软基路堤拓宽静压PHC管桩挤土效应现场试验

PHC（prestressed high-strength concrete）管桩近年来被广泛应用。PHC管桩为挤土沉桩模式,沉桩过程引起的挤土效应对周围环境产生不利影响并对其可打性和承载特性有重要影响。结合广－清（广州至清远）高速公路扩建工程,通过现场监测超静孔隙水压力和土体水平位移,进行PHC管桩挤土效应研究。水平位移利用固定式测斜仪测量,孔隙水压力使用振弦式孔压计测量,并使用自动系统进行数据采集。研究发现,沉桩过程中引起的超静孔隙水压力变化随深度增加近似呈线性增长,水平方向随距离的增加而减小;挤土效应产生的土体水平位移随距离的增大而减小,随深度增加而减小;挤土效应滞后现象明显,可导致成桩后的桩体倾斜;拓宽地基场地上管桩施工对老路地基影响小,场地条件对沉桩挤土效应影响大,老路路堤对垂直于路基方向的水平位移有约束作用。     

饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究

饱和软黏土地基中静压桩挤土效应是岩土工程中常见的问题。监测土体侧向位移、孔隙压力、地面隆起随压桩过程变化的规律是很多研究者希望实施的计划。在饱和软黏土地基中进行了3根足尺静压桩的压入试验,重点监测了沉桩时的侧向位移随深度和距桩轴不同距离、地面隆起量随桩的贯入深度和距桩轴不同距离、孔隙压力随桩的贯入深度和时间的变化规律,并分析了超静孔隙水压力最大值沿径向和深度的变化特性。由测试结果可知,最大的侧向位移发生在距地表0.75L附近,地面隆起从桩贯入开始迅速发展,并在桩压入到6 m左右时达到最大值,测点处超静孔压增量的最大值发生在桩端到达该点所在水平面时,而超孔压的最大值沿径向有滞后性。     

管桩挤土效应的现场试验和数值模拟

以PHC管桩加固某物流加工二期标准仓库、厂房项目为依托,进行了吹填土地区PHC管桩的挤土效应研究。利用预先埋设的孔压计和测斜计,借助沉桩过程的现场测试手段,研究了PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布特征,发现沉桩过程中超孔隙水压力随距桩心距离的增加而近似呈线性规律衰减,影响范围约为10倍桩径,土体水平位移不仅与地基土性质有关,而且其分布特征也与深度有很大关系,表现为0.2～0.4倍桩长处土体水平位移较大。采用数值模拟有效地模拟了现场测试结果,进而将结果推广,得到了沉桩引起的桩周土体位移随深度和距桩心距离的变化规律。数值模拟结果表明：桩-土界面摩擦特性和桩径对土体位移场的影响较大。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

沉桩挤土效应的模型试验研究

通过在软粘土中静力压入单桩和双桩的模型试验, 研究了沉桩挤土效应, 获得了沉桩过程中土体位移随水平和深度方向变化的规律, 并对压入单桩与双桩的试验结果进行了比较分析。     

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq～5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。     

基于模型试验的静压群桩引起的土体变形分析

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩,对群桩挤土效应分析较少。基于室内模型试验,分析了群桩压入软土后土体的变形情况,得到了沉桩过程中及压桩后土体侧向位移、竖向变形和土层表面隆起变化的规律。认识到单桩侧向挤土位移随着距桩边距离的增加而以近似对数规律衰减,群桩压入后土体水平侧移和地表隆起是不断累积的,存在着已压入桩的遮帘作用,而且桩施工顺序对土体位移起到了关键作用,应该在实际工程中得到重视。     

混凝土芯砂石桩的单桩承载力时间效应分析

在饱和软黏土地基沉桩过程中,挤土桩桩周土体将遭受相当大的挤压应力并引起很高的超静孔隙水压力,桩周土体超静孔隙水压力的消散,使桩周土体有效应力相应地增长,单桩承载力在间歇期内也会随着时间而逐渐增加。基于挤土桩沉桩过程所产生的挤土效应,运用圆孔扩张理论和固结理论分析了新型软基处理技术-混凝土芯砂石桩的挤土性状,并与软基处理中常用的CFG桩作了比较,从单桩侧摩阻力的时间效应方面分析了混凝土芯砂石桩的优越性。     

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。     

PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究

铁路相对于公路对承载力和沉降控制都提出了更高的要求。现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）技术首次在南京南站联络线铁路工程中应用,为了研究PCC桩加固铁路路基的工作特性,开展了PCC桩加固铁路软土地基的现场检测与监测试验研究。现场检测包含静载试验、低应变检测和开挖检测。现场监测内容为：桩土应力、地基和路堤水平位移、表面沉降、分层沉降、土工格栅张力、孔隙水压力等。质量检测结果表明,PCC桩施工质量良好,承载力达到铁路地基设计要求。现场监测表明,地基沉降在填土结束后3个月稳定,最大水平位移为13 mm,路基沉降稳定快,水平位移小,路堤稳定性高,能满足铁路严格控制沉降和快速施工的要求。研究成果对PCC桩复合地基加固铁路地基的设计和应用提供了依据。     

现浇X形桩桩-土荷载传递规律现场试验研究

现浇X形混凝土桩（简称X形桩）是为了更好地满足沿海、沿江软土地基处理应用而开发的一种新桩型。该新型桩具有比表面积大、侧向摩阻力高,施工便捷,经济效益高等技术经济优势;但针对其在复合地基中桩-土荷载传递规律特性的研究却相对较少。结合某污水处理厂软基处理工程,开展了X形桩复合地基中桩-土荷载传递规律的现场试验,测得了荷载-沉降关系,桩-土荷载分担比、桩-土应力比,以及桩身轴力等发展情况,分析了不同工况下复合地基中桩-土协调相互作用和中性点位置规律;并将等混凝土用量圆形桩和X形桩的单桩静载荷试验作为对比分析。研究结果表明,本文试验条件下复合地基中X形桩桩侧正、负摩阻力转化发生在0.2倍桩长处,桩侧正摩阻力最大值约为其负摩阻力最大值的140 %;相同桩长情况下桩-土应力比随竖向荷载等级增长速率随桩间距的增加而减小。     

Numerical Simulation of Soil Squeezing Effects of a Jacked Pipe Pile in Soft Foundation Soil and in Foundation Soil with an Underlying Gravel Layer

A three-dimensional finite-element analysis was carried out using ABAQUS to evaluate the squeezing effects of a prestressed high-strength concrete (PHC) pipe pile, including land upheaval, lateral soil displacement, and soil stress field with depth-varying during pile-sinking. Field data used in the analysis were obtained from the settlement building project in Hefei City, Anhui Province, China. In coastal areas of China, PHC pipe piles are normally used for reinforcement of soft foundation. The changes of displacement with the increase of soil depth and radial distance during pile-sinking are simulated for both soft foundation and soft clay with an underlying gravel layer. The numerical simulation results show that there is little difference in land upheaval with soil depth during pile-sinking, and the obvious land upheaval occurs within 0.8 m from the center of the pile. The lateral soil displacement is evident within the area of 1.0 m from the axis of the PHC, decreases with the increase of radial distance during pile-sinking, and becomes negligible beyond 4.0 m. The existence of the gravel layer helps reduce soil squeezing substantially, and the soil squeezing effects during pile-sinking have less influence on the surrounding area of foundation with a gravel layer than that in a soft foundation soil without gravel layer.     

既有−新增排桩双层支挡结构开挖模型试验研究

在既有地下室以下增设地下空间,常面临既有支护桩与新增支护桩构成双层支挡结构的开挖工况,这是传统开挖设计方法未涉及的新问题。通过大比尺模型试验,以内外双层支护桩排间距为主要参数,研究其对支护结构性能演变、排间土压力的影响。试验结果表明,随排间距减小,新增支护桩位移与弯矩逐渐增大,由嵌固作用转变为主要受力结构。开挖至既有支护桩失效退出工作后,新增支护桩位移与弯矩突增,最大弯矩点下移。既有支护桩背单位土压力随开挖逐渐减小,达到主动极限状态后主动土压力随排间距增大而增大,并接近朗肯主动土压力分布线。通过各试验桩背主动土压力数据分析拟合,建立了以排间距、土体内摩擦角、桩土摩擦角为参数并考虑土拱效应的既有支护桩背主动土压力预测方法。     

Earth pressure evolution of the double-row long-short stabilizing pile system

Double-row stabilizing piles provide larger stabilizing force and lateral stiffness than the single ones. However, the loading shared by the front and rear pile is not the same with each other because of the shadow effects. A double-row long-short stabilizing pile system is verified in this paper. Physical model tests are used to investigate the influence of short rear pile on the earth pressures evolution in the stabilized soil. Numerical models are established and calibrated with the applied displacement–force curve and monitored earth pressure in the physical model test. The influence of the short rear stabilizing pile on the soil–pile interaction is further investigated based on the numerical model. The soil–pile relative displacement, total stabilizing force and bearing proportion of front and rear stabilizing pile are used to evaluate the soil–pile interaction. It is concluded that the total stabilizing force and bearing proportion of front and rear stabilizing pile are not significantly influence by the short rear stabilizing pile when the double-row piles are arranged in a line. When the double-row piles are arranged in a zigzag form, the total resistance provided by the double-row stabilizing piles decreases as the short rear piles are being used.     

基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法

本文深入研究碎石桩复合地基的受力变形机理,利用摩尔库伦弹塑性材料的剪胀特性,同时引入应力跌落三折线模型,视筋箍碎石桩承受上部荷载时的径向鼓胀为圆孔扩张,将产生变形的桩周土体分为弹性区和塑性区两部分,运用Vesic圆孔扩张理论分别建立了弹性区和塑性区桩周土体的应力场和位移场表达式,进而利用桩体影响半径处土压力为静止土压力的假设,求出了桩周土对碎石桩的径向围限力,再结合被动土压力公式导得了碎石桩的单桩承载力计算式。为验证该方法的可行性,本文结合实际工程数据对所推导的承载力计算式进行了验证分析,结果表明计算值与实测值吻合。     

软土地层桥梁群桩基础桩土共同作用性状的非线性有限元分析

通过对某高速铁路特大桥群桩基础进行三维非线性有限元分析,并结合现场试验得出的规律进行相应的对比分析,研究了软土地层桥梁群桩基础桩身轴力、桩侧摩阻力、基底土体附加应力、孔隙水压力分布、超孔隙水压力消散和群桩基础荷载沉降规律。计算结果表明,基桩所承受的轴力,角桩＞边桩＞中心桩,角桩和边桩的轴力沿桩身减小的幅度较大,而中心桩的轴力沿桩身减小的幅度稍小;各基桩桩侧摩阻力的发挥情况,侧摩阻力值总体上呈角桩＞边桩＞中心桩,相对滑移量基本呈上大下小的形态,即桩身上部桩-土之间产生的相对滑移量较中下部要大;外荷载作用下产生的土体附加应力和超孔隙水压力主要集中在承台底以下土体的一定范围内,其衰减梯度沿深度方向逐渐降低,随着固结时间的延长,群桩基础沉降达到稳定。     

考虑土拱效应的疏排桩支护基坑内力和变形分析

采用同济大学中型岩土离心机进行了2组疏排桩支护基坑的离心机模型试验,结合三维有限元数值分析探讨了采用规范方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形的适宜性,并提出了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩侧土压力的理论计算方法,最后建立了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩身内力和变形的计算模型。研究结果表明：对于桩间距与桩径之比为2、3和8的疏排桩支护基坑,桩间土体无法形成土拱效应;对于桩间距与桩径之比为4～7的疏排桩支护基坑,桩间土拱效应明显;规范法计算得到桩身内力与变形结果要比离心机试验结果偏大,与规范方法相比,采用文中提出的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。     

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

被动桩中土拱效应特征与影响参数研究

采用平面有限元方法,对被动桩在粘性、无粘性土体条件下的土拱形成机理进行了分析。从土拱效应的4个主要方面:土拱形状、桩周土体塑性(拉裂)区的分布、竖向位移等值线及桩后土体残余荷载分担比,探讨了改变桩、土参数,如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土接触面特性时,土拱效应的变化规律。研究表明,土性不同时,土拱形成过程中土体的受力和破坏形式不同;泊松比、剪胀角、桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;强度高、剪胀角大、桩土接触面粗糙或泊松比小的土体,易形成土拱。根据研究结果,指出Tom io Ito排桩塑性绕流土压力理论计算公式尚存不足。     

混合法在深基坑排桩锚杆支护计算中的应用研究

深基坑排桩预应力锚杆支护工程中,作用于桩身的土压力与桩身位移呈非线性变化。对于这种非线性变化问题,基于位移土压力模型,考虑支护结构位移的影响,推导了混合法计算公式。混合法可以有效跟踪支护结构的变形过程,反映土体与桩之间的非线性作用关系。结合工程实例,编制了MATLAB计算程序,计算结果较好地反映了土压力与桩身位移之间的非线性变化关系,并与理正软件计算结果进行对比分析,结果表明两者吻合较好,从而证明该计算方法具有较好的适用性,对深基坑支护结构设计有较好的参考价值。