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。     

砂土地基中受水流影响的竖向力-水平力联合受荷桩承载特性模型试验研究

海上风机大直径单桩基础除承受竖向荷载V与水平荷载H外,同时还受水流冲刷、扰动。基于Swipe加载法,在室内水槽模型中设计完成了砂土中的V-H联合受荷桩测试,获得了静、动水流状态及不同竖向力大小条件下的荷载-位移曲线及桩身弯矩分布;经无量纲化处理与拟合,得到了考虑水流影响的V-H联合受荷桩承载力包络线及其简化计算公式。结果表明:水流冲刷降低了总的桩侧摩阻力,导致竖向荷载-位移曲线初始刚度降低;桩身水平位移和弯矩在仅受水流作用时较小,但同时受水流、水平荷载作用相比于单一水平受力时则明显增大;增加桩顶竖向荷载在水平位移较小时有助于提高桩身水平承载力,但随水平位移增大且竖向荷载接近竖向极限承载力V_u时,可能会因重力二阶(P-Δ)效应而削弱桩身水平承载力;桩身最大弯矩位置不会随水流状态与竖向荷载大小的改变而明显变化,基本保持在泥面以下2～3倍桩径处。     

基于现场载荷试验的单桩沉降简化计算

基于桩在竖向荷载作用下的桩轴力分布函数,分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律,其计算结果与实测结果较为一致。从单桩Q-s曲线入手,确定各级荷载下桩端平面以下地基土的变形特性曲线,利用该变形曲线可以方便地计算单桩沉降量,其计算结果与实测的单桩载荷试验曲线一致。利用轴力分布函数计算各级荷载下的桩身压缩量和桩端沉降量,进而获得单桩沉降量,其计算结果与按现场测试的轴力分布和侧阻力分布计算的单桩沉降量规律一致,计算结果偏小,能够满足工程要求。     

冻土中单桩抗拔承载力的模型试验研究

以新疆地区某高压输电线冻土桩基础受力分析为背景,在人工冻结条件下,进行了单桩的室内抗拔模型试验.研究了在不同冻结温度下,冻土中单桩在竖向上拔荷载作用下的承载力特性及其力学性状,分析了包括桩的轴力、桩土之间的冻结力沿桩身的分布规律,桩头竖向位移与荷载的关系,并且定量分析了冻结力和承载力与冻结温度的关系.最后,将分析结果与抗压桩进行了比较.成果可为西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

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。     

水平与上拔组合荷载下柔性单桩承载特性试验研究

为探讨柔性单桩在水平与上拔组合荷载下的承载特性,开展了两组共6根单桩室内模型加载试验。其结果表明:相比于纯水平受荷桩的极限承载力H_(u1),预先施加不超过0.5T_(u1)(纯上拔桩的极限承载力)的上拔荷载能够提高单桩的水平极限承载力,且随上拔荷载增加,水平极限承载力先增大后减小;增大预先施加的上拔荷载降低了同一水平荷载下桩身的弯矩及土反力,也削弱了地基的水平刚度,综合影响下桩身的水平位移先减小后增大;预先施加不超过0.5H_(u1)的水平荷载主要增大0～10D(D为外径)范围内桩身的平均摩阻力从而提高上拔极限承载力值,且水平荷载越大,其提高效果越显著;当水平荷载达到0.5H_(u1)时,对应的上拔极限承载力相比T_(u1)增加了17.1%,设计中可对增加的上拔极限承载力给予考虑。进一步通过理论研究验证了试验结果的合理性,给出了组合荷载下柔性桩的上拔极限承载力计算公式,其计算误差在6%范围内。     

水平荷载作用下PCC桩复合地基工作性状

利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行PCC桩水平承载足尺试验,实测得到了水平荷载作用下桩身弯矩分布。利用三维弹塑性有限元方法,研究了PCC单桩与等截面实心圆桩、PCC桩复合地基与等截面实心圆桩复合地基在水平荷载作用下的工作性状,对其桩身弯矩和水平位移的分布规律进行了比较,分析了竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率对PCC桩复合地基桩身性状的影响。研究表明,PCC桩复合地基在水平荷载作用下,随着竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率的增加,其桩身弯矩和水平位移随之减小。因此,在PCC桩复合地基设计时可以通过适度调整这些影响参数来减小水平荷载作用下的桩身弯矩和水平位移,确保桩身的安全。     

大直径超长灌注桩设计方法分析

采用静荷载试验并通过承载力和桩基沉降的计算,讨论了大直径超长灌注桩的设计方法.大直径超长灌注桩Q-S曲线没有明显的特征点,呈缓变形;桩顶沉降由桩身弹性压缩、桩侧荷载和桩端荷载引起的桩端土体压缩三部分组成.分析结果表明,以位移控制方法来确定大直径超长灌注桩的承载力,一般取S = 0.01D时的试验荷载为设计承载力;桩身弹性压缩量对桩顶沉降影响较大,利用弹性理论法计算单桩沉降值比试验值偏大,设计时需以静载试验为主.     

钉形搅拌桩单桩承载力及荷载传递特性的数值模拟研究

在现场试验的基础上,对钉形桩单桩承载力及荷载传递特性进行了三维数值模拟。模拟结果表明：在其他条件相同的情况下,钉形桩的单桩极限承载力在一定范围内随扩大头高度增加而增大,随扩大头直径增加而增大,但单位水泥用量的单桩极限承载力随H/L和D/d均先增大后减小,存在最优值。从单桩承载力角度看,钉形桩存在有效桩长。钉形桩的桩身荷载主要集中在扩大头部分,是主要承载部位。由于扩大头的作用,钉形桩的桩身轴力在变截面附近有较大的衰减,其他条件相等,在各自的极限荷载下,钉形桩下部桩体的轴力大于常规桩,桩身侧摩阻力比常规桩发挥更加充分。     

坡顶面复合荷载刚性短桩工程设计要素分析

位于斜坡顶面的复合受荷桩,除受水平及竖向荷载共同作用产生的交叉影响外,还需考虑边坡效应,其承载力特性存在多种影响因素相互交叉作用,复杂程度远高于水平地面受荷桩。本文采用三维有限元软件对坡顶复合受荷桩进行多方面的数值模拟分析,研究发现同级荷载下随复合荷载加载角度增加其极限承载力呈先减小后增大的规律;竖向荷载对桩身水平位移的影响大于其对内力的影响;桩周均布土压力增大将使得桩身位移及内力随之增大;随临坡距增加边坡的影响作用将减小。     

单桩静载试验下桩的变形特征研究

为了研究竖向荷载作用下桩的变形特征及桩身内力的分布规律,本文基于现场单桩静载试验及数值模拟研究了桩的Q-S曲线特征及桩的内力分布形态。结果表明：(1)当荷载级别达到130 t时,桩的侧壁摩阻力未能充分发挥作用。因此单桩的极限承载力远大于设计值;(2)数值模拟得到的单桩桩顶最大沉降值为15 mm,而实测值桩顶最大位移12.5 mm,两者的相对误差在10%以内。总体来看数值模拟的计算是合理有效的;(3)采用数值模拟对试验结果进行了验证分析。证明数值模拟的合理性。此外,对于黏性土而言,由于桩土极限位移介于6～10 mm,但桩在最大一级荷载下,未能达到上限值,因此侧壁摩阻力只能分担总荷载的40%。     

水平循环荷载下桩基变形特性的离心模型试验研究

波浪、船舶等长期水平循环荷载作用下,桩基将不可避免地产生附加应力和变形。针对饱和黏土地层,开展离心模型试验研究了船舶系泊水平荷载作用下单桩和群桩的变形特性。发现水平循环加-卸载诱发了桩周土体的塑性变形,进而导致桩身产生了不可恢复的水平位移和弯曲变形。随着循环荷载的增加,单桩和群桩的桩顶最大水平位移和残余水平位移均同时增加,但残余水平位移明显小于最大水平位移。单桩的桩顶残余水平位移与最大位移比值介于0.17～0.22;群桩的桩顶残余水平位移与最大水平位移比值介于0.30～0.84。水平循环加-卸载作用下,桩身残余弯曲应变明显小于最大弯曲应变。单桩的残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.13～0.50;群桩的桩身残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.23～0.82。群桩前桩的残余和最大弯曲应变明显大于后桩,前桩与后桩的最大弯曲应变、残余应变比值分别高达3.2和3.1。因此,前桩要采取合理的加固和保护措施,以确保桩基长期服役的安全性。     

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。     

单桩侧向承载力的试验研究

通过对单桩进行一系列在侧向力作用下的试验,研究桩-土体系内的应力、位移分布情况和桩水平承载力的计算方法,并对提高单桩在侧向力作用下的承载力提出了一些建议。     

竖向荷载作用下挤扩支盘桩的试验研究及设计分析

结合实际工程,通过挤扩支盘桩的静载荷试验和桩身轴力测试试验,深入地分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性,同时,给出了挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。结果表明,挤扩支盘桩在加荷后期支盘承担50 %以上荷载,且支盘阻力体现端承力的性质;挤扩支盘桩与普通直桩相比,单桩承载力可提高60 %～100 %。     

可液化场地桩基震后水平变形预测模型研究

近海海域实测数据显示,风机主要承受大幅值、长历时的水平向环境荷载。在服役周期内,位于高烈度区域内的近海风机遭受地震作用的概率极大。这些持续性的、量值巨大的初始水平环境荷载对风机的地震响应所产生的影响尚不清晰,目前相关研究多基于数值模拟方法。以福建海域某拟建近海风电场为对象,利用ZJU-400超重力振动台,开展了嵌岩桩单桩基础在砂土中的超重力物理模型试验,揭示了初始水平荷载与地震动荷载耦合作用下的桩身弯矩和位移响应。此外,引入超孔压参数来表征耦合荷载作用下的桩-土弱化效应,建立了能反映不同超孔压比下的大直径单桩基础桩身土反力-桩-土水平位移曲线模型。结合非线性Winkler地基梁理论框架,所构建的预测模型可以较有效地预测近海风机嵌岩单桩在初始水平荷载作用下的震后弯矩及位移分布。     

桩端压力注浆桩的承载性状分析

灌注桩后注浆工艺能提高桩的承载力、减小变形、增强桩的质量稳定性。根据某工程注浆和未注浆钻孔灌注桩的单桩静载试验的分析与对比,结合试验的荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩顶荷载与桩端荷载、桩顶沉降与桩身弹性压缩量等关系,探讨钻孔灌注桩注浆前后桩土体系荷载传递的变化规律和某些影响因素,对了解桩端压力注浆桩的承载性状及类似工程的设计有一定意义。     

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。     

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。     

单桩桩土相互作用及荷载传递机理探讨

研究了单桩桩土相互作用及荷载传递机理过程,指出了荷载传递函数中的为桩身位移,不是桩土相对位移和桩身压缩量,从而消除了由于不同的理解带来的混乱.基于单桩相互作用机理的改进模型,推导了预测单桩桩侧摩阻力以及桩身轴向力分布的公式,并将他们应用于一工程试桩,预测的单桩荷载沉降曲线与实测结果很好地吻合.