大直径超长桩压浆后承载性能的试验研究及有限元分析

结合大直径超长桩试桩得到的试验资料,应用有限元方法分析了压浆对大直径超长钻孔灌注桩承载性能的影响。根据反分析计算结果可知,桩周摩阻力、桩端加固体变形模量及桩周土的变形模量均有不同程度的提高,桩周土在整个桩长范围内变形模量提高幅度为33 %～67 %,平均侧阻力提高幅度为30 %～40 %,与实测结果相基本一致。     

桩端岩土强度提高对超长桩桩身总侧阻力的强化效应研究

基于5个场地中共15根超长桩的现场对比试验和2根超长桩的对比弹塑性数值模拟,分析了超长桩桩端岩土强度提高对桩身总侧阻力的影响。发现桩端沉渣厚度减小或无沉渣,超长桩桩身总侧阻力提高29.86 %～112.17 %;桩端注浆后,超长桩桩身总侧阻力提高33.07 %～66.95 %;桩端入硬层或基岩后,超长桩桩身总侧阻力提高23.34 %～235.65 %。结果表明,和一般桩（即短桩和中长桩）一样,桩端岩土强度提高同样能使超长桩的桩身总侧阻力得到强化。     

钻孔后压浆技术在苏通大桥基础工程中的应用

钻孔灌注桩后压浆技术,使水泥浆液在高压下渗透、充填和挤密,与沉渣、泥皮、桩周和桩端土体发生物理化学固结,增大了土体和桩端的强度,改变了桩的受力类型,提高了桩侧摩阻力和端阻力,从而提高了单桩的承载力。在苏通大桥超长大直径桩中应用了桩底后压浆技术。通过试桩静载试验,决定在工程施工中采用U型压浆管方案。试桩结果表明,压浆后极限承载力测试值是压浆前的1.48～2.0倍,压浆后端阻力是压浆前的2.46～7.21倍,表明利用后压浆技术达到了节约工程投资、提高工程施工质量及可靠性的目的,并产生了较大的技术经济效益和良好的社会环境效益,这将促进我国公路桥梁建设的桩基技术迈向一个新台阶。     

天津厚地层超长钻孔灌注桩单桩承载特性研究

天津市某主塔楼桩基选用后压浆超长钻孔灌注桩,为了掌握超长后压浆钻孔灌注桩在该地层的工程特性,共设计了2组（共8根）试桩进行单桩竖向抗压静载试验。试桩中安装了振弦式钢筋计和分层沉降管以反映桩侧摩阻力和桩身分层沉降状态。对试验数据进行对比分析和计算结果表明,桩侧注浆可以明显提高超长桩的侧摩阻力;采用预压加载可以增强超长桩的弹性,减少桩顶的沉降;卸荷稳定后试桩具有桩侧阻力,桩身上段所受阻力为负摩阻力,下段为正摩阻力,同时具有的桩身轴力使试桩产生一定的压缩,其压缩量为残余变形量的重要组成部分     

珊瑚礁灰岩层后压浆桩增强效应作用机制

珊瑚礁灰岩层中桩基承载特性的研究是岩土工程的热点问题。基于某跨海大桥工程开展的珊瑚礁灰岩层中桩端后压浆桩现场静载荷试验,对比分析了压浆前后的实测结果,研究了桩端后压浆的预压作用对桩阻力的影响,并在桩端后压浆试验结果分析的基础上,进一步研究了后压浆桩增强效应作用机制。结果表明,桩端后压浆技术可应用于珊瑚礁灰岩地层中,能有效地提高桩基承载力和减小沉降量;钻孔取芯试验明确了压力浆液在桩端以下一定范围内的分布情况,并证实了压力浆液对珊瑚礁灰岩的孔隙有充填作用;桩端压浆后,在桩端未能消散的压力产生负摩阻力,使负摩阻力在竖向荷载作用下提前发挥,并增大了压浆桩的侧阻力。此外,桩端后压浆的预压作用提高了桩端阻力,并减小了桩端位移,改善了桩基的承载性状。     

桩端后注浆对大直径灌注桩影响的现场对比试验研究

基于郑州三环快速路工程开展的6个场地19根大直径灌注桩现场足尺试验,通过对比分析后注浆桩与未注浆桩实测结果,研究桩端后注浆对大直径灌注桩承载变形性状、荷载传递规律、桩端承载特性及桩侧摩阻力发挥性状的影响。结果表明,桩端后注浆条件下大直径灌注桩承载变形性能明显提高,且提高幅度受注浆龄期影响较为显著;在黄河中下游以中密～密实粉土、粉细砂及可塑～硬塑粉质黏土为主要冲积地层中桩长40 m左右的大直径灌注桩表现为摩擦型桩,但相比于未注浆桩,桩端后注浆桩传递至桩身下部及桩端的荷载更小;桩端后注浆在桩端下形成水泥沉渣坚硬固结体,有效地处理了桩端沉渣问题,且通过渗透劈裂作用,形成深度可达1 m的网状分布的水泥胶结体,加之对桩端土层的压密效应,显著提高了桩端支承性能与承载刚度;桩端后注浆显著提高大直径灌注桩桩侧极限摩阻力发挥水平,并降低了桩侧极限摩阻力对应的桩土相对位移,使得大直径灌注桩在较小的沉降下表现出较高的承载能力。     

大厚度黄土地基超长群桩承载特性模型试验研究

大厚度黄土地基中大直径长桩、超长桩的应用急剧增多,但黄土地基中超长桩的承载变形机理、侧阻和端阻的发挥性状与普通桩差别较大。采用研制的黄土相似材料填筑模型,分别进行超长单桩和群桩竖向抗压静载试验,分析桩顶荷载作用下荷载-沉降、桩身轴力、桩侧阻力、桩端土体塑性区发展变化规律。研究结果表明:超长单桩在竖向荷载作用下,荷载主要由桩侧阻力承担,桩侧阻力由上向下逐步发挥,属纯摩擦桩,单桩破坏形式为刺入破坏,桩端土体塑性变形影响范围约为1.1 d。与单桩相比,超长群桩基础桩端承载力有较大幅度的提高,桩身轴力衰减深度范围有所减小,侧阻力沿桩身逐渐增大,桩端土层的影响范围约为1.25 d,与超长单桩的影响范围较为接近。本文的研究方法和结果可为大厚度黄土地区超长桩基的承载特性研究提供参考。     

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。     

钻孔压浆桩的承载特点及单桩承载力的评价

钻孔压浆桩是一种新型端承—摩擦灌注桩,其承载能力要明显高于其他钻孔灌注桩。根据与相近场地条件钻孔灌注桩的实际测桩结果所作的对比分析,钻孔压浆桩可以形成较高的侧摩阻力,在极限荷载中,侧摩阻力的构成比达65%～75%。     

超长钻孔灌注桩桩端后压浆效果检测

主要介绍一根超长钻孔灌注桩桩端后压浆试验成果,包含自平衡静载试验以及钻孔取芯试验。结果表明,超长钻孔灌注桩桩端后压浆水泥浆液上返高度在该类地质条件下约达15 m左右,但水泥浆液在地下需要较长时间才能达到设计强度,且分布不均。桩周土层标贯试验表明,贯入击数与压浆前相比,普遍提高。自平衡静载荷试验结果表明,压浆后承载力增加50 %。因此桩端后压浆对提高桩承载力和改善荷载传递性能有明显的效果。     

超长桩荷载传递性状研究

根据超长桩的现场静载荷试验资料,分析了超长桩的单桩荷载传递特性。结果表明,超长桩表现出端承摩擦桩的特性,桩顶以下l/3桩长及桩端以上l/6范围内的桩侧摩阻力极限值接近规范推荐值,而中间部分的桩侧摩阻力远远大于规范值,表现出强化效应,桩端注浆桩的侧摩阻力强化效应更加明显。根据其荷载传递特性,提出了单桩极限承载力的估算公式,实例计算结果和实测结果较吻合。     

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。     

超长大直径桩的变形特性研究

应用有限元方法,分析了不同几何参数情况下超长大直径桩的荷载-沉降关系、桩顶沉降量的构成及其比例。根据计算结果得出以下规律：超长桩极限承载力的发挥需要较大的桩顶位移,且随着长径比的增大而增大;超长桩的变形主要由桩身压缩量控制,桩端沉降所占比例较小,且各沉降分项所占比例与长径比存在明显的函数关系;对长径比为50～83的超长大直径桩,极限状态下的桩身压缩量所占比例为65.2 %～71.83 %,桩端荷载所引起的沉降量所占比例为15.7 %～9.72 %;工作荷载作用下的桩身压缩量所占比例为66.1 %～72.5 %,桩端荷载所引起的沉降量所占比例为10.8 %～3.9 %。     

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。     

用三维有限元法对超长单桩桩端承载力的研究

基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS对超长单桩的桩端承载性状进行了分析研究,具体分析了桩长、桩径、土性等因素对桩端承载力的影响。结果表明,桩长越长,桩端承载力越高;桩径越大,相应桩端单位面积承载力越低;土的弹性模量和内摩擦角对桩端承载力均有较大的影响,而凝聚力则影响较小。同时,也分析了桩侧摩阻力对桩端阻力的影响即桩侧摩阻力对桩端阻力有提高作用。     

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。     

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%。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

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。