不同堆载形式对群桩负摩阻力的影响

在既有桥墩桩基础周围土体堆载时,会引起土体的沉降和侧向变形,进而在桩身产生负摩阻力,对桩基变形及承载性能有很大影响。为研究围载和单侧边载作用下群桩中不同位置桩基的受力差异,以3×3群桩基础为研究对象,进行围载和单侧边载作用下的模型试验,分析了不同位置桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置和基桩承载力安全系数等的变化规律及差异。研究结果表明：围载工况下,角桩的轴力、侧摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小;中性点位置角桩最深,边桩略高,中心桩距桩顶最近。边载工况下,靠近边载侧和中间一排桩基轴力、侧摩阻力与围载时的变化规律类似,远离边载侧的一排桩基受边载影响较小,无负摩阻力;各桩基中性点位置变化规律类似于围载工况。与围载工况相比,边载时同一位置桩身轴力、负摩阻力均较小,中性点位置较高。与单侧边载工况相比,围载时各基桩承载力安全系数FS均较小且随荷载的增大衰减梯度较大。该研究成果为不同堆载形式下群桩基础的设计提供参考。     

真空预压的环境效应及其防治方法的试验研究

真空预压极有可能引发相邻建（构）筑物倾斜、开裂、地下管线变形等环境效应。从加固区外地下水位、侧向变形和地表沉降变化看,真空联合堆载预压试验的影响区为地基处理边线外12.5 m。分别研究了采用水泥搅拌桩隔离、开挖应力释放沟和采用树根桩托换技术三类防治方法对减小周围土体变形的作用。现场测试结果表明：土体向内侧向变形主要发生在地表下6 m;水泥搅拌桩外侧最大土体水平位移仅为内侧的1/3,堆载后外侧位移远小于内侧位移;应力释放沟内侧最大水平位移仅为搅拌桩内侧水平位移的3/10,外侧最大水平位移仅为搅拌桩外侧位移的3/8。试验中真空预压阶段对于减小侧向变形而言,应力释放沟的作用要优于水泥搅拌桩,而堆载后应力释放沟深部土体向外挤出较为明显;树根桩托换后的铁塔基础在抽真空过程中沉降很小。     

大口径钢管斜桩竖向承载特性数值模拟与现场试验研究

目前对倾斜桩现场试验的研究比较少。结合东海大桥风电场二期项目,对40#和41#风机桩位处的4根(2根直桩,2根倾斜桩)试桩用自平衡法进行了竖向承载力现场试验。在试验之前运用有限元软件ABAQUS在合理建模及选取土体参数的条件下对直桩及倾斜桩进行了前期分析,计算结果与后期试验结果接近,将计算及试桩结果进行了分析对比得到:(1)在该工程场地条件下,有限元计算及试验结果均表明斜桩(倾角12°)的竖向极限承载力小于直桩的竖向极限承载力;(2)有限元结果表明,倾斜桩在轴向荷载的作用下,背斜侧土体的沉降值及沉降范围要明显大于向斜侧;(3)试验表明,有限元分析及土体参数的取值是比较合理的,可以为类似工程前期分析提供参考;(4)试验结果表明,2根直桩的极限承载力小于设计值,2根斜桩的极限承载力大于设计值,2根斜桩的桩端阻力所占比例高于2根直桩,桩侧阻力所占比例低于2根直桩。     

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。     

不同平衡堆载条件下桩基承载特性的原位试验研究

沿海吹填围垦地区土质较差,淤泥软弱土层较厚,在后期填土作用下土体会产生很大的固结沉降。后期不同堆载填土方式对桥梁基础影响较大,可降低基桩承载力,同时平衡堆载主要增加基桩的沉降,而不平衡堆载则对基桩水平位移影响较大。结合台州湾大桥工程建设,选取3根基桩进行了平衡堆载（围载）试验,另外,选取了3根基桩进行了不平衡堆载试验,研究不同堆载条件下对桩基承载特性的影响。现场试验结果表明,平衡堆载条件下主要引起桩侧产生负摩阻力,堆载高度达到4 m,堆载面积为24 m×16 m时,负摩阻力总和达到2 687 kN左右,中性点深度约为29.5 m,约为0.36倍桩长,且负摩阻力的发展是随时间而变化的;不平衡堆载条件下主要产生土拱效应,使桩基产生较大的水平位移,试验中不平衡堆载对吹填区的影响主要在距离地面20 m范围之内,土中最大水平位移出现在距离地面4～5 m左右位置,而桩身最大水平位移出现在桩顶。     

三种工况下扩底楔形桩承载特性模型试验研究

扩底楔形桩具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而,针对该桩型竖向及水平向承载力的定量模型试验研究相对较少。基于模型试验方法,开展砂性土中竖向、水平向荷载以及地面堆载等不同形工况荷载作用下扩底楔形桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力、侧向土压力、桩顶下拽位移以及桩身下拽力等分布规律;同时,开展等混凝土用量常规等直径桩的承载特性试验作为对比分析,初步探讨了两种桩型的受力机制与异同点。研究结果表明,试验条件下,扩底楔形桩的单桩竖向承载力约为等直径圆桩的2.33倍,表现出侧阻力和端阻力都优于圆形桩的特点;水平承载力约为等直径圆桩的1.48倍,上部直径较大和扩大头的存在提高了其水平承载性能;与等直径圆桩相比,楔形角的存在可有效降低桩顶下拽位移,可见把传统桩型转变成扩底楔形桩是降低负摩阻力对桩基影响的有效方法之一。     

大型堆载条件下桩土性状的试验研究

叙述了堆载条件下桩的受力特性和沉降特征。根据实测资料,分析了桩侧摩阻力和端承力随上部堆载的变化关系,并由此研究了大型堆载条件下的桩土性状。对堆载试验结果的可靠性进行了论证。     

竖向力与水平向力同时作用下管桩的性状研究

用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力（倾斜力）联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。     

砂土中桩-土-承台协同作用下桩基承载特性细观研究

为探究桩-土-承台协同作用下,带承台单桩极限承载力大于其单桩及承台基础单独作用下极限承载力之和的强化机制,在砂土地基中分别建立能够反映单桩、带承台单桩及承台基础静载试验全过程的二维离散元模型,并通过与室内模型试验荷载-沉降曲线变化规律对比,验证了模型的合理性。基于验证后的数值分析模型,从细观的角度对砂土地基的变形机制和桩基的承载特性进行分析。结果表明:地基变形机制方面,相对于单桩与承台基础,带承台单桩对地基土的扰动程度更显著,台下抗载土体范围更大;桩基承载特性方面,在带承台单桩桩侧一定范围土体出现成拱现象,成拱作用加强了桩侧、桩端附近土体的密实度,提高了桩侧摩阻力及端承力,进而使得整体承载力得到提高。该离散元数值模拟结果可以为带承台桩基设计和承载力估算方法提供参考。     

水平循环荷载下风电机桩基础离心模型试验研究

在近海风力发电工程中桩基是常用的基础型式,海上风力发电机桩基础一般建立于复杂软土地基、承受着海上风浪、潮流等近似水平向的循环荷载作用,而风力发电机组运行对基础的承载力和变形有严格的要求。因此,研究水平循环荷载下桩土系统变形规律和相互作用机制具有重要的意义。针对典型的近海风机单桩基础,选取典型的饱和砂性土地基,通过离心模型试验的方法研究了水平循环荷载下的风机桩基础的受力变形规律。试验结果表明,水平向循环作用下,桩周围土体中变形主要呈现为挤压或塌陷产生的沉降和水平向变形,变形主要集中在桩周围较小的范围内;变形呈现逐渐累积特性,其大小随着循环次数的增加而增加;桩身弯矩峰值出现在埋深上1/3处,多次循环后的弯矩大小和分布变化不大;桩周围土体中不同位置产生不同的超静孔隙水压力,孔隙水压力发展对土体变形有一定影响     

大直径超长灌注桩水平承载性能的参数敏感性

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势,但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目,通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型,在与现场试桩结果比对验证之后,进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度,实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析,大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。     

不同竖向荷载作用下桩基水平载荷试验研究

石油化工装置具有高、大、重及对地基承载力和沉降变形要求严格等特点,宁波镇海某石油化工项目位于沿海软土地基,工程地质条件差,风荷载大,对桩基的水平承载力要求较高。为了取得符合工程实际情况的桩基水平承载力参数,在工作区内开展了不同桩径、桩长、桩顶竖向荷载作用下的预制方桩桩基的水平静载荷试验。试验结果表明,在桩顶自由条件下,单桩水平承载力随着桩径和桩长的增加而增大,但并非是线性增长,而是呈幂函数增长关系;单桩水平承载力随着桩顶竖向荷载的增加同样呈幂函数增长关系;群桩水平承载力大于单桩水平承载力之和。     

海上风机分段斜壁桶形基础的水平承载力计算方法

在部分浅海由于大型施工船舶无法进入,海上风电工程中传统的重力式基础或桩基础不再适用,为此提出了一种新型基础--分段斜壁桶形基础。基于极限平衡法对分段斜壁桶形基础的水平承载力进行了系统性研究,提出了水平承载力计算方法,并进一步考察了斜壁倾角、桶高、桶径、土性参数等对水平承载力的影响。计算表明,水平承载力随着上部桶壁倾角、下部桶壁倾角、地基反力比例系数、桶基顶部直径、桶基高度的增大而增大,随着海床深度的增加而减小。基于体积压缩率的概念,论证并推荐优先使用上部桶壁倾斜、下部桶壁直立的桶形基础构型。建议发展针对海床地基反力比例系数的准确确定方法。研究结果有助于对桶形基础进行优化设计。     

JPP桩不同组合水平承载性能模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种新型复合材料桩,实现了刚性桩的效果、柔性桩的成本,在基坑支护等工程中得到应用,但其水平承载性能的研究落后于工程实践。为了研究不同组合形式的JPP桩水平承载特性,利用自主研制的桩基模型试验加载系统进行了4种不同组合形式下JPP桩水平载荷试验,研究结果表明：分段组合II的水平承载能力最高,上组合与分段组合I相近,下组合的水平承载能力最低,表明越多的分段组合呈现出整体承受水平荷载的能力。桩身最大弯矩出现在距离桩顶以下3~4倍芯桩桩径处,该部位相对薄弱,易发生破坏。地面下一定深度范围内的土体特性将直接影响着桩的水平承载能力。     

整体桥高性能混凝土桩−土相互作用试验研究

高性能混凝土（高性能复合水泥基材料engineered cementitious composite,简称ECC与超高性能混凝土ultra-high performance concrete pile,简称UHPC）桩基具有良好的抗开裂性能和较高的承载能力,能较好地满足整体桥纵桥向变形。开展了砂土中高性能混凝土桩低周往复拟静力试验,得到了桩基的破坏特点、抗开裂能力以及极限承载力,分析了其桩身变形、桩侧土抗力以及桩身应变等分布规律,并与钢筋混凝土（RC）桩进行了比较。在此基础上,讨论了几种常用规范的适用性。试验结果表明,ECC、UHPC材料能有效减轻桩基的破坏程度、提高桩基的抗开裂能力以及水平承载力;相比RC桩基,高性能混凝土桩基的破坏位置更深,桩基的有效桩长更大,抗震性能更好;其中,ECC桩基的抗开裂能力最强,开裂荷载可达5.8 kN,开裂位移可达15 mm。试验结果还表明,高性能混凝土桩基的变形沿埋深方向不断的减小,埋深1.5 m以下位置基本为0;桩侧土抗力先增大后减小,桩底土抗力和变形量为0;桩身应变分布较为对称,且呈“橄榄”形,在埋深4D～6D（D为桩径）区间内桩身应变较大。分析计算表明,当桩顶位移在10 mm以内时,“m”法与API新规范法均能较好地计算高性能混凝土桩的桩身变形;当位移超过10 mm后,“m”法与实际数值相差较大。“m”法与API新规范法均不能较好地计算桩身弯矩,适用性不高;桩侧土抗力建议采用API新规范法。     

Method for calculating the horizontal bearing capacity of segmentally-tapered bucket foundation of offshore wind turbinesEI北大核心CSCD

Because large construction ships cannot enter the shallow sea, traditional configuration foundations, such as gravity-type foundation and pile foundation, are not suited for offshore wind power project in shallow seas. Therefore, a new type of foundation-segmentally-tapered bucket foundation is proposed. Based on the limit equilibrium method, a systematic method is proposed to calculate the horizontal bearing capacity of the segmentally-tapered bucket foundation. The influences of obliquity of wall, foundation height, top diameter of bucket and soil parameters on the horizontal bearing capacity of the segmentally-tapered bucket foundation are analyzed. It is found that the horizontal bearing capacity increases with the increase of the wall obliquity, soil resistance, top diameter of bucket and foundation height, while decreases with the increase of the depth of seabed. Based on the concept of volume compression ratio, the bucket foundation with inclined upper section wall and vertical lower section wall is recommended and demonstrated. An accurate method is proposed to determine the proportional coefficient of soil resistance. The results are helpful in the optimization design of traditional bucket foundation.     

高喷插芯组合桩水平承载特性大尺寸模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种适用于软土地基的新型组合桩,能有效提高桩的竖向承载力,并取得了相当规模的应用。为了研究其水平承载特性,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型模型槽试验进行水平承载桩静载作用下的大尺寸模型试验。通过与普通圆截面灌注桩、加承台JPP桩的水平承载性能的对比,试验表明,JPP桩水平承载力较普通圆截面灌注桩提高了15%,桩身最大弯矩处在桩顶以下大约2 m处,桩侧土压力主要集中在上部2 m范围内土体。同时,试验表明加了承台后,JPP桩的水平承载能力有了大幅度的提高。利用规范推荐的基于m法的灌注桩水平承载力公式,对JPP的水平承载力进行了计算,结果与试验值基本吻合。其结果可以为类似土层下水平受荷JPP桩的设计与研究提供参考。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

渠坡上基桩的水平承载机制试验研究

南水北调中线工程建设中,交通桥和生产桥的支承结构大部分坐落在两侧渠坡上;运行期间的荷载（特别是水平荷载）通过桥墩和承台传到置于渠坡的桩基础上,在一定的深度范围内将产生桩、土分离及不均匀沉降,拉裂基础与渠坡结构层的结合,影响渠道的防渗效果。为了采取有效的防治措施,需要掌握渠坡斜面上基桩的变形机制。作为研究环节之一,通过物理模型试验研究了渠坡上基桩的水平承载机制,结果表明：基桩处在渠坡上的抗变形能力要比处在水平地基上的抗变形能力弱,水平承载能力比基桩处在水平地基上的要小。     

水平荷载作用下风电机桩基础的离心模型试验研究

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求,而水平荷载常常是控制荷载,因此,研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础,选取典型的黏土地基,进行了水平加载条件下的离心模型试验,重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明,在水平荷载作用下,桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加,位移的增加速率在临界荷载之后增长较快;桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值,且桩底具有一定弯矩值;桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小,可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展,最后基本稳定在2倍桩径范围内。