Uplift capacity of single piles: predictions and performance

The paper pertains to the development of a simple semi-empirical model for predicting the uplift capacity of piles embedded in sand. Various pile and soil parameters such as length (L), diameter (d) of the pile and angle of friction (ϕ), soil–pile friction angle (δ) and unit weight (γ) of the soil which have direct influence on the uplift capacity of the pile are incorporated in the analysis. A comparative assessment of the ultimate uplift capacity of piles predicted by using the proposed theory and some of the available theories are made with respect to each other and with reference to the measured values obtained from model tests in the laboratory. For this purpose experimental data have been collected from the literature and also from model tests conducted as a part of the present investigation. The study shows the proposed model has an excellent potential in predicting the uplift capacity of piles embedded in sand that are consistent with model pile test results.     

DX桩抗拔承载机理及设计计算方法研究

DX桩（挤扩灌注桩）具有良好的抗拔特性和广阔的工程应用前景。对DX桩与普通桩的抗拔承载特性进行了对比分析,探讨了DX桩的抗拔破坏模式,分析了DX桩的抗拔荷载传递机理及其主桩桩侧与支盘抗拔阻力沿深度的发挥特征。在此基础上,根据DX桩的构造特征,充分考虑主桩桩侧摩阻力和DX桩支盘或3n型分支周围土体摩阻力的影响,建立了极限状态下DX桩抗拔平衡方程,从而导得DX桩抗拔承载力计算公式;对公式中各计算参数的合理选取及相应的试验手段等进行了分析和讨论,给出了DX桩的抗拔设计计算方法与步骤。最后,对影响DX桩抗拔承载力的桩侧土体强度、支盘受荷面与水平面的夹角、支盘数量与间距以及成桩工艺等主要因素进行了定性的分析。     

注浆桩土接触面试验研究及后注浆抗拔桩承载特性数值分析

桩侧后注浆抗拔桩是一种新型的抗拔桩基础。借助于试验和数值手段对这种抗拔桩的承载变形特性开展了深入研究。首先进行了接触面的大型剪切试验,以揭示桩土接触面在注浆与未注浆前后其力学特性的差异性,并基于大型接触面剪切试验成果,建立了桩土接触面的修正库仑摩擦模型。将接触面模型应用到有限元数值分析,分别模拟了传统等截面抗拔桩与后注浆抗拔桩的承载变形特性。研究表明,相比传统的抗拔桩,桩侧后注浆抗拔桩的侧摩阻力得到了显著的改善,特别是深处的桩侧极限摩阻力得到了更充分的发挥,从而桩侧注浆抗拔桩的承载能力有了较大程度的提高。     

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。     

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。     

Effect of Arching on Uplift Capacity of Single Piles

An analytical method has been proposed to predict the ultimate uplift capacity of single vertical piles embedded in sand considering arching effect. The present analysis takes into consideration of various pile and soil parameters such as length (L), diameter (d) of the pile, angle of internal friction of soil (ϕ), soil pile friction angle (δ) and unit weight of soil (γ). A modified value of coefficient of lateral earth pressure in uplift has been developed considering the arching effect of soil. A comparative assessment of the uplift capacity of piles predicted by using proposed theory and the existing available theories is made with the existing field and model test results. It has been observed that the present model considering the arching effect predicts the results closer.     

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。     

高临界循环荷载水平下钻孔桩的抗拔性状分析

为了研究抗拔桩在循环加载过程中桩身的性状,选取杭州萧山某工地两根抗拔桩作为试桩进行循环加载试验。在抗拔桩桩身埋设钢筋应力计,测量循环加载过程中桩身应力的变化情况;在桩身预埋钢管,测量桩顶及桩端上拔量。通过对桩身应力及桩顶、桩端上拔量的分析,研究循环加载对抗拔桩承载力及上拔量的影响。综合分析抗拔桩承受循环荷载时的桩顶、桩端上拔量、桩身轴力以及桩侧摩阻力分布可知,当抗拔桩承受循环荷载时,且临界循环荷载水平较大（接近或者达到1）,抗拔桩经过2～3次循环加载后就发生破坏,其研究结果可供其他类似工程参考。     

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%。     

软岩地基中大直径布袋桩抗拔试验研究

西北地区深大基础工程日益增多,兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白,借助西宁火车站综合改造工程,引入大直径布袋桩技术,有效解决了基础抗浮和耐久性问题;选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验,最大加载量为9 060 kN;运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线,同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟,并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测;本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D;仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善,至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。     

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。     

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。     

考虑桩底沉渣的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究

随钻跟管桩施工不能完全清除桩底岩土沉渣,从而影响桩基端承力。为揭示桩底沉渣对随钻跟管桩承载力的影响机制,开展了考虑桩底沉渣影响的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究。试验结果表明:在密砂地层中,具有桩端水泥土扩大头的随钻跟管桩,其桩顶荷载-沉降曲线为缓降型,而模拟试验的其他管桩均为陡降型;桩底沉渣降低随钻跟管桩的极限承载力在22%以内,且其桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,承担占比超过90%;与存在一定厚度沉渣的钻孔灌注桩相比,随钻跟管桩的桩底沉渣对降低承载力的影响相对较小;靠近桩端的轴力随着沉渣厚度的增加而减小,沉渣越厚,减少的幅度越明显;桩端水泥土扩大头施工可提高随钻跟管桩约37%的承载力,且桩端阻比均小于15%。现场原位测试(桩长为15.5 m,长径比为15.50)和室内模型试验(桩长为1 m,长径比为15.87)结果均表明:存在桩底沉渣时,随钻跟管桩是以发挥侧摩阻力为主的端承摩擦型桩。研究成果有助于进一步加深对随钻跟管桩承载性状的认识。     

螺杆桩技术设计与施工在长春地区的应用

本文利用螺杆桩技术对长春地区粘性土层,进行抗拔实验,获得螺杆桩在粘性土层中抗拔承载力值,通过现场抗拔桩试验检测,为螺杆桩技术在长春地区应用提供理论依据,具有重要的理论与实际意义。     

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。     

扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟

通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致.     

后压浆桩基础的承载力试验对比分析

结合陕西省高速公路工程某特大桥试验区4根试桩的应力测试结果,对比分析常规桩和后压浆桩的承载性能以及沉降量的变化情况。试验结果表明,在相同地质条件下,钻孔灌注桩桩端后压浆可以通过改善桩端和桩侧承载性能,从而提高单桩极限承载力,减小沉降,达到优化桩基础的目的。      

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。     

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.