抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

塑料套管管侧前注浆桩承载特性的现场试验研究

为提高塑料套管混凝土桩（简称TC桩）的承载性能,结合桩侧注浆技术,发展和形成了塑料套管管侧前注浆桩（简称TCSG桩）。通过现场试验,对TCSG桩、TC桩和扩径塑料套管混凝土桩（简称TCLD桩）3种桩型在不同时期进行了静载试验,并引入了3种易于应用的单桩沉降计算模型对各桩体的沉降进行了计算。试验结果和沉降模型计算分析表明：与TC桩相比,TCSG桩增加了8.3%～20.0%的承载力,并减小了19.8%～33.5%的沉降,而TCLD桩降低了10.0%～16.7%的承载力,且增加了13.2%～43.8%桩体的沉降;TCSG桩的轴力衰减速率大于TC和扩径的TCLD桩的,TCSG桩的前、后期的平均轴力衰减速率相差不大,TC桩后期的平均轴力衰减速率相比前期提高了1.1%～14.2%,而TCLD桩却降低了5.9%～21.9%;在前、后期静载时,TCSG桩在各级荷载下的平均单位侧摩阻力相比TC桩分别提高了14.5%～39.6%和9.2%～28.6%,扩径后的TCLD桩则分别降低了4.9%～11.8%和11.5%～30.7%;管侧前注浆后的TCSG桩的时效特性不显著,扩径后的TCLD桩的侧摩阻力随时间减小而端阻力则增大;基于桩土荷载传递的单桩沉降计算模型能够较好地预测塑料套管桩的沉降。     

基于有效应力法的静压桩时变承载力研究

基于天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的弹塑性解,以沉桩结束后桩周土体的应力状态为初始条件,推导了桩周孔压消散的解析解。在此基础上,考虑桩周土体再固结过程中的土体松弛效应,提出了采用有效应力计算天然饱和黏土中静压桩时变承载力的理论方法。通过已有离心模型试验和现场试验结果对该方法进行了验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随固结时间的变化规律。结果表明,提出的理论方法合理考虑了土体的原位力学特性、沉桩效应及沉桩结束后土体有效应力的变化,因而可以较好地预测静压桩的时变承载力。该研究成果为合理确定黏土中静压桩承载力提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降解析

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上,根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式,基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为,采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用,提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证,研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明,沉桩效应对桩周土体起到挤密作用,使得桩周土体的强度和刚度增大,从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小,使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。     

珊瑚礁地层中PHC桩原位静载试验研究

珊瑚地层是钙质砂和礁灰岩的统称。在珊瑚地层中开展预应力高强度混凝土管桩（PHC桩）的原位堆载测试,分析了桩?珊瑚地质的相互作用规律。采用光纤光栅传感技术采集加载过程中的试桩桩身应变,由计算获取桩身轴力,分析加载过程中珊瑚地层中PHC桩基础的承载特性。试验结果表明,（1）桩?土响应处于线弹性阶段;（2）桩的承载发挥状态与入土深度显著相关,且入土深度超过15倍桩径时桩端阻力发挥峰值;（3）桩的安装方式几乎不影响其在珊瑚地层中的承载性能,但贯入能量的大小则显著影响;（4）入土深度和贯入能量的大小,影响珊瑚地质的破碎程度,颗粒破碎显著影响珊瑚地质中桩的承载发挥特性。通过原位测试可知在珊瑚地质中在贯入深度在15倍桩径以内,入土深度与桩端阻力正相关,与桩侧摩阻力反相关。     

基于光纤传感技术静压桩承载力时效性机理分析

在桩身预埋FBG（fiber bragg gating）光纤传感器,利用静压桩隔时复压试验的优势,观测开口PHC管桩的承载力、桩端阻力以及桩侧摩阻力随休止时间的变化情况。试验表明,桩极限承载力在沉桩结束一定时间范围内随时间大致呈对数型增长,沉桩284 h后提高幅度达140%,时效性系数为0.52;桩端阻力和桩侧摩阻力在休止期内的提高幅度分别为6.28%和475.37%,说明试验场地条件下试桩承载力的提高主要源于桩侧摩阻力。试验结果显示,桩极限承载力及桩侧摩阻力的发展符合3阶段增长模型,时间界点分别为21.5 h和279 h。研究成果可为基桩时效性研究及相关设计提供依据。     

Field measurements regarding the influence of the installation method on soil plugging in tubular piles

Soil plugging in open-ended piles leads to an increase in compressive bearing capacity but also influences pile driving resistance. Many different factors affect the tendency for soil plugging, for example, pile diameter, penetration depth and installation method. In this paper, the influence of the installation method on soil plugging is investigated. In situ measurements during the installation of two instrumented tubular piles are carried out to investigate the internal and external stresses acting on the pile during the installation process. Furthermore, the cone penetration resistance inside one pile is measured during the installation, and the accelerations and strains at the pile head are monitored to predict the bearing capacity. The installation method is varied between vibratory and impact pile driving. The results show that a significant increase in horizontal stresses inside the pile occurs during impact driving which leads to the conclusion that a soil plug is formed. During vibratory pile driving, no stress increase was observed.     

基于桩身应力测试的静压PHC管桩贯入机制

压桩过程中PHC管桩侧摩阻力与端阻力的分离是制约其贯入机制及承载力研究的瓶颈。通过桩身预埋准分布式FBG光纤传感器,对贯入成层土地基中5根足尺开口PHC管桩侧摩阻力及端阻力发展变化情况进行了监测。试验表明,准分布式光纤传感测试技术现场可操作性强,粗放施工环境下贯入阻力分离效果较为理想。成层土地基中压桩力曲线基本反映地层土性变化,桩端土层性状对压桩力影响较大。硬质土层界面处试桩压桩力平均增幅约为64.06%,端阻力受地层变化影响更为显著,平均增长幅度约为97.41%,侧摩阻力平均增长幅度约为17.92%;桩端位于非硬质土层试桩压桩力变化不明显。贯入过程中现场足尺试验桩身应力变化不同于室内模型试验,桩身上、下部侧摩阻力发挥的力学机制不同。受现场粗放施工条件及深度方向土层变化影响,贯入成层土地基中桩侧摩阻力临界深度现象不明显。     

Bearing Capacity of the New Composite Foundation with Discrete Material-Concrete Compound Piles

In order to solve the bulging deformation and fracture at the top of widely used gravel piles in treating ground consolidation, a new, optimized composite foundation form was proposed. The composite foundation was constructed using discrete materials and concrete piles. Additionally, various parameters of this new composite foundation were analyzed, including foundation forms, construction technologies, bearing mechanism and failure mode. By applying cavity expansion theory, the Vesic cavity spreading pressure of the discrete material-concrete pile is solved as a polar axis symmetric problem on the basis of Mohr–Coulomb yield criterion. Then the computing formula for the ultimate bearing capacity of the discrete materials-concrete pile is elicited when the internal friction angle of soil in the piles is φ = 0 and φ ≠ 0. Finally, the ultimate bearing capacity value of the composite foundation is acquired through analytic calculation and numerical simulation. Finally, it is found that the calculation result is 14.4% lower than that of the simulated result, which is within the acceptable accuracy range and therefore proves the accuracy of the analytic calculation method for bearing capacity of the new composite foundation.     

竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析

在大桩径、小桩距的群桩条件下,不仅有来自桩侧、桩端和承台传递的多重应力叠加,还有群桩对桩间土的夹持作用影响,桩-土-承台之间作用更加复杂。用有限差分软件模拟固定桩距、桩径,变化竖向荷载下桩-土-承台的相互作用。从各层土的侧摩阻力、不同位置桩的桩顶荷载、荷载-沉降关系、桩间土体位移等方面的计算结果分析桩-土-承台之间的相互影响。结果表明,荷载超出117.8 MN（略大于Pu/2,Pu为群桩极限承载力）后,群桩对上部桩间土的夹持作用开始减小,桩侧上部侧摩阻力增大;桩侧下部侧摩阻力在多重应力叠加作用下呈减小趋势,不同位置的桩侧摩阻力影响范围有差异;用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力是可取的;当沉降与桩径的比值超出1%后,承台分担荷载的比例逐渐增大,群桩分担荷载的比例减小。     

夯实水泥土桩荷载传递规律的试验研究

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变,进而计算桩身轴力,由此得出桩侧摩阻力,在此基础上分析夯实水泥土桩荷载传递规律及侧摩阻力的分布特征。结果表明,由于夯实水泥土桩体强度的限制,荷载沿桩身的传递限定在浅层一定范围内,桩身变形、轴向荷载、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内,而且变化梯度较大。     

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%。     

Analysis of shaft resistance of jacked piles in sands

In recent years, pile jacking has become a viable alternative installation method for displacement piles. Pile jacking produces minimal noise, vibration and air pollution during installation. In addition, it is possible, at the end of jacking, to have a good estimate of the ultimate static capacity of the pile. In this paper, the shaft resistance of piles jacked into sand is studied using one‐dimensional finite element analysis. The finite element simulations, using a two‐surface plasticity model, demonstrate the effects of relative density and confinement on the unit shaft resistance of piles jacked in sand. The impact of the number of jacking strokes on the unit shaft capacity is also assessed. Based on the numerical results, we developed equations for shaft resistance quantifying the effects of relative density, initial confinement and number of jacking strokes. Predictions using these equations are compared with data obtained from centrifuge tests and field tests. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

大直径超长钻孔灌注桩荷载分层传递特性试验分析

基于＂上海市虹桥综合交通枢纽交通中心工程西交通广场＂工程现场静载荷试验和桩身应力测试结果,分析竖向荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩在成层土中的荷载传递特性。本工程试桩已加载至破坏,对此试验结果进行分析,能为深入研究大直径超长钻孔灌注桩的承载性状提供有价值的工程参考。本次试验结果表明：1）大直径超长钻孔灌注桩桩端承载力所占比例较低,荷载-沉降关系为陡降型,存在明显拐点;2）桩侧与桩端阻力非同步发挥且相互影响,而上下土层侧阻力系先后发挥至极限;3）根据试桩实测数据,土层埋深对桩周具有相似物理力学性质土层的侧摩阻力影响较大。     

苏通长江大桥北引桥二期试桩试验研究

苏通长江大桥北引桥二期试桩工程采用自平衡试桩法对4根桩进行了测试,其中2根采用U管桩端压浆技术。根 据未压浆桩端阻实测值与计算结果的比较,计算值偏大,实测值为计算值的0.75～0.95倍。未压浆桩发挥端阻所需位移分别 为16mm、38mm,压浆桩发挥端阻所需位移有所减少,分别为12mm、21mm。压浆后桩端阻力测试值是未压浆桩端阻力测试值 的2.46～3.32倍,是规范计算值的2.46～2.50倍。压浆后,桩端阻力在总荷载中所占比例明显提高,由14.42%～15.39%提 高到22.83%～27.22%。桩端压浆对桩侧摩阻力有较大影响,其显著影响范围约为桩端以上14.27m～19.12m,且发挥摩阻 力所需位移明显减小。     

基坑开挖时立柱桩的沉降计算

在基坑工程中,立柱桩和工程桩形成了长短桩复合桩基础。通过有限元法模拟桩侧摩阻力分布的变化,认为在这种复合桩基础中短桩（工程桩）的存在会影响到长桩（立柱桩）桩侧摩阻力的分布。根据剪切位移法得到考虑短桩影响的计算方法,并将被影响后的长桩桩侧摩阻力分布形式做了等量简化,使之适用于Geddes应力法。提出了利用Geddes应力法计算长短桩复合桩基础沉降的方法,并编制了相应的计算程序PLS,根据实际工程资料进行验算的结果与实测数据基本一致。     

海上风电机组筒型基础工作及承载特性研究

筒型基础是一种新型的海上风电基础,由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用等优点,在某些领域正在逐步替代桩基和重力式基础。目前工程上对筒型基础的设计还没有现成的规范可供使用,一般是将筒内部土体与筒壁视为一体,然后采用简化的极限平衡方法进行设计计算,不能反映筒内土体的工作特性。以福建近海某风电基础工程为依托,采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机单筒基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的受力特点,考虑基础隔舱的作用效果,建立了筒型基础的简化模型与有无隔舱的计算模型。计算结果表明：筒型基础在受荷过程中,基础内部土体产生屈服变形,使得筒型基础的承载特性不同于简化极限平衡方法。两者之间的差异使得实际的地基承载能力比极限平衡方法计算所得的要小。此外,对现行简化计算方法的误差进行了估计,并对筒型基础承载力计算提出建议,可供筒型基础设计者参考。     

Static Equilibrium of Screw Anchor Pile Under Lateral Load in Sands

The screw anchor piles are installed in ground by screwing which is done with the help of torque motors. In this paper, the lateral load capacity of screw anchor piles is examined through an experimental investigation carried on model piles embedded in dry sand. The tests were carried on screw anchor piles with different number of helices provided in continuation. Lateral loads were applied at different height above the soil surface. The embedment length of screw anchor piles was also varied to study the behaviour of screw anchor piles under lateral loads. Some tests were conducted on plain shaft pile to compare the lateral load capacity of screw anchor piles with that of plain shaft piles. An empirical equation for computation of lateral loads has been developed considering lateral resistance, bearing resistance, uplift resistance and lateral resistance offered by soil in pile on the basis of experimental results. A theoretical model for predicting lateral load capacity of screw anchor piles in dry sand, consistent with the experimental findings has been developed in this study.     

夯实水泥土桩桩身压缩量对承载特性的影响

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变。基于试验测试数据,探讨桩身压缩量的计算方法,分析桩身压缩变形的分布规律及其对桩侧摩阻力的影响,并探讨不同桩长、不同水泥掺入比情况下,夯实水泥土桩桩身压缩量及其对承载特性的影响。研究表明,（1）对夯实水泥土桩,桩身压缩主要集中在桩身上部8 d（d为桩径）范围内,且变形速率变化较大,桩身压缩在桩顶位移中占比达80%以上;（2）桩身轴向荷载传递、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内;（3）桩身侧摩阻力分布非常不均匀,上部发挥较为充分,而下部发挥较少;（4）在工程常用水泥掺入比下,桩长大于12 d后,桩长径比和水泥掺入比的变化对桩承载特性影响不显著。     

轴向荷载对斜桩水平承载特性影响试验及理论研究

斜群桩受水平荷载作用时,群桩中的基桩受到径向荷载、轴向荷载和弯矩的共同作用。为研究轴向荷载对斜桩水平承载特性的影响,完成了3根单桩以及1组1×2斜桩的大尺寸模型试验。试验结果表明：轴向拉力作用会降低斜桩的水平刚度和极限承载力;而轴向压力作用则会使其水平刚度和极限承载力提高。基于桩侧浅层土体楔形破坏假定,推导了考虑轴向荷载影响的斜桩水平极限土抗力计算公式,提出了桩侧土抗力的p-y曲线方法,并通过模型试验及现场试验验证其合理性。