度和湿陷进程变化规律的基础上,提出黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法,通过对比卸荷量计算值与不同黄土地区桩侧负摩阻力现场实测值,以验证其合理性。该方法不仅为科学评价黄土卸荷湿陷特性提供卸荷作用量化手段,还为相关黄土工程的优化设计提供理论参考依据。     

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。     

竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

大直径桩桩身压缩量和侧摩阻力综合分析

为了分析桩身压缩量和侧摩阻力对大直径桩承载力的影响,通过桩基现场静载试验,获得各级荷载作用下各土层交接面处的桩身应力应变值,计算出不同土层间每1m桩身段的压缩量和侧摩阻力值。实验结果表明：各土层间桩侧摩阻力实测最大值与勘察报告值之比差别较大,其中上部土层问的摩阻力比值较小,下部比值较大。上部土层桩侧摩阻力在各级荷载作用下变化不大,而下部土层桩侧摩阻力随荷载逐级递增。由于压缩量是反映材料受力变形的物理量,虽然下部土层的摩阻力实测值与报告值比值较大,但其桩身压缩量较小,因而可以判断侧摩阻力发挥程度并估算其极限值。大直径桩的承载力主要是由侧摩阻力来提供的,因此可以通过桩身压缩量和侧摩阻力的综合分析为石家庄乃至河北地区的大直径桩承载力确定提供有价值的参考。     

深基坑开挖对坑内基桩受力特性的影响分析

基坑开挖对基桩产生一定的侧摩阻力,如果处理不当,将危及地下结构与基桩的安全使用,同时也给基桩承载力与刚度的确定带来困难。根据应力路径与应力水平对土体刚度的影响,建立了受深基坑开挖影响的桩土界面荷载传递模型,通过应力路径试验确定了界面摩擦特性参数。对不同开挖深度的影响分析,得出了基坑开挖对桩周侧摩阻力的分布、基桩刚度与承载力的影响。分析结果表明,采用覆土条件下的基桩承载力与刚度值是偏于不安全的。     

层状地基静压桩贯入过程机理试验

通过在多层软粘土地基中静力压入单桩的室内模型试验,对模型桩在整个沉桩过程中压桩力、桩动端阻力及桩动侧阻力随桩贯入深度的变化情况进行了研究,获得了桩在贯入不同土层分界面时阻力的变化规律以及桩周土体应力的分布特征。并对开口管桩和闭口管桩贯入试验情况进行了比较分析,揭示了不同桩端形式桩在贯入过程中桩动侧摩阻力的发展规律,以及分层土体中开口管桩贯入过程中土塞的变化情况。试验结果表明：在粘性土中沉桩时,压桩阻力主要来自桩端向下穿越土体产生的端阻力,而侧摩阻力较小;由于桩侧水平应力的释放使得同一深度点上的动摩阻力随着桩的下沉表现出不同程度的降低,出现摩擦疲劳。     

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应（即P-Δ效应）以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明：推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。     

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理，设计了室内物理模拟试验，对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境，实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据，研究桩基入土深度与抬升情况的关系，基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论，提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法，并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明：在土体吸水膨胀过程中，桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用；地层隆起量随着深度的增加呈线性递减，随着桩尖入土深度的增加，桩顶隆起量呈对数趋势减小，增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升；同时，基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致，表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。     

北京市轨道交通基坑工程地表变形特性

根据基坑开挖深度、地层条件的不同,对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析,研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布,地表沉降变形值较大;最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度）,黏性土地区0.20%H;地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系;地表沉降随插入比的增大而减小,黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响;北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。     

基于层间位移协调的承压水降压引起土层变形分析

承压水降压引起的地面沉降由含水层、弱透水层和潜水层的变形组成。当承压层降压时间短、弱透水层固结变形较小时,可以假设弱透水层为严格的隔水层。采用层状弹性体系理论,基于位移协调条件分别建立了单井抽水以及第三类基坑工程降水（隔水帷幕插入降水含水层）引起的土层变形分析模型,与数值模拟和现场抽水试验结果的对比,验证了文中方法的正确性。研究结果表明,上覆土层弹性参数变化对地表变形的影响可以忽略;抽水井附近的土层变形呈现“上小下大”特点,一定距离以外含水层与地面沉降大致相等,根据承压含水层降深要求,可估算出基坑外的水位降深。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

考虑隧道降水和开挖施工过程的三维地面沉降模拟

明挖法是隧道施工中常用的一种方法,但其降水和开挖施工不可避免地会引起周围地面沉降.为了防止隧道施工对周围环境及建筑物产生严重的不良影响,地面沉降控制是检验施工支护设计合理性的关键.隧道施工造成地面沉降的主要原因有降水、开挖和支护作业,以往研究大多集中于单一因素的影响分析,为使分析结果更接近于工程实际,需将三者综合考虑,...     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。     

对济南地区基坑降水引起既有地基沉降的认识

结合工程经验,对基坑降水引起的周边既有建筑地基沉降的影响因素进行了总结,针对采用分层总和法估算降水引起地基沉降公式中,对应附加应力段的压缩系数取值不准问题,提出了采用基于地层应力历史的降水引起周边地基沉降的估算方法,并结合工程实例对降水引起地基沉降进行了预测。     

深基坑降水引起周边地面沉降量值计算修正系数Ms的确定

从降落漏斗水位以上覆盖层、弱透水层的排水固结过程到多孔介质（岩土层）的压缩、水的压缩三方面分析了深井降水引起地面沉降的机理,得出降水引起地面沉降的压缩层厚度主要为降落漏斗水位以上降深范围内的覆盖层和弱透水层厚度的结论。同时收集了10个有代表性的深基坑降水工程的相关资料,通过实测值与理论值的比值,得出一批降水引起地面沉降修正系数 值（880组数据）。采用BP神经网络对这批数据进行处理,使它能在给定的输入 和输出（ ）之间,建立一种网络映射关系。利用该网络任意输入一组 值,即可得出不同 ,S对应的修正系数Ms等值线图,为类似地层的基坑降水工程,在预测不同的时间、距离的实际沉降量上具有实用价值。     

平面应变下结构性对黄土基坑稳定性的影响

鉴于以往很少考虑黄土结构性对基坑开挖的影响,针对目前普遍存在的基坑稳定性问题,开展室内平面应变条件下的真三轴试验,建立黄土结构性与强度之间关系,通过FISH语言将其引入到基坑开挖数值模拟中,分析结构性对基坑开挖的影响。研究表明,结构性参数与强度指标的变化规律与以往研究结果基本一致,表现为结构性参数与黏聚力呈双曲线关系,但参数略有不同,其受摩擦角的影响较小;结构性影响下基坑侧壁出现明显滑带,且此时连续墙的侧向位移大于不考虑其影响时的位移,坑底隆起量亦如此。研究结果对黄土基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

基坑降水引起地面沉降的实时预测

由于基坑降水引起周围土体应力的重新调整,造成基坑相邻建筑物地基不均匀沉降,情况严重则造成相邻建筑物破坏,因此对不均匀沉降量的预测具有现实意义。利用地下水动力学的非稳定流原理及土力学基本理论,介绍了基坑降水设计中引起周围地面沉降的实时预测方法,探讨了不同土层在降水过程中孔隙水压力消散对土层固结的影响,通过实例分析了公式中不同参数的取值合理性,编制了相关程序。该方法对分析、预测由于基坑降水所引起的周围地面沉降有一定参考价值。     

浙江地区软弱土深基坑变形特点及预测分析

由于影响深基坑变形的因素较多,根据基坑开挖深度等条件的不同,对浙江地区（杭州地区居多）37个深基坑工程实测数据进行了统一归纳研究,分析了在浙江软弱土大背景下的深基坑侧移曲线与周边沉降曲线的特点,得出了基坑最大侧移量与开挖深度等之间的关系。研究结果表明,浙江软土深基坑的最大侧移点在开挖面以上4 m与开挖面以下7 m之间;抛物线形沉降曲线的最大沉降一般发生在距坑边0.5倍开挖深度处;最大沉降量、最大侧移量与开挖深度呈线性增长;最大侧移量与最大沉降量的关系受土质影响较大。进一步根据实测统计数据,结合软弱土基坑侧移曲线特点,提出了一种预测基坑侧移曲线的方法,该法预测基坑侧移量与实测值较为吻合。