开口与闭口管桩连续贯入机理的可视化模型试验研究

静压管桩连续贯入的动力响应不仅会引起土体的局部大变形,还会改变桩周土体的有效应力状态,从而影响自身的贯入阻力以及桩基承载力时效。现有研究更多关注的是沉桩后的承载变化,对于沉桩过程贯入机理的认识仍相对不足。为此,克服传统全模型试验不可视的局限,通过透明土可视化物理模型试验开展了开口与闭口管桩静压沉桩连续贯入全过程的对比试验,获得了开口与闭口管桩相同沉桩条件下的桩周土体的位移场。系统研究了两种形式下全时空域的桩周土体扰动变化规律及承载特性的发挥,并讨论了开口与闭口管桩贯入机理的差异性。试验结果表明：由于土塞效应渐进调动的原因导致开口与闭口管桩的挤土效应发挥机理存在较大差异,闭口管桩连续贯入引起的位移矢量场的模式主要以桩端放射状挤压土体运动为主,而开口管桩的位移矢量场则表现为管桩内部竖向位移最大、桩身两侧的扰动变形较小;贯入初期,开口管桩所调动的贯入阻力远小于闭口管桩,随着土塞程度的增大,土塞效应引起的开口管桩的土塞端阻对于总贯入阻力的贡献占比逐渐增大。     

基于光纤光栅传感技术敞口混凝土管桩应力测试现场试验

基于4根足尺敞口混凝土管桩现场试验,在桩身刻槽预埋串联式的FBG传感器,成功地将准分布式FBG传感技术应用在贯入过程中桩身轴力的测试,研究了敞口混凝土管桩稳态贯入过程中桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。试验表明：FBG传感技术能够准确分离桩端阻力和桩侧摩阻力,测试效果较为理想。桩端阻力和桩侧总摩阻力沿深度变化曲线反映土层的工程性质,桩端阻力受土层变化影响明显,硬质土层界面处桩端阻力平均增幅78.5%;桩侧摩阻力进入圆砾层时出现峰值,平均增长幅度为20.2%。桩端位于非硬质土层,桩端阻力、桩侧摩阻力变化不明显。贯入过程中桩身轴力变化曲线表明桩身下部侧摩阻力明显大于上部侧摩阻力。     

基于光纤光栅传感技术的敞口混凝土管桩应力测试现场试验

基于4根足尺敞口混凝土管桩现场试验,在桩身刻槽预埋串联式的光纤光栅(FBG)传感器,成功地将准分布式FBG传感技术应用在贯入过程中桩身轴力的测试,研究了敞口混凝土管桩稳态贯入过程中桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。试验表明:FBG传感技术能够准确分离桩端阻力和桩侧摩阻力,测试效果较为理想。桩端阻力和桩侧总摩阻力沿深度变化曲线反映土层的工程性质,桩端阻力受土层变化影响明显,硬质土层界面处桩端阻力平均增幅78. 5%;桩侧摩阻力进入圆砾层时出现峰值,平均增长幅度为20. 2%。桩端位于非硬质土层,桩端阻力、桩侧摩阻力变化不明显。贯入过程中桩身轴力变化曲线表明桩身下部侧摩阻力明显大于上部侧摩阻力。     

基于光纤传感技术静压PHC管桩贯入过程试验

为探讨桩端阻力和桩侧摩阻力对静压桩贯入机制的影响以及贯入过程中的荷载传递规律,通过在桩身埋设光纤光栅(FBG)传感器,对足尺闭口PHC管桩静力压入层状土地基的沉桩过程进行监测.试验结果表明:光纤光栅传感器的稳定性好、抗干扰性强,对桩身应力的监测效果较好;压桩力的变化规律基本反映了土层的分布情况,桩端土层的软硬程度制约着压桩力的变化;桩端由黏土层进入到粉土层时,压桩力平均增加2.5倍,桩侧摩阻力平均增加1.7倍且占沉桩阻力的44.99%;桩端阻力受桩端土性的影响较大,粉土层的桩端阻力约为黏土层的2倍且占沉桩阻力的59.84%;桩端由硬土层进入软土层时,需考虑沉桩速度和桩身表面切向力对桩侧摩阻力的影响;在沉桩过程中,随着贯入深度的增加,同一标高处桩侧水平应力逐渐释放,桩侧摩阻力不断减小且其退化现象明显.     

黏土中桩端后注浆单桩抗压承载特性室内模型试验研究

参照现场桩端后注浆工艺的基础上,采用室内模型试验和自主研发的模型桩钻机以及注浆装置研究黏土中不同桩端注浆量下5根模型钻孔灌注桩竖向抗压承载特性,并通过后续土体开挖,分析桩端后注浆浆液上返高度和浆液在土体中的扩散模式.试验结果表明:与未注浆试桩相比,黏土中不同桩端注浆量下试桩极限承载力提高率为37.5%～112.5%,承载力提高幅度与注浆量呈正相关;注浆试桩桩端以上浆液上返段深度范围内轴力明显小于未注浆试桩,且轴力随着注浆量的增大而减小;桩顶荷载较小时,在浆液上返段深度范围内,4根不同注浆量试桩平均侧摩阻力略大于未注浆试桩且增长幅度受注浆量影响很小;随着桩顶荷载增大,该深度范围内注浆试桩桩侧平均摩阻力远大于未注浆试桩且其值随着注浆量的增大而增大;在相同注浆压力条件下,不同桩端注浆量主要影响桩端浆液上返深度范围内桩身侧摩阻力值大小,对上返高度影响较小,桩端后注浆浆液上返高度约为桩端以上14倍桩径;未注浆试桩表现出摩擦端承桩的特性,注浆试桩表现出端承摩擦桩的特性;在同一桩顶荷载下不同注浆量试桩桩端阻力发挥比例随着注浆量的增大而减小.通过开挖分析得出黏土中桩端后注浆主要通过浆液压密和劈裂作用于桩端和桩侧土体进而改善基桩承载特性.     

热-力耦合作用下新型能量桩承载性能试验

摘 要 能量桩在承担上部建筑荷载的同时兼起到地源热泵换热器的作用,热-力耦合作用下对其承载性能产生的影响与常规桩不同。文章基于室内模型试验方法,对热-力耦合作用下饱和砂土地基中新型能量桩（掺入0.6 %的钢纤维和4 %的石墨）桩周温度场分布、桩身热应力、桩端土压力、桩身侧摩阻力、桩顶以及桩周土体竖向位移的变化规律进行研究。试验结果表明：桩端土压力在升温时逐渐增大,降温时逐渐减小;桩身热应力随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,同一深度处温度越高桩体内产生的热应力越大;无论有无工作荷载,桩侧摩阻力均随温度的升高而增大;工作荷载作用时,随着循环次数的增加桩顶的沉降位移不断累积,对结构的安全性、耐久性及正常使用造成不利的影响。     

桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为了研究桩土之间的相互作用机理,利用数值方法建立桩土计算模型,分析桩顶荷载作用下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置的变化规律以及桩周土体的位移.研究结果表明:桩侧负摩阻力沿桩身先增大后减小,并逐渐过渡到正摩阻力;随着桩顶荷载的增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点位置上移;桩体轴力沿桩身呈现先增大后减小的趋势;受到桩侧摩阻力的作用,位于地表的桩周土体沉降受到一定影响,其影响范围随桩顶荷载的增大而减小.     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验,测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力,并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用,得出了CFG桩由于褥垫层的设置,在加载初期,桩身存在负摩擦力,同时协调了桩土变形,使得桩土共同承担荷载,充分发挥土体的承载能力。     

超长桩桩端与桩侧阻力相互作用试验研究

为研究超长桩在桩端与桩侧阻力之间的相互作用关系,设计实施了超长桩室内模型试验,分析了模型桩在不同桩顶载荷下载荷与沉降的关系、桩身轴力随深度的变化、桩侧摩阻力随深度的变化以及桩顶载荷与桩端土压力的关系.研究结果表明:超长桩桩侧摩阻力发挥作用的主要部位在桩身上部以及桩底以上10 d范围内,桩身中部侧摩阻力相对较小;当桩顶载荷达到1 039 N时,桩端阻力和桩侧阻力在桩端附近均出现增强现象.     

深厚层强湿陷性黄土区桩基负摩阻力现场试验

为获得深厚层强湿陷性黄土区桩基负摩阻力分布特征,通过天水南站2根试桩在预加荷载条件下的浸水载荷试验,对浸水前(后)桩身轴力、侧摩阻力分布特征进行了测试分析。研究结果得出:浸水前后2根试桩桩端荷载与桩顶荷载比值分别为9.1%、18.3%和6.1%、15.8%,均为摩擦型桩;浸水前最大桩顶沉降为6.1mm,浸水后桩顶附加沉降分别为3.8 mm和2.8 mm,说明当桩长超过湿陷性下限深度,自重湿陷引起的附加沉降是有限的;浸水前后,桩身轴力在中上部衰减较慢,浸水后由于负摩阻力的产生,导致桩身轴力出现峰值,均大于预加桩顶荷载;浸水前,侧阻力随桩深呈先增后减的分布状态,峰值点随桩顶荷载的增大逐渐下移,桩身中下部为主要发挥区域;浸水后,在桩身上部产生负摩阻力,其随黄土湿陷的发展而增大,并出现峰值(-32、-43 k Pa),桩侧正摩阻力与浸水前相比,则呈现先减小后增大的趋势;正负摩阻力峰值点和中性点均随浸水时间增加逐渐下移;稳定时2根试桩的中性点与湿陷性土层下限深度比值分别为0.6和0.51。     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

短芯PHC管桩水泥土根植桩竖向承载力数值模拟

为研究短芯预应力高强度混凝土(PHC)管桩水泥土根植桩的竖向荷载传递规律,结合现场案例展开数值模拟;分析各级荷载下管桩及水泥土桩身应力与侧壁摩阻力分布特征,研究根植桩的受荷规律和承载力影响因素.数值模拟结果表明:在管桩长度范围内,水泥土对管桩侧阻力的发挥做出了贡献,在管桩桩端处,荷载由管桩向水泥土传递,使得此处水泥土应力应变急剧增加;管桩桩端附近水泥土的侧向变形突增,增加了管桩-水泥土界面的摩擦强度,明显提高了管桩的侧摩阻力;管桩桩端附近水泥土塑性变形集中,是根植桩的一个薄弱环节.此外,水泥土粘聚力的增加能较为显著提高根植桩承载力,但水泥土的弹性模量及摩擦角对根植桩承载性能影响小.为充分发挥根植桩承载力,在进行设计时,宜使水泥土的粘聚力为250 kPa、摩擦角为40°、弹性模量为400 MPa.     

贯穿含深厚建筑垃圾土地基的预应力管桩承载力特性

通过对表面粘贴应变片的管桩进行静载试验,分析沿轴向的管桩轴力及侧摩擦阻力的变化情况.结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力沿深度方向呈现出倒三角的分布特征,其数值沿深度方向而逐渐减小;在含建筑垃圾土的土层中,管桩轴力随着深度的增加而快速降低,进入粉质黏土层后,其降幅较深层含建筑垃圾土的土层减缓;随着压桩力增加,管桩侧摩擦阻力逐渐增大,但其增幅减缓而最终达到极限值;浅层土与管桩之间的摩擦阻力较小,随着深度增加,摩擦阻力迅速增大;粉质黏土层与管桩之间的侧摩擦阻力小于底层含建筑垃圾土土层.     

人工挖孔扩底桩轴向静载荷试验研究

依据河南济源人工挖孔扩底桩现场载荷试验,分析了人工挖孔扩底桩桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥特征及其荷载-沉降规律,研究了桩侧阻力和桩端阻力随荷载增加的变化规律以及扩大端临空面对桩侧摩阻力的影响。试验结果表明:在坚实土层中选用扩底桩可有效提高单桩承载能力;桩侧摩阻力的作用不容忽视;承载力计算时应考虑护壁的厚度。     

深厚填土区微型钢管桩承载特性试验

为研究深厚填土区微型钢管桩承载特性及加固效果,通过室内试验和现场试验,测定微型钢管桩的应力-应变关系、各级荷载下的桩身轴力及桩顶位移,分析组合截面的弹性模量、钢管与水泥净浆分担的荷载比以及桩身轴力、桩侧摩阻力的传递变化规律.研究结果表明,钢管的套箍效应对组合截面弹性模量影响较小,实测值仅为不考虑套箍效应计算值的1.2倍;微型钢管桩中钢管分担的内力比较大,约占总内力的2/3;填土地区微型钢管桩Q-s曲线呈缓变型,端阻力分担的荷载基本趋于零,表现为摩擦桩的特性;微型钢管桩在填土地区具有较高的承载力,采用微型钢管桩对实际工程进行加固,目前最大沉降量满足规范规定的限值,表明微型钢管桩对深厚填土区地基的加固效果良好.     

钻孔灌注桩荷载传递机理试验研究

通过桩基静载试验实测数据,分析了桩身轴力的荷载传递机理.结果表明:桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力逐渐向下传递,具有明显的摩擦桩特点,桩侧摩阻力所占比重较大,而桩端阻力所占比重较小;桩底沉渣厚度显著影响桩顶沉降量与极限承载力.     

考虑时间效应的高回填场地不同桩顶荷载基桩受力特性分析

由于基桩在高回填场地的应用不可或缺,考虑在其使用过程中高回填土的蠕变特性对基桩力学特性的影响,利用有限差分软件FLAC3D,并考虑时间效应,对填土厚度为10m,桩径为1m,嵌岩深度为3m的基桩进行桩顶荷载分别为0、0.5MPa、1Mpa、2Mpa、3Mpa和5Mpa的数值模拟分析,得到不同桩顶荷载作用下基桩的受力和变形特征。研究结果表明：桩周填土沉降随时间呈现先加速增加后逐渐趋于平衡的趋势,不同桩顶荷载作用下桩顶位移随时间的变化速率滞后于桩周填土的沉降变形速率;在桩周填土蠕变初期,桩身最大内力加速发展,而桩端阻力在此段时期的增长并没有出现加速增长;随着填土蠕变进入中后期,桩端阻力加速发展,桩侧摩阻力向桩端阻力转移;待桩周填土蠕变稳定后,桩身最大轴力与桩顶荷载呈现正相关,但是桩身轴力附加值随桩顶荷载的增加而减小;增加桩顶荷载桩,桩端阻力及其附加值也随之增大。该研究可为高填土场地桩基的设计施工提供参考。     

桩长对单桩沉桩阻力和承载力特性影响的模型试验

静压桩的应用越来越广泛,为明确桩长与沉桩和承载力特性之间的关系,基于室内模型试验,对砂土中不同桩长的模型桩沉桩全过程进行了分析研究。采用振弦式压力计、微型土压力盒和高精度位移计对沉桩时的压桩端阻力、卸载后的桩周土压力和桩体回弹量进行测量,揭示了桩长与单桩沉桩和承载力特性的关系。试验结果显示,利用端阻计有效测得沉桩过程中的压桩端阻力,在600mm深度范围压桩端阻力随沉桩深度和桩长的增大而近似线性增大的特性。微型界面土压力盒对桩周土压力的测量揭示了随桩长的增大卸载后的桩周土压力逐渐趋近于被动土压力,但在某一深度位置卸载后的桩周土压力随沉桩深度的增大而降低的变化规律。采用高精度位移计较准确测得卸载过程中的桩体回弹量,得到了桩体回弹主要发生在竖向与桩长有关,并且回弹量相对较小,约为桩长的0.35%。此外,桩体加载过程中沉降随加载变化的速率与桩长相关,桩体的极限承载力随桩长增大而非线性增大。研究结果对于进一步明确桩长对沉桩特性和桩体极限承载力特性的影响机理具有重要工程意义