刚性桩复合地基水平承载力特性

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了刚性桩复合地基在不同垂直荷载作用下的水平承载力特性,分析了不同褥垫层厚度及其地基土的性质对复合地基水平受力特性的影响,得出了水平荷载作用下桩身弯矩和挠度的分布规律。研究表 明,垂直荷载的大小改变了复合地基水平荷载作用下的破坏模式,直接影响着其水平承载力;适当的垫层厚度可降低桩所分担的水平荷载,有利于桩身的安全。     

不同厚度褥垫层刚性桩复合地基工作特性研究

对刚性桩复合地基褥垫层的工作机理进行了分析。并据此设计了桩竖向刚度很大的刚性桩复合地基模型试验。进行了桩顶进入不同厚度褥垫层的复合地基试验,研究了刚性桩复合地基褥垫层在竖直荷载作用下的工作性状。结果表明：竖向刚度很大的桩即使在100 mm厚褥垫层情况下也很难充分发挥其承载力,桩顶下设置一定厚度的褥垫层有助于提高桩的荷载分担比,减小刺入量。     

粉质黏土中沉箱-桩复合基础水平向承载性能试验研究

为进一步研究沉箱-桩复合基础的水平向承载性能,开展粉质黏土中单桩、沉箱-桩复合基础在水平向荷载和竖向及水平向组合荷载作用下的系列试验,对沉箱-桩复合基础的水平荷载与位移关系、桩身弯矩、位移及土抗力分布规律及群桩效应等进行了研究。结果表明,在水平荷载作用下沉箱对桩顶的约束使桩身弯矩分布较桩顶自由情况要更均匀,并能有效地降低桩身弯矩、位移及土抗力,提高了基础水平承载能力;在同时作用有竖向和水平向组合荷载时,沉箱底摩擦力参与抵抗水平力作用、桩顶竖向力也有利于进一步提高基础水平承载力;试验获得了不同桩数、桩顶约束、荷载作用条件下的沉箱-桩复合基础群桩效应系数,对于桩距为6倍桩径的情况,桩与桩之间的相互影响很小。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

考虑桩端刺入沉降的桩土自平衡式复合地基设计

复合地基的本质是增强体与地基土通过变形协调共同承担上覆荷载。褥垫层的设置起到了协调桩土变形的作用,但褥垫层工作性状及变形特性尚不明确,其厚度设计仍然参考规范依靠经验判断,往往不能充分发挥地基土的承载作用。目前复合地基设计通常采用褥垫层调节桩土变形,而忽略了桩端刺入沉降协调桩土变形来发挥地基土的承载作用,为了利用桩端刺入沉降协调桩土变形,充分发挥桩间土承载的作用,减薄褥垫层或不设褥垫层并减小设计桩长,以期降低地基处理费用,实现桩土共同承担荷载的目的,建立了通过控制桩端刺入沉降协调桩土变形的自平衡式复合地基设计方法。通过与褥垫层方法对比以及工程实例计算,结果表明,该方法可更好地发挥桩土承载作用,为复合地基优化设计提供参考。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

不同置换率复合地基力学性状附加荷载影响规律离心试验研究

置换率是确定CFG桩复合地基的关键指标之一,根据土层分布明确桩长后针对目标附加荷载选择置换率是竖向结构体系决策的基础,目前缺少不同置换率复合地基力学性状附加荷载影响规律共同认知。通过进行2组相同附加荷载和加固深度、不同置换率的复合地基离心模型试验,研究复合地基桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比和地基沉降响应附加荷载的分布及变化规律。研究结果表明,因置换率的增大,(1)CFG桩所承受的轴力有所减小,且轴力最大值所在位置上移;(2)摩阻力零点位置和桩体上部负摩阻力最大值位置出现上移且后者变化速率加快,桩端最大正摩阻力值明显减小;(3)桩土应力比有所减小,且在深层土体中其沿深度方向的减小速率变小;(4)地基沉降和地表沉降明显减小,地表沉降与荷载呈线性关系变化,CFG复合地基的复合模量有所提高。     

褥垫层对复合地基承载特性影响的试验研究

通过现场静载荷试验,研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对夯实水泥土单桩及多桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明,随垫层厚度的增加,桩身分担荷载的比例逐渐减小,而桩间土分担荷载的比例却逐渐增大,表现为桩土应力比随垫层厚度增加而降低的特点。另一方面,垫层材料性能越好,则调整桩土协调变形的能力越强,即要求设置的褥垫层厚度越薄。对试验的两种材料不同厚度的褥垫层,其最佳厚度为0.2～0.3 m。     

CFG桩复合地基现场试验及有限元模拟分析

在厚褥垫状态或路堤荷载作用下复合地基的破坏主要取决于桩-褥垫体系的作用,复合地基中单桩的承载力远未发挥出来。由有限元计算结果得出以下规律：(1) 随着褥垫厚度增加,桩土应力比减小;褥垫厚度超过300 mm后,褥垫厚度的影响急剧减小;褥垫厚度超过500 mm后,褥垫厚度的影响继续减小。(2) 褥垫厚度较薄时（ 100 mm）,褥垫模量对桩土应力比影响很大;褥垫厚度超过300 mm时,褥垫模量对桩土应力比的影响减小;褥垫厚度达到500 mm后,褥垫模量对桩土应力比影响很小。(3) 承载板刚度小于6.25 MN•m2时,桩土应力比随刚度增大;承载板刚度大于6.25 MN•m2时,刚度对桩土应力比的影响很小。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递机理研究

为了研究带帽刚性桩复合地基荷载传递机理,基于弹性理论和合理假定,采用荷载传递函数法,建立了带帽刚性桩复合地基中桩体沉降及其轴向应力、桩帽下土体竖向位移及其竖向应力、桩帽间土体竖向位移及其竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程。采用微分方程的近似解法,推导出相应地解析表达式。利用桩体荷载沉降关系作为已知条件进行求解,计算结果能够反映带帽刚性桩复合地基荷载传递的一般力学性状规律。     

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。     

大位移条件下水平受荷单桩的简明弹塑性计算方法

软土地层中当桩顶水平荷载较大时,采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形,有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体,假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点,临界点以上的土体进入塑性变形状态,而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态,分段建立桩身挠曲微分控制方程,得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明：采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%;桩身最大水平位移计算精度提高22.3%;桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著;桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感,设计中宜按下限值选取。     

上部结构－桩基—地基共同作用数值分析及桩基变刚度调平优化设计

本文采用有限元法对高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响进行了研究。研究表明:高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响时,基础总体沉降和差异沉降随楼层的增加呈非线性变化趋势,上部结构中存在次应力,弯矩和轴力比常规法设计偏大;随楼层的增加,桩体对荷载的分担比在减少,土体分担比在增加;随着上部结构刚度的增加,荷载向角桩、边桩集中;增加筏板厚度,能减少一定的差异沉降和基础平均沉降,从而减少上部结构的次应力,提高地基土的荷载分担比,同时筏板下桩顶反力分布更不均匀,因此需要从筏板受力,以及考虑筏下桩、土的受力来综合确定一个合理的筏板厚度,使设计安全经济;随着地基土变形模量的提高,地基土分担的上部荷载增加,桩顶反力趋向平均,筏板最大弯矩逐渐减小。桩筏基础在均匀布桩条件下呈中间大边缘小的“碟型”分布。差异沉降是由于上部结构次生应力和筏板内力产生的。通过对地基土刚度以及桩长、桩径、桩距等五种桩基刚度的调整,并分析不同刚度对基础差异沉降影响可知:改变桩长的布桩形式并结合地基土刚度调整的中心布桩形式是高层建筑桩筏基础最佳设计方案。     

组合荷载下超大群桩受力变形模型试验研究

李子沟特大桥是内昆线上的重点工程 ,采用了超大群桩基础。为了进一步完善对超大群桩基础的力学行为的认识 ,应用模型试验分析了在组合荷载作用下超大群桩基础的内力分布特点、群桩的承载性状和受力变形特性。试验结果表明 ,最大弯矩发生在与承台连接附近的桩身处 ,弯矩沿桩身向下随荷载由线性或非线性递减。对于组合加载与水平纵向加载 ,弯矩的极值、沿桩身的变化趋势和受荷载的影响范围不同     

软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响研究

在软土地基中,邻近堆载不仅将引发桥梁桩基发生侧向偏位,还将导致桩身产生附加弯矩,这对于桥梁的安全使用将产生极其不利的影响。通过对具体工程实例的介绍,利用有限元分析手段,并结合现场桩基偏位的实测结果,对邻近单侧堆载及双侧堆载所引发桩基偏位情况进行深入剖析。通过分析结果可知,在单侧堆载的作用下,桩基将产生侧向偏移及附加弯矩,且反弯点位于软土层与硬土层交界处附近,严重时将导致桩顶区域发生开裂破坏;在双侧堆载的作用下,桩基的偏位情况取决于两侧的堆载作用,而双侧卸载对桩基偏位影响较小,但对缓解桩身附加弯矩具有显著的作用。     

海洋工程中大直径管桩垂直水平荷载试验研究

通过海洋环境条件下大直径管桩的垂直和水平荷载试验,分析了管桩在垂直和水平荷载作用下的受力特点,得到了管桩的垂直极限承载力、侧摩阻力及端承力、轴向反力系数等结果,以及水平荷载作用下桩顶位移和转角关系、弯矩分布、土抗力、水平地基反力系数的比例系数和最大弯矩点等参数。试验结果表明：垂直荷载作用下,极限承载力可达12000kN,在沉桩过程中部分桩有一定程度的闭塞;大直径管桩能够抵抗水平荷载的作用,弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响。根据试验结果计算的水平地基抗力比例系数m值,对本工程及同类地质条件的桩基设计具有参考价值。     

Flexural response of piles under liquefied soil conditions

The paper pertains to the development of a generalized procedure to analyze and predict the flexural behavior of axially and laterally loaded pile foundations under liquefied soil conditions. Pseudo-static analysis has been carried out taking into consideration the combined effect of axial load and lateral load. Based on the available literature effect of degradation on the modulus of subgrade reaction due to soil liquefaction has been incorporated in the analysis. The developed program was calibrated and validated by comparing the predicted behavior of the pile with theoretical and experimental results reported in literature. The predicted behavior has been found to be in excellent to very good agreement with the theoretical and observed values in the field, respectively. The present study highlights the importance of considering the axial load from the superstructure along with the inertia forces from the superstructure and the kinematic forces from the liquefied soil in the design of pile foundations in liquefiable areas. The significance of densification of the soil in the liquefiable areas and presence of an adequate top non-liquefied soil cover causing appreciable reduction in deflection and bending moment experienced by the piles has been highlighted.     

基于能量法的轴横向荷载作用下单桩受力变形分析

轴向和横向荷载作用下单桩的受力变形分析是桩基研究的重点内容之一。单桩在水平荷载作用下会产生一定的水平位移与弯矩,而此时作用轴向荷载会使得桩体出现一定的压曲与附加弯矩,以致轴横向荷载作用下的单桩受力变形与单独作用水平荷载或轴向荷载的单桩存在较大的区别。故本文基于能量法,首先分别建立轴横向荷载作用下单桩的受力变形能量方程以及桩周土体能量方程,然后考虑桩土变形协调与一定的桩土相互作用,基于最小势能原理得到单桩变形控制微分方程,并采用幂级数法进行求解,最终得到轴横向荷载作用下单桩受力变形分析的幂级数解答。通过编程计算,将本文方法计算结果与试验结果、数值分析结果、规范法计算结果进行对比分析,验证了本文方法的合理性和可行性。在此基础上,基于本文解答进行了影响参数分析,结果表明:桩体长径比、桩土弹性模量比、桩周土模量深度变化系数均对轴横向受荷单桩的桩身水平位移与最大弯矩值有一定的影响,其中桩周土模量深度变化系数以不小于0.6为宜。     

抗滑桩应变特征与内力非线性研究

为探究抗滑桩实际内力与变形间的规律,特别是桩土相互作用下桩体受力、变形、稳定性等特征,通过抗滑桩大型物理模型试验,结合MATLAB拟合推导实现从桩表面应变散点数据到桩身挠度分布的求解。对比同桩长不同加载条件与同加载条件不同桩长两种情况下桩表面应变、桩身弯矩、剪力及挠度,分析抗滑桩的应变特征与内力变化规律。研究表明:单调与循环加载条件下抗滑桩工作阶段划分为三阶段,即未开裂阶段、混凝土开裂-钢筋屈服阶段、钢筋屈服-桩体破坏阶段。未开裂阶段一、二级荷载下由于土的压密性桩体略微回弹,桩表面应变、桩身弯矩、受荷段剪力及挠度出现较小的负值（绝对值约为破坏时的1%）。混凝土开裂-钢筋屈服阶段应变、弯矩、剪力、挠度增速明显加快。钢筋屈服-桩体破坏阶段应变、弯矩、剪力、挠度呈非线性增长,桩体的破坏模式均为弯剪破坏。随着自由端长度的增加,破坏时应变、弯矩增大,而剪力减小,破坏时应变增长约10%,弯矩增长约3%,剪力减少约20%;相对于单调加载,循环加载下最大弯矩值和最大挠度均有增大,最大弯矩增长约2%,最大挠度增长约1%。     

考虑水泥土桩增强作用的灌注桩水平承载性能现场试验研究

结合淤泥土地基中的三洋港挡潮闸工程,研究水泥土桩增强灌注桩水平承载特性的效果,在现场进行水平静载荷试验。试验时,为量测钢筋应力,在钻孔形成灌注桩时将钢筋计焊接在钢筋笼的不同高程,测得在施加水平荷载时桩身的应力分布情况,从而得到弯矩的分布;将土压力盒埋入桩侧土体中,测试在水平荷载下桩周土体的土压力分布规律。试验结果表明,打设水泥土桩能够控制灌注桩水平位移的发展,并能提高灌注桩水平承载能力;灌注桩桩身弯矩值和桩周土体的土压力的分布情况都呈现先增加后减小的变化规律,并且都主要集中在上部桩体和土体中,其最大值约为泥面以下3 m左右的位置;水泥土桩的打设能够有效地减小桩身弯矩值,并且可以减弱底部反弯矩的出现;打设有水泥土桩的灌注桩桩周土体能够提供更大的土压力。另外,灌注桩的水平承载力受上部土体的影响较大,即提高上部土体的物理力学性质可以有效增大灌注桩水平承载力。