竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

基于湛江组结构性黏土的桩土接触面模型及解析解

湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。     

大直径桩桩身压缩量和侧摩阻力综合分析

为了分析桩身压缩量和侧摩阻力对大直径桩承载力的影响,通过桩基现场静载试验,获得各级荷载作用下各土层交接面处的桩身应力应变值,计算出不同土层间每1m桩身段的压缩量和侧摩阻力值。实验结果表明：各土层间桩侧摩阻力实测最大值与勘察报告值之比差别较大,其中上部土层问的摩阻力比值较小,下部比值较大。上部土层桩侧摩阻力在各级荷载作用下变化不大,而下部土层桩侧摩阻力随荷载逐级递增。由于压缩量是反映材料受力变形的物理量,虽然下部土层的摩阻力实测值与报告值比值较大,但其桩身压缩量较小,因而可以判断侧摩阻力发挥程度并估算其极限值。大直径桩的承载力主要是由侧摩阻力来提供的,因此可以通过桩身压缩量和侧摩阻力的综合分析为石家庄乃至河北地区的大直径桩承载力确定提供有价值的参考。     

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。     

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。     

基于试桩试验的桩侧注浆抗拔桩承载变形特性的荷载传递法

依托上海虹桥综合交通枢纽工程开展了4组桩侧注浆抗拔桩的现场试桩试验,得到了各试桩各土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线（?-w曲线）。首先,对前述现场试桩试验得到的?-w曲线以及文献[1]中通过桩土接触面大型直剪试验得到的?-w曲线进行归一化处理,归一化参数为各土层极限侧摩阻力?ult及其相应的临界桩土相对位移wult;然后采用双曲线函数拟合归一化后的各土层?/?ult-w/wult曲线,得到一个统一的?/?ult-w/wult函数关系式;最后,将该双曲线函数应用到荷载传递法中,用于分析预测桩侧注浆抗拔桩的承载变形特性,可求得桩侧注浆抗拔桩桩身各处的荷载-位移曲线、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。通过工程案例的验证表明,其计算结果与工程案例实测值较接近,在上海地区具有一定的适用性。     

钻孔扩底灌注桩承载性状分析

为研究钻孔扩底灌注桩承载性状,对2根不同扩大头形状的钻孔扩底灌注桩和1根等直径钻孔灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验,并对其中的扩底桩同步进行桩身应力测试。测试及数据分析结果表明:沉渣及土层软化对扩底桩承载力影响较为敏感,除了直接影响桩端阻力发挥外,还会产生桩侧摩阻力弱化效应;扩大头形状影响孔底清渣效果,桩底高压注浆可消除或部分消除沉渣影响;不同试验桩的同一土层桩侧摩阻力发挥值为非定值;受扩底桩变径影响,同一根试验桩的同一土层在变径处以上3 m范围内桩侧摩阻力较其3 m以上发挥值低15%~40%。试验研究成果可为扩底桩设计与施工提供借鉴与参考。     

用抗剪强度指标计算预制桩软黏土侧摩阻力的参数统计分析

参照现有的静力法计算桩侧摩阻力的公式,提出了根据固结快剪c、j指标计算桩侧摩阻力的计算公式,其中有多个参数待定。根据收集到的上海地区19个工程摩擦型预制桩的试桩成果,采用最小二乘法,确定了上海地区主要软土层的待定参数,由统计得到的桩侧摩阻力的计算公式,计算出各试桩在各主要软土层的桩侧摩阻力和各试桩的极限承载力。结果表明,同一土层的各试桩桩侧摩阻力相关性较好,基本符合正态分布规律;单桩承载力计算值与实测值之间的误差较小;用上海地区主要软土层固结快剪c、j指标的上下限可以计算得到桩侧摩阻力上下限,根据19个工程统计得到的平均桩侧摩阻力在上下限之间;桩侧摩阻力的深度效应不明显,桩端持力层条件对桩侧摩阻力发挥有影响。     

桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法

目前超长灌注桩普遍应用于大型桥梁、超高层建筑工程中,且常采用桩端后注浆技术,但其桩侧极限摩阻力的确定尚未有切合其实际特点的方法。大量现场实测数据反分析表明,采用 法计算时,存在桩侧土压力大于土层静止土压力的现象。在探讨桩侧土压力增大机制的基础上,对 法进行改进,建立了桩侧土压力确定方法,并给出了桩侧土压力系数的取值公式。工程实例计算结果与试桩实测结果比较分析表明,所建立的桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法具有合理性与可行性。     

昆明古滇池湖积层与冲积层工程桩荷载传递特性研究

昆明市广泛分布第四系古滇池冲洪积层与湖积层,通过采用静载加压、桩身应力测试方法,以获取桩端承载力及桩侧摩阻力。单桩承载力(轴向压力)在桩顶呈现最大,一般为顶压力的60%～80%,随着深度增加,承载力(轴向压力)近似直线下降,到达桩底时轴向压力最小,最小值接近桩顶压力的1%。物理力学指标高的(岩)土层侧摩阻力特征值较大。沿桩身随着深度增加,一定埋深、一定层位的土层侧摩阻力发挥较好,表现为近桩顶的土层摩阻力发挥充分,近桩底的土层随着极限荷载的临近可逐步有一定发挥,但桩身中部的土层一般很难提供出该类土层具有的极限侧摩阻力。通过对建筑物工程桩在该类地层荷载传递特性研究,为该地区工程桩的合理选型、提供了可靠的参考依据,同时对类似工程设计有一定的指导意义。     

砂卵石层上大直径扩底短墩竖向承载性状

根据同一场地砂卵石层中一组土的深层静载荷试验、一组纯摩擦桩和两组原型扩底墩的竖向承载力静载试验,分析了埋深在6.20～6.75 m处的扩底短墩的荷载传递性状。结果表明,可用直接试验法和间接试验法确定扩底墩的竖向承载力。以卵石层为持力层的S3试验墩的极限承载力为7 250 kN,其中端阻力达6 890 kN,占95 %;以砂层为持力层的S2墩的极限承载力为2 330 kN,端阻力占85 %。当墩顶仅沉降1.46 mm左右时,S3、S2墩侧摩阻力已充分发挥;在端阻力充分发挥时,S3、S2墩顶沉降则分别达92.64 mm和21.07 mm。直径相同时,扩底桩的竖向承载力远大于纯摩擦桩和直身墩。     

厚层黄土状土中扩底墩竖向承载性状

根据同一试验场地厚层非湿陷性黄土状土中8根大直径扩底墩、2根等直径桩的竖向承载力静载试验,对扩底墩的竖向承载性状进行了研究。结果表明,在其他条件相同时,随扩底墩直径D的增大,虽单位面积极限端阻力有不同程度的降低,但墩的极限承载力Qu增大;当D和墩身直径d不变时,总极限侧阻力所占墩顶极限荷载的百分比随长径比L/d的增大而增大;d不变时,随长径比L/D的增加,各墩的墩顶荷载呈起伏变化,总端阻所占百分比（比等直径桩大）相应降低,平均极限侧阻力（比等直径桩小）相应增大,而L/D = 3时,其承载性状较好;在扩底墩墩身直径d与等直径桩相同、入土长度相当的情况下,前者承载力比后者大,且沉降小。     

大直径扩底桩端阻力折减问题探讨

目前人们对大直径扩底桩端阻力折减问题有不同的看法。从大直径扩底桩的承载机理入手,通过桩端面积不同的对比现场试验研究、数值模拟分析等,对大直径扩底桩的端阻力折减问题进行了探讨。结果表明,大直径扩底桩端阻力折减系数实质上是一个与基础结构特性相关联的尺寸效应系数,只是在形式上表现为变形折减或强度折减。在保证桩端土变形和强度满足上部结构要求的前提下,相对折减系数法以增大桩基的沉降为代价来提高桩基设计中的桩端承载力。最后提出了一些其它应注意的端阻力折减问题。     

粉喷桩多桩复合地基沉降因素的数值分析

利用有限单元法对粉喷桩多桩复合地基进行数值模拟,通过对荷载大小、垫层厚度、垫层模量、桩长径比以及桩距等影响因素的分析,得出在整个加荷期间粉喷桩多桩复合地基沉降随着这些因素变化而变化的规律：随着荷载的增加,粉喷桩复合地基沉降呈现了非线性的增长势态;褥垫层越厚,桩间土的沉降越大,厚度应控制在300mm左右且其模量不应过大;随着桩长的逐渐增加,桩侧摩阻力发挥得就越明显,桩土有共同的沉降趋势;随着桩间距的增加,导致桩间土沉降的非线性趋势更加明显。     

利用静载荷试验的相对沉降值确定夯扩桩的承载力

本文根据多年实践经验，对夯扩桩静载荷试验的相对沉降值与单桩承载力之间的对应关系作了分析，总结出了一种简便实用的确定夯桩承载力的方法。     

低承台扩底楔形桩群桩效应系数研究

基于模型试验方法,开展砂土中竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩桩-土相互作用模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-沉降关系曲线、桩端阻力以及桩身轴力等分布规律,同时开展扩底楔形桩单桩竖向承载特性试验作为对比分析。结合JGJ94规范规定的承台效应系数和群桩效应系数,对扩底楔形桩群桩竖向极限承载力进行了理论计算分析。研究结果表明,文中试验条件下竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩的综合效应系数分别为1.16和1.10;无承台作用下2×1和2×2扩底楔形桩群桩的群桩效应系数分别为0.95和0.88;理论计算中扩底楔形桩承台效应系数和群桩效应系数可以参照等直径桩的相关规范取值。     

极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究

由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particle image velocimetry）技术,针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验,测得桩顶荷载-沉降曲线,研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明,在此试验条件下,扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍;极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。     

城市桥梁基桩承载性能时间效应试验研究

岩土的流变性质使建（构）筑物基础的承载性能具有时间相关性,对运营期建筑结构的安全性造成较大的影响。为了进一步探讨城市桥梁桩基础承载性能随时间的变化规律,对某桥梁工程的2根试验桩进行了长效荷载试验研究,得出了桩顶沉降和桩身承载性能随时间的变化规律。利用桩基承载性能时空效应新理论对试验结果进行分析拟合,获得真实的桩土力学参数,得到工程桩桩顶沉降随时间变化的解析解。试验成果进一步揭示了桩在长效荷载作用下自然而真实的发展变化规律,为检验验证理论研究成果提供可靠的依据,可用于指导同等条件下工程桩设计和施工时预测桩的工后沉降变化趋势,控制基础稳定性,同时为解决路桥的工后运营期沉降控制提供科学合理的理论依据。     

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全     

试桩测试方法对桩基承载特性的影响研究

吉利黄河公路特大桥施工了2根相同直径的试桩,分别采用锚桩法和自平衡试桩法进行静载荷测试。根据S2（自平衡试桩法,50 m）上段桩与S1（锚桩法,32 m）桩的平均摩阻力进行的对比,二者表现出相似的变化规律,均可采用双曲线模型很好的拟合,取趋于稳定的同一位移(12 mm)进行比较,在中密卵石层中平均负摩阻力约为平均正摩阻力的0.84倍。桩S1,S2的Q-S曲线均呈缓变型,在曲线前半段,两条曲线非常接近。在后半段,随着荷载增大,S1桩的下降速率明显大于S2桩,若取同一位移30 mm进行对比,S2的承载力为59.5×103 kN,S1的承载力为48×103 kN。S1的端阻力占总荷载的比例为22.46 %,为摩擦端承桩。S2端阻力占总荷载的比例只有3.59 %,桩顶沉降基本由桩身压缩引起,为摩擦桩。