基于试验的群桩基础承载性状研究

基于所收集到的群桩基础的试验资料，对群桩基础的一些承载性状进行了总结，主要包括：群桩基础的沉降、低承台的“削弱效应”与“增强效应”、群桩的荷载-沉降曲线(Q-s)、疏桩群桩基础等。     

螺旋群桩基础承载性状试验研究

根据螺旋群桩现场静载试验结果,分析了螺旋群桩基础承载性状的影响因素,讨论了极限荷载下群桩几何参数对螺旋群桩的桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,螺旋群桩承载性状受到相邻桩的叶片距离以及首层叶片到承台底面间的桩长度影响明显。在叶片桩距比（桩间距比叶片直径）小于2时,螺旋群桩静载试验的荷载-位移曲线呈缓变形,无明显的拐点,群桩破坏属于整体破坏。同时,螺旋桩的叶片有助于减小承台下桩间土变形活动区的高度,增强了桩-土-承台的相互作用,减小了群桩基础沉降量。     

大规模超长群桩基础工作性能的数值模拟

超长桩基础在土木工程中的应用越来越多,但对其工作性状的研究相对滞后。以某超长群桩基础工程为例,用三维非线性有限元方法分析了超长单桩及群桩的工作性能。计算中桩、土和承台的有限元模型均用8节点六面体等参单元,桩-土界面用有厚度的接触面单元模拟;混凝土的应力-应变关系用线弹性模型,土体用非线性Duncan-Chang弹性模型模拟;承台施工过程用分级加荷的方法模拟,承台混凝土的硬化过程用变化模量的方法模拟。计算结果表明,超长单桩的承载性状属摩擦桩,其桩身失稳的原因是桩侧土体的破坏;在群桩基础中,不同位置基桩的工作性能不完全相同,承台周边桩的工作性能与单桩类似,而与内部桩的差别较大;现行规范中推荐的群桩效应系数和有限元计算结果间存在较大差别,表明现行规范可能不适用于超长群桩基础,对超长群桩基础的工作性能进行深入研究是必要的。     

桩基础承载转化为复合地基承载的设计与工程实践

提出了当常规桩基础中单桩承载力达不到设计要求时采用的一种有效的设计方法,并通过工程实例予以设计计算,实践证明,其具有更好的技术效果和经济效益。     

基于群桩基础沉降估算确定压缩层厚度的探讨

在现行规范中,由于桩基沉降估算模式的不同,压缩层厚度的确定方法也不完全相同。对这些方法进行归纳、总结,并通过具体的工程实例,对由不同估算模式确定的压缩层厚度及沉降估算结果进行探讨与分析,认为对于工程场地地质资料掌握较为翔实的情况下,压缩层厚度可采用变形比法确定,否则,宜根据应力比法确定。     

软土地区群桩基础承载特性研究

滨海地区存在大量的软土、淤泥和淤泥质黏土,在建筑物等外荷载作用下容易产生较大的沉降,群桩复合基础可以提高软土地区的承载力,减少建筑物的沉降。为了研究群桩基础的承载力特性,依托某软土地区高速公路实际工程,借助数值模拟手段,分别对素土、群桩条件下的承载力特性进行了分析,其中群桩工况考虑了桩间距、桩长和桩径三个影响因素。分析结果表明：相同的条件下,素土的承载力为2 300kN,群桩的承载力52 000kN。群桩可以显著提高软土的承载力,桩径、桩长和桩间距可显著影响群桩的承载特性,其中增大桩长和缩短桩间距可更好地提升承载力,施工时需要综合比选以确定最佳组合方案。     

采空区上方高速铁路桥梁群桩基础模型试验研究

目前有关采空区桥梁群桩基础的受力机制和沉降特性的研究成果还十分匮乏。以合肥－福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型进行缩尺模型试验研究。根据相似理论计算出模型相似常数,试验确定相似材料后进行模型制作,通过多级荷载试验获取了桩的内力,桩间土的应力,桩、承台、土和采空巷道顶板的沉降3大类数据,得出了模型中桩和桩间土的荷载特性和基础沉降规律。研究表明：采空区对桩承载力的影响与荷载大小成反比关系;所有桩均未出现桩侧负摩阻力,穿过采空区的桩的侧摩阻力分布重心下移程度较正常地层桩明显;采空区群桩不均匀沉降存在临界荷载值,超过此值后,采空区顶板岩土层与基础下正常岩土层的差异沉降不再增加。基于试验结果和理论分析,建立了以现有规范为基础的采空区单桩承载力计算公式和采空区群桩沉降计算公式。     

含扩径桩的群桩基础竖向承载性状数值分析

为探讨扩径缺陷桩对竖向荷载作用下群桩基础工作性状的影响,建立了一个群桩基础数值分析模型。采用三维非线性有限元/无限元方法对正常桩基础及含有浅部或深部扩径缺陷桩的群桩基础进行了一系列对比分析。分析结果初步揭示了竖向荷载作用下含扩径缺陷桩的桩基础基本工作特性,得出了扩径缺陷对群桩各桩间轴力分布及承台弯矩分布影响的基本规律性。研究成果不仅有助于认识和合理判断扩径桩的工作机制,而且对评价有扩径缺陷的桩基承载性状、选择缺陷处理技术及桩与承台的结构设计都具有重要的实际意义     

覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究

为探究覆水饱和砂土场地中土-群桩基础-桥梁结构体系动力相互作用规律,自主设计并制作了直（斜）群桩基础-桥梁结构物理相似模型,开展了不同地震动强度和不同特性地震波输入下的离心机振动台试验,分析了群桩基础-桥梁结构动力特性指标,探究了覆水饱和砂土地基超孔隙水压力发展规律和桩-土相互作用动力响应特性。研究结果表明：覆水的存在对地基土-桥梁结构体系的基本周期和阻尼影响很小,但会导致直群桩基础桥梁结构的振动幅值增加20%,而斜群桩基础桥梁结构的振动幅值降低10%;斜群桩基础模型阻尼比是直群桩基础模型的2倍。上覆水导致饱和砂土地基由受低频振动液化深度更大变为受高频振动地基液化深度更大,同时导致小震作用下促进超孔隙水压力发展,而大震作用下则反之。上覆水会增大桥梁上部结构的动力响应和桩身弯矩。上述研究结果可为覆水场地中桥梁工程抗震设计提供关键参考依据。     

软土地层高承台桥梁群桩基础横向承载特性研究

高承台群桩基础是高速铁路桥梁基础的一种常用形式,受到风、地震等荷载作用影响,常常需要承受较大的横向荷载。采用室内物理模型试验和三维有限元程序ABAQUS对软土地层中单桩、群桩的横向承载特性进行了研究,软土采用修正剑桥黏土本构模型,试验结果与有限元计算结果吻合较好。群桩研究方案包括了桩数的变化以及桩间距的变化。结果表明,群桩基础的基桩平均横向承载力（总承载力/桩数）较单桩基础显著增加,且水平荷载方向桩间距越大,其横向承载力越大;群桩基础基桩受力存在三维空间效应,不同位置基桩受力大小排序为角桩最大,其次为边桩,最小为中间桩,弯矩极值差异可达20%,群桩基础桩周土影响范围距外围基桩边缘净距离约为16D (D为桩径)。桩与桩相互影响效应对群桩水平承载不利,承台约束效应对水平承载有利。探讨了考虑上述两种效应的群桩效应系数计算方法,通过计算验证了该方法在软土地区高承台群桩基础横向承载力计算中的适用性。     

深层搅拌桩复合地基的优化设计

在满足承载力控制和沉降量控制要求的基础上,采用数值模拟的方法分析最优桩长和桩间距,完成了深层搅拌桩复合地基的优化设计,以达到满足建设需求的同时最大限度地节省建设费用的目的。根据深层搅拌桩复合地基的特点,讨论了复合地基承载力特征值的计算方法,分析了沉降量的构成,对沉降计算方法进行了探讨,并选用单位元法和分层总和法来评价复合地基加固区和下卧层的压缩性。结合深层搅拌桩复合地基的设计要素、承载力、荷载压力、沉降量等指标和具体数值参数,通过设置最优桩长和桩间距来求取满足承载力要求的最小总桩长,并通过编程实现了优化过程。通过程序计算,得到了一组满足地基承载力要求的桩长、基础底面积、置换率的最优数据组合,实现了对深层搅拌桩复合地基的优化设计。     

局部冲刷下群桩水平承载试验研究

基于典型冲刷坑形态,通过改变冲刷深度来模拟不同局部冲刷作用,对典型的9桩群桩进行了冲刷前、后水平承载试验,对相同参数的单桩进行了平行对比试验,详细分析了荷载-位移特性、桩身弯矩分布、群桩效率系数以及荷载分担比的变化规律。结果表明,随着冲刷深度增加,单桩和9桩基础水平承载力均呈现减弱趋势,水平群桩效率系数逐渐增大,承台约束作用效应更加明显,桩身弯矩增大,最大弯矩点位置向桩端移动,前排桩荷载分担比增大,中、后排桩荷载分担比减小;前排角桩受冲刷深度和水平荷载影响最大,设计时需采取有效的加强措施。     

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。     

斜向上拔螺旋桩基础极限荷载计算

斜向荷载作用下抗拔螺旋桩基础的研究选用螺旋桩为研究对象,引入了随动坐标系,并将桩-土相互作用形成的地基反力以载荷的形式施加于桩体和叶片,解决了大变形材料使用小变形弹性材料叠加原理问题,分析了斜向荷载抗拔螺旋桩基础的破坏模式,建立了斜向荷载作用下抗拔螺旋单桩和群桩基础的极限荷载估算公式,通过与螺旋群桩原型试验的极限荷载判定值的对比,斜向极限荷载估算值约为判定值的93.3 %。表明所使用的研究方法,提出的破坏模式和极限荷载计算方法比较符合实际情况,对斜向荷载抗拔螺旋桩基础工程的设计与分析有一定的指导意义。     

散粒材料压缩模量修正及群桩基础稳定性研究

天然沉积土在上覆土层重力作用下完成固结,其压缩模量大小和土层所受的前期固结压力大小直接相关。首先,分析岩土材料本构关系的主要影响因素,建立考虑模量随深度和体积应变变化的本构关系式;其次,建立桩基础稳定性问题的有限元求解格式,考虑水平荷载和下游冲刷深度对多种工况进行数值模拟分析;最后,根据计算结果,分析下游冲刷和水平荷载作用形成不对称接触边界对不同平面位置基桩受力特点,分析应力集中产生的原因及折屈失稳和整体稳定性问题。研究结果可为复杂大型工程群桩基础设计考虑桩、土及承台共同协调作用提供定量计算方法。     

群桩效应有限元分析

利用有限元方法,对竖向荷载作用下复合桩基的群桩效应进行了计算分析,讨论了桩长L、桩距与桩径之比Sa/d、桩数n、土类等对群桩效应及群桩效应系数η的影响。结果表明：复合桩基中各个基桩的极限承载力Qu及η随L增大而增大;当Sa/d小于某个数值时,Qu,η随Sa/d增大而增大;当Sa/d大于某个数值时,Qu,η随Sa/d增大而减小。群桩效应及η与土类有关;η存在极大值,随n增多而减小,但减幅不大。     

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。     

复合桩基设计与沉降分析

介绍了复合桩基的设计理论和步骤,分析了复合桩基的沉降发展过程,用Geddes应力解的分层总和法计算桩群分担荷载所引起的地基沉降,以Boussinesq应力解的分层总和法计算承台下土分担的荷载所引起的地基沉降,将二者之和近似作为复合桩基的沉降。对某住宅楼基础采用复合桩基设计,布桩数约为常规桩基设计的1/3,节约造价近35％。复合桩基最大沉降量较常规桩基设计大,但仍在基础容许沉降范围内。