砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

基于极限承载力试验的扩底抗拔桩承载特性数值模拟分析

基于天津于家堡南地下车库工程扩底桩抗拔极限承载力试验,结合数值模拟手段对扩底桩抗拔承载特性、破坏模式和受力机制开展了分析研究。计算分析表明,扩底桩（有效桩长19 m）相比等截面桩抗拔极限承载力提高约50%,材料增加仅8.5%,扩底桩扩大头周边土体提供的抗力显著提高了抗拔承载力;荷载较小时抗拔力主要由等截面段侧摩阻力提供,扩头段抗拔力占桩顶加载的比值随加载近似呈线性增加;扩底桩等截面段沿桩土界面先发生剪切破坏,扩头段周边土体后发生受压破坏,抗拔承载力达到极限;扩头段位于同一土层时,不同桩长扩头段提供的极限抗拔力相差不大,桩长越长,扩头段抗拔力贡献率越低;扩头段抗拔力主要由自重、扩头段法向力竖向分力和侧摩阻力组成,其中法向力竖向分量提供了扩头段的主要抗拔力,占扩头段总抗拔力约70%。     

自平衡与传统静载试桩法模型试验研究

自平衡试桩法相较于传统静载试桩法而言具有方便、经济、适应性强等优势,但该法一直备受争议。为研究自平衡与传统静载试桩法荷载传递规律的差异及原因,进行了花岗岩残积土中相同边界条件下自平衡试桩、静压试桩、抗拔试桩室内模型试验。通过桩身所贴电阻应变片,获得了各级荷载下桩身不同位置的应变值,对单桩极限承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布进行分析。研究表明:(1)花岗岩残积土中,自平衡上段桩与抗拔桩在达到极限承载力时,呈突发性破坏;(2)模型试验对比分析得出花岗岩残积土中桩侧摩阻力转换系数?为0.573;(3)底托和顶拔两种加载方式测得的单桩抗拔极限承载力相当;(4)荷载从加载端向另一端传递,各试桩桩侧摩阻力较大值所在位置不同,自平衡上段桩与抗拔桩在桩身下部,静压试桩在桩身中部。     

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。     

北京通州地区深厚砂层后注浆灌注桩抗拔系数试验分析

北京市通州地区某工程场地情况为深厚砂层,从该工程的单桩竖向抗压及抗拔静载现场试验,选取两个试验区各3根桩身全长桩侧后注浆灌注抗拔桩和桩身全长桩侧及桩端后注浆灌注抗压桩为研究对象,首先对试验桩的现场试验数据进行处理,得到各试验桩的侧阻力曲线;其次对抗拔桩与抗压桩在极限荷载下侧摩阻力的发挥情况进行比较,简要分析了砂土地基中抗压桩与抗拔桩的桩周各土层侧阻力随荷载增加而变化的受力特性;再以抗拔与抗压试验桩各土层的极限侧摩阻力之比,计算抗拔桩各土层的抗拔系数,并对各土层抗拔系数的取值范围与随深度变化规律进行了详细分析。厚砂层试验计算结果表明,两试验区抗拔桩的抗拔系数范围分别是0.34~0.67和0.31~0.63,其中试验桩桩周中上部土层的抗拔系数范围分别是0.51~0.67和0.51~0.63,桩身下部土层侧阻力发挥不充分,抗拔系数均小于0.5。该试验成果可为此地区深厚砂层抗拔桩的设计和理论研究提供参考。     

桩侧注浆抗拔桩离心模型试验与原位测试分析

通过离心机模型试验研究了注浆对接触面特性、抗拔桩荷载-位移曲线及桩侧摩阻力的影响,揭示了注浆提高桩身侧摩阻力发展规律和抗拔承载机制,并进一步将离心机模型试验的结果与原位试验结果进行了对比分析。研究表明,注浆桩侧摩阻力的发挥呈现一个渐进过程,桩身上部极限摩阻力率先发挥,并逐渐向中下部发展;注浆后桩侧极限桩侧摩阻力得到提高,而发挥极限状态所需的桩-土相对位移减小,上拔加载过程中,桩侧上部和下部极限摩阻力增幅较大,中部增幅较小。离心与现场试验一致表明,桩侧注浆显著提高了桩的抗拔刚度及极限承载能力。     

刍议相关规范中关于单桩承载力计算的几点疑惑

国内相关规范中单桩抗压承载力设计计算方法分为特征值法及极限值法两类,单桩承载力均通过桩侧阻力与桩端阻力直接相加的方法得到,在概念及理论上均存在着不完善之处,主要原因是桩侧阻力与桩端阻力的力学特性及对变形的要求不同、不能同步发挥所致。相对来说,极限值设计法更直接、更可靠、更准确,概念更明确,且易于与国际接轨,建议规范优先采用。不同规范根据抗拔试验结果求取单桩抗拔承载力的计算方法存在矛盾,建议求取时桩的自重按天然重度计算、不考虑水的浮力。建议相关规范对以下两种现象进行深入研究：桩长超过有效长度后,单位长度侧摩阻力将会降低;部分工程中得到的抗拔桩的抗拔系数远小于相关规范推荐值,尤其是桩长较长时。     

一种新的超长桩荷载传递模型

超长桩桩侧摩阻力出现软化是一个较为普遍的现象。针对超长桩出现的侧摩阻力软化现象,提出了一种新的双曲荷载传递函数,该传递函数充分考虑了桩土相互作用的非线性特性和软化特性。依据新的荷载传递函数,利用FORTRAN语言编写了UMAT子程序。通过实例计算,对比了现场试验数据、ABAQUS自带接触对的计算结果和ABAQUS应用文中子程序后的计算结果,结果表明ABAQUS应用文中子程序计算所得的桩顶Q-s曲线、桩侧摩阻力分布曲线和桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线都与现场试验数据更加吻合,证明文中提出的荷载传递函数可以有效地模拟超长桩桩土相互作用的非线性特性和软化特性,并且对超长桩承载力的估算更加合理可靠。     

考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型

提出了一种能考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型（t-z模型）。该模型既能反映不同材料的桩基在同一土体中抗压承载力的不同,也能反映同一材料桩基在同一土体中桩身抗压摩阻力与抗拔摩阻力的不同,同时还具备模拟循环荷载下t-z曲线滞回特性的能力。根据位移协调算法编制了可用于竖向压、拔荷载作用下单桩响应分析的Matlab程序,利用程序对模型试验进行了模拟,结果对比证明了该模型的适用性。最后分析了桩体弹性模量对压、拔极限摩阻力比值的影响,结果表明,该比值随弹性模量的减小而减小,对于混凝土桩,该值介于0.6～0.8之间,与规范建议的抗拔系数接近。     

DX桩群桩现场试验研究

DX桩（三岔双向挤扩灌注桩）作为一种新型的变截面桩型在承载力和沉降方面比普通直孔灌注桩具有明显的优势。但对于DX桩的承载机制和沉降特性的研究,特别是DX桩群桩的研究还不充分。主要通过现场的模型桩试验,对DX桩单桩和群桩的承载力和沉降特性进行了研究。分析了相同条件下单桩和群桩的特性,同时比较了相同桩长、桩径以及相同承载力条件下DX桩和直孔桩的差异,为DX桩的设计提供了参考。     

DX桩在软土地区高层建筑中的应用探讨

DX桩是通过桩身多个扩径体(承力盘或承力岔)的端阻力和桩身摩阻力的作用,达到大幅提高单桩承载力和节约工程造价。它是在钻、冲孔灌注桩基础上发展起来的一种变截面的桩,是挤扩支盘桩的改良型桩。介绍了DX多节挤扩灌注桩的特性及在浙江平湖某高层建筑桩基工程中的应用效果。     

扩底抗拔桩在天津于家堡南北地下车库中的应用

于家堡金融起步区充分利用地下空间实现交通、商业功能的提升,由于地下结构埋置深、地下水埋深浅,地下工程抗浮问题十分突出。在建的南北车库为纯地下结构,单层面积达3×104m2,埋置深度达16 m。开展了扩底抗拔桩与桩侧后注浆抗拔桩两种新型抗拔桩的现场足尺试验,试验结果表明,两种新型抗拔桩皆适用可行,抗拔承载力较常规等截面桩大幅提高,且本扩底抗拔桩试桩的极限承载力与变形控制皆优于桩侧后注浆抗拔桩。本工程选择了扩底抗拔桩并采用可视化全液压扩底施工工艺,新型抗拔桩大幅减短桩长,节约大量材料并减少泥浆排放,经济社会效益显著。扩底抗拔桩的成功应用为其在该地区的推广奠定了基础,具有较高的工程示范价值。     

Ultimate uplift capacity of model rigid metal piles in clay

Summary Laboratory model test results for estimation of the ultimate uplift capacity of rigid metal piles embedded in a compacted near-saturated clayey soil are presented. The length-diameter ratio of the piles was varied from 10 to 15. The direction of the uplift load on the pile was varied from 0 to 50°. Based on the present test results and the results of existing model studies, an empirical relationship for estimating the pile uplift capacity has been presented.     

软土地区超长抗拔桩成桩选型研究

对软土地区长抗拔桩中常用的常规直桩、扩底桩、注浆直桩的承载力性状进行了比较分析,研究了不同桩型的荷载传递规律和承载力提高机理,并引出其荷载一位移的理论计算公式,认为抗拔桩存在“有效桩长”。通过对某沿海城市不同超长抗拔桩的现场抗拔试验,分析比较了各种桩型在30mm上拔位移控制值下的单桩承载力和桩侧摩阻力分布规律,认为超过“有效桩长”的设计是不经济的,注浆直桩可以提高安全系数,宜优先选用注浆直桩。     

挤扩支盘桩在嘉兴地区的应用与分析

嘉兴地区为典型的湖积平原,第四系地层具有多个明显“软-硬”交替的沉积旋回。目前该地区的重大建筑物一般都采用预应力管桩或钻孔灌注桩,而挤扩支盘桩可以利用在桩身不同部位设置分支或承力盘,从而充分发挥地基土各硬土的承载能力,提高单桩承载力,节省造价。结合嘉兴地区的地层特征及挤扩支盘桩的受力承载机理,认为挤扩支盘桩可以作为嘉兴地区一种新型的桩基形式。     

竖向荷载作用下挤扩支盘桩的试验研究及设计分析

结合实际工程,通过挤扩支盘桩的静载荷试验和桩身轴力测试试验,深入地分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性,同时,给出了挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。结果表明,挤扩支盘桩在加荷后期支盘承担50 %以上荷载,且支盘阻力体现端承力的性质;挤扩支盘桩与普通直桩相比,单桩承载力可提高60 %～100 %。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

桩-土界面特性对砂土地基中抗拔桩承载特性影响的模型试验研究

针对砂土地基中不同L/d的抗拔桩进行了模型试验,模型桩采用了3种不同界面,结合界面剪切试验探讨了桩-土界面特性对抗拔桩荷载-位移曲线、极限承载力及残余承载力的影响,得到了以下几点结论：模型桩长径比L/d不同时,每种界面抗拔桩荷载-位移曲线是类似的,光滑钢桩上拔力达极限承载力后保持不变,粗糙界面模型桩上拔力达极限承载力后降低,直至达残余承载力;抗拔桩达极限承载力时的静止土压力系数K受桩-土界面粗糙程度的影响,界面越粗糙,K值越大;界面越粗糙,抗拔桩残余承载力与极限承载力的比值越小,该比值随L/d的变化较小;对于粗糙界面抗拔桩,残余承载力与极限承载力的差别一部分是由于桩-土界面摩擦角的降低引起的,另一部分是抗拔桩达到极限承载力后作用在桩表面上的水平土压力降低引起的。