软土地基中预应力竹节桩承载性能数值模拟

预应力高强混凝土竹节桩（PHC竹节桩）由于桩身竹节的存在可以提高桩基承载性能，但在施工过程中会对周围土体造成较大扰动，导致承载力降低. 为了对竹节桩在软土地区的承载特性进行分析与研究，在现场试验的基础上通过ABAQUS建模对竹节桩的荷载传递特性进行模拟计算. 试验和模拟结果表明： PHC竹节桩桩身竹节的存在使得桩侧土体在竹节桩施工过程中受到了很大扰动，休止期为40?d时PHC竹节桩桩周土体强度仅恢复到初始强度的1/2左右，土体强度完全恢复后PHC竹节桩极限抗压承载力远高于PHC管桩极限抗压承载力；竹节尺寸会对竹节桩桩侧承载性能产生较大影响，一定范围内增大竹节尺寸可以显著地提高PHC竹节桩的极限抗压承载力，且存在一个最优竹节直径使PHC竹节桩单位体积混凝土承载力最高.     

预应力混凝土竹节桩承载性能对比试验研究

预应力混凝土竹节桩(简称"竹节桩")是在普通预应力混凝土管桩(简称"管桩")基础上改良而来的新桩型。文章介绍了竹节桩的构造和接桩技术,并通过现场静载试验,对竹节桩在软土地基中的承载性能进行了对比研究。试验表明:竹节桩的单桩竖向抗压极限承载力与管桩和预应力混凝土空心方桩(简称"方桩")相比,均能提高20%左右,单桩竖向抗拔极限承载力比管桩提高60%以上。竹节桩由于设置了环向、纵向凸肋,改变了桩-土接触方式和桩身粗糙度,有利于桩侧摩阻力的充分发挥。在荷载水平较低时,桩顶位移曲线近似为直线,当荷载增加到一定程度时,会在土体中形成一个直径与环向凸肋大小相当的圆筒形剪切滑动面。     

基于FLAC~(3D)的大直径钢管桩竖向承载特性分析

为研究不同桩径对大直径钢管桩竖向承载性能的影响,选取某海上风电钢管桩基础,采用FLAC3D软件对其进行分析,研究2.0~5.0 m直径钢管桩在加载过程中桩身内力的变化情况,揭示了2.5 m直径桩基的竖向承载性能发挥特点和桩-土相互作用情况;得出当直径小于4.0 m时,桩径的增大对钢管桩竖向承载力的影响较大,对桩侧土体正应力、桩外壁与内壁侧模阻力随桩径变化影响不明显;当桩径大于4.0 m时,承载力提高效果不甚明显,而桩-土相互作用出现一定差异,最后将承载力计算结果与规范所得结果进行对比,指出现有规范的局限性.     

PHC桩土结构材料力学特性及承载可靠性研究

为探究桩土共同作用岩土类材料力学特性及PHC管桩单桩竖向极限承载力的可靠性,以湖南省某高校新建教学楼为工程背景,根据现场调研和勘察资料进而得到土体的物理力学指标以及桩基设计参数;利用规范经验公式并结合静载荷试验结果获得PHC管桩单桩竖向极限承载力计算值与实测值;建立桩土共同作用下单桩竖向承载力极限状态方程,对其进行承载力可靠性分析.结果表明：单桩竖向极限承载力的实测值与按规范经验公式所得的计算值较吻合,采用改进的一次二阶矩法获得可靠指标β为3.75,失效概率Pf为2.326×10-4,满足设计安全要求.     

基于m法的弹性长桩的水平静载测试研究

为研究弹性长桩的水平承载性能,对实际工程进行水平静载测试。基于m法分析弹性长桩的m值、水平位移和桩侧最大弯矩。结果表明:等直径的灌注桩和PHC管桩相比,在相同水平荷载作用下,灌注桩m值较大,侧向抗力分布近似,最大弯矩平均值略小;《建筑桩基技术规范》估算的m值明显偏小,建议设计时m值取值以水平静载测试为准;"挠曲深度"是指土体对弹性长桩的约束反力的有效作用范围,桩侧最大弯矩位置相对挠曲深度是基本固定的。     

某高速公路特大桥PHC管桩承载力试验研究

通过济南至祁门高速公路淮河特大桥PHC管桩竖向抗压承载力的静载试验,得出PHC管桩的实际承载力大于按照设计规范计算的承载力;管桩的荷载沉降曲线为陡降型,破坏形式为冲切破坏。试验结果表明时效性对PHC管桩承载力和桩顶沉降影响显著,休止时间越长承载力越高,沉降越小,破坏突然性越明显;桩顶沉降为24.72~40.99mm,大于一般经验值。     

开挖过程对桩基影响的工程实例对比分析

采用3维快速拉格朗日法(FLAC3D)建立了考虑基坑分步开挖对桩基础影响的动态计算模型.该模型考虑了桩土之间的相对滑移作用,土体采用摩尔-库伦计算模型.计算分析了桩身轴力、桩身最大拉力值及其位置随开挖步的变化,通过与实测值对比验证了模型的准确性,进而对比分析了开挖前后桩基础承载性能的变化,并探讨了开挖后桩基承载力的损失机理.结果表明:基坑开挖使桩身轴力发生明显的变化,开挖后使桩基处于受拉状态,桩身最大拉力值随开挖深度的增加而增大,且其位置随开挖深度的增加而下移;开挖使得桩基的承载性状发生了显著的变化,由于土体卸荷回弹,桩身上部土体对桩周的约束作用明显减小,使得桩顶的荷载向下传递量明显增加;开挖降低了桩基承载力,其损失主要来自桩侧摩阻力.     

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。     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性的试验研究

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。     

静钻根植桩抗压抗拔承载性能试验研究

通过一组静钻根植桩的现场抗压抗拔静载试验,研究了抗压和抗拔状态下静钻根植桩的承载性能.对两根试桩的荷载位移曲线进行了比较分析,并采用有效应力法对试桩的极限侧摩阻力进行计算.试验结果表明:受桩周土体应力状态和桩身泊松效应影响,静钻根植抗拔桩的极限侧摩阻力小于抗压桩的极限侧摩阻力;抗拔桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值大于抗压桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值;采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力时,需要考虑土层的极限深度(或极限竖向有效应力),当土层深度超过极限值时,采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力需采用极限深度时对应的竖向有效应力值.     

黄土沟壑区桩基竖向承载力计算方法

为了控制道路建设成本和满足道路线形需要,黄土沟壑区修建的桥梁桩基多处于斜陡坡上,因其存在桩侧土的缺失效应和桩侧土压力的削弱效应,降低了桩基竖向承载力,从而导致采用现行规范计算黄土沟壑区桩基竖向极限承载力偏不安全问题。结合黄土沟壑区的土质特性和背景工程的桩型特征,根据斜陡坡桩基竖向承载机理,建立了考虑边坡系数与临坡距耦合作用的黄土沟壑区桩基竖向承载力计算模型。运用FLAC 3D有限差分计算软件,研究边坡土体缺失效应和削弱效应对斜陡坡地形桩基承载力的影响,并通过回归拟合方法,建立黄土沟壑地形竖向桩基承载力计算公式。研究结果表明:黄土沟壑地形对桩端摩阻力的影响可以忽略,但对于桩侧摩阻力的影响不容忽略;边坡系数和临坡距对桩基竖向承载力的影响成相互耦合关系,桩侧摩阻力随着临坡距和边坡系数的增加而增加,且桩侧摩阻力增加量越来越慢;临坡距为1d时(d为桩径),边坡系数从0.57增加到1.00时,桩侧极限摩阻力增加了91.6%,边坡系数从1.73增加到3.73时,桩侧极限摩阻力增加了22.2%;临坡距为10d时,边坡系数从0.57增加到1.00时,桩侧极限摩阻力增加了37.4%,当边坡系数从1.73增加到3.73时,桩侧极限摩阻力增加了18.3%。提出的桩基竖向承载力公式计算结果与数值模拟结果基本一致,可为同类桩基承载力计算提供参考。     

高压旋喷技术在预应力管桩中的应用

经过近几年的实践，高强度预应力管桩(PHC)以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷，方便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于桩基基础中，但在应用过程中也出现了一些问题，特别是在软土地基中大范围高密度的打入挤土桩，形成土体隆起，容易出现管桩开裂，断裂等情况，产生Ⅲ类桩，Ⅳ类桩。在加固处理这些桩时，有许多种方法，像锚杆桩补强等，但费工费时成本较高。下面介绍一种高压旋喷技术在加固处理一项特殊工程管桩中的应用。     

PHC管桩水平承载性状分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS对深厚软土地基中预应力高强混凝土(PHC)管桩在水平荷载作用下的受力性能进行了数值模拟.桩土体系采用三维模型,桩身混凝土采用弥散开裂模型,管桩内钢筋采用理想弹塑性模型,桩周土体采用Mohr-Coulomb本构模型.桩土界面利用基于库伦摩擦模型的点面接触形式.桩中混凝土和桩周土体采用三维减缩积分一阶单元C3D8R,钢筋采用三维三节点杆单元T3D3.有限元分析结果与实测曲线比较接近,且基于库伦摩擦本构模型的点面接触形式可以很好地模拟在水平荷载作用下桩土的共同作用.利用经试验验证的有限元模型对不同型号PHC管桩的水平承载性能进行了分析,揭示了PHC管桩的水平荷载传递机理.     

冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究

为了研究冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性的影响,采用电阻热源模拟桩侧水热效应,并利用高低温试验箱进行单桩模型试验,通过设定有、无桩侧水两种环境因素,对比分析了桩侧水热效应对桩身应变、桩侧冻结应力、桩土相对位移、桩基的极限承载力和桩侧冻结应力与桩顶位移的流变特性的影响。试验表明,冻土区桩侧水热效应能使桩侧冻结应力减弱,造成桩身应变与桩顶位移增大,桩-土相对位移增加,同时加速桩基沉降,导致桩基极限承载力降幅达16%,且上述影响随着荷载等级的提高而增强,造成桩基承载力严重下降。     

刚度对超长桩承载性能影响的模型试验研究

对不同刚度超长桩模型静荷载试验结果进行分析,发现桩身承载力不仅与土体性质有关,而且桩身刚度对桩身承载性能具有明显的影响.增大桩身刚度对桩端阻力弹性和塑性极限影响较小,但对桩侧摩阻力影响较大.刚度较大的桩,其下部摩阻力明显增大,能够将荷载传递到较深的土层,增大了有效桩长,从而提高了桩身承载力,减小了桩顶沉降.因此,在超长桩基础设计时,选用刚度较大的桩身可提高桩的有效利用率.     

变截面桩水平承载规律研究

基于变截面桩水平承载计算理论,考虑不同异化深度、有效截面面积等因素,对变截面空心方桩、变截面管桩和变截面加翼管桩这3种类型变截面桩在淤泥质土中的承载性状进行了规律性研究,结果表明:变截面桩桩顶位移均随异化深度的增大而非线性减小,减小速率先增大后趋缓;桩身最大弯矩随异化深度的增大均呈先减小后增大的趋势,当异化深度为(3~4)d时桩身最大弯矩值最小;变截面桩的水平承载力均随异化深度增大而非线性增大,异化深度小于7d时变截面加翼管桩的承载力较其他2种变截面桩有明显优势,异化深度大于7d后则开始情况相反;异化深度相同时,变截面空心方桩承载力较变截面管桩有优势。综合考虑承载力及桩身弯矩随异化深度的变化后,建议变截面桩异化深度(3~4)d为宜。     

海洋高桩水平承载特性模型试验及有限元分析

开展了水平荷载作用下高桩基础的1 g条件下大比例模型试验研究。根据桩身变形和地基土抗力的测试结果,分析了桩基水平承载特性,研究了水平荷载作用下大直径桩基的桩土共同工作性状。采用PLAXIS 3D岩土有限元软件对高桩水平承载特性进行数值模拟。计算结果与试验结果符合较好,并进一步研究了高桩的水平承载特性的主要影响因素。结果表明:土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力对土体水平承载力有较大影响。增大桩基的埋深和桩径可以提高桩基的水平承载力,但有极限性。     

膨胀土地基中单桩承载特性非线性分析

膨胀地基中桩-土共同作用较为复杂,膨胀作用影响桩基承载性能的发挥.为了探究膨胀作用对单桩承载性能的影响,该文基于桩-土相互作用机理,考虑土体剪切模量随深度的变化规律,利用剪切位移法推导出了单桩弹性理论解.在此基础上,结合荷载传递矩阵提出了膨胀作用下单桩竖向位移内力非线性分析方法,并通过与试验数据的对比验证其正确性.然后分析各参数对单桩性能的影响,发现部分桩身受到膨胀作用时,桩长的增加能够有效降低桩顶隆起量和提高承载力,但当桩长达到约为膨胀影响深度3倍后作用不明显;全部桩身受膨胀作用时,桩长的增加会增大桩顶隆起量,而承载力呈先增大后减小的趋势.桩径对浸水后的桩身隆起量的限制效果有限,并且对浸水前后的桩基承载力改变量的影响不明显.     

下卧碎石层对静压管桩挤土效应的影响

利用通用有限元软件ABAQUS分析软土地基下卧碎石层对静压管桩挤土效应和承载力的影响,并探讨管桩不同贯入深度时地表竖向隆起、地基土体水平位移、桩周土体和桩身应力的变化规律.结果表明:静压管桩施工导致桩周附近地表隆起,随着离开桩周的距离增大,地表隆起效应迅速减弱;静压管桩使桩周土体产生显著的水平挤压效应,静压管桩施工至下卧碎石层时,碎石区域中的位移效应明显小于桩周土体为软土时的位移效应;以碎石层为持力层,可显著提高管桩的承载力.     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.