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。     

考虑混凝土性质变化灌注桩深部土压力分析

以上海地区埋深较大的暗绿色黏性土为例,选用Burgers模型对该层土体的流变性质进行描述.考虑混凝土性质随时间改变,采用弹性徐变理论分析混凝土变形特征.建立桩周土压力引起的灌注桩径向变形的遗传积分方程,分析桩土接触面位移协调条件,求得桩周径向土压力随时间变化的解析表达式.研究结果表明:埋深较大土体中桩周径向土压力最初大小为混凝土浇筑引起的侧向压力,随着时间推移慢慢增大,最终趋于静止土压力.灌注桩竖向承载力与桩周径向土压力大小有直接关系,合理分析灌注桩桩周径向土压力时效特征对于探讨灌注桩竖向承载力变化机理有重要意义.     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

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。     

砂土中螺旋桩在斜拉荷载作用下的承载性能

为研究斜拉荷载倾斜角度和叶片埋深对螺旋桩极限承载力的影响,基于ABAQUS软件构建了砂土中螺旋桩的有限元模型,通过螺旋桩水平承载机理砂箱试验与竖向拉拔试验数据,对模型的准确性和可行性进行验证。设置4组不同叶片埋深的螺旋桩模型,分别施加不同角度的斜拉荷载,探讨了砂土地基中螺旋桩的承载性能与斜拉角度、叶片埋深的相关性。结果表明:砂土中螺旋桩的极限承载力随着斜拉角度的增大不断减小;当斜拉角度小于30°时,螺旋桩极限承载力与斜拉角度的关系曲线近似呈线性;螺旋桩极限承载力存在一个临界埋深比,当埋深比大于等于4时,承载力不随埋深比的增大而变化。推导了深埋状态下螺旋桩受斜拉荷载作用的极限承载力公式,经验证该公式能较好反映螺旋桩极限承载力随斜拉角度增大而逐渐下降的规律。     

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。     

钻孔压浆混凝土预制管复合桩竖向承载力试验

目的研究一种新型桩基础——钻孔压浆混凝土预制管复合桩的成桩工艺、工作机理和单桩竖向承载力,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过桩的静载试验,并结合桩的工作机理,得到桩在黏性土和砂类土中的侧摩阻力和端阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土层为黏土、细砂、中砂时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.1~1.3、1.6~2.0、2.2~2.4.桩端持力层为细砂、中砂时,桩极限端阻力标准值提高系数分别为1.2~1.6、1.6~1.8.结论钻孔压浆混凝土预制管复合桩单桩竖向承载力较现行规范中经验公式算得的承载力数值有明显提高,研究成果对桩的设计和施工有一定指导作用,对这种新型桩基础的推广应用具有重要意义.     

土塞效应对不同壁厚大直径钢管桩竖向承载力的影响

通过对钢管桩单桩竖向极限承载力计算公式分析,发现计算公式中并没有考虑壁厚改变对钢管桩端部承载力以及土塞效应的影响。文章使用小泉法对钢管桩的土塞效应进行判断,在此基础上运用ANSYS有限元软件模拟分析在其他条件不变的情况下,不同壁厚的钢管桩对竖向承载力的影响。通过对不同尺寸钢管桩进行逐级加载绘制出钢管桩桩顶的荷载—位移曲线,从而得出不同尺寸钢管桩的竖向承载力。通过对钢管桩竖向承载力与钢管桩壁厚的变化趋势进行拟合分析可知钢管桩的竖向承载力与壁厚呈线性关系,可为今后涉及钢管桩壁厚改变时的竖向承载力计算提供参考。     

新型扩挤支盘桩竖向承载特征FLAC~(3D)数值分析

针对新型扩挤支盘混凝土灌注桩的竖向承载力、沉降、桩侧摩阻力等竖向承载特性及桩身荷载传递规律的问题进行了数值模拟研究。研究表明:相对于等截面桩,扩挤多支盘混凝土灌注桩具有承载力高、沉降量小的特性,支盘桩的极限承载力相较等截面桩竖向承载力提高了100%,沉降量大幅减小,两者最大沉降差可达19.781mm。桩身轴力在支盘处变化突出,支盘分担竖向力效果显著;适当增加支盘的个数可以大幅减小桩底荷载,减缓桩侧摩阻力的增加速度。     

缩径承台基桩竖向承载力及桩周土体变形

为了探究含缩径缺陷的承台基桩竖向承载性能和桩周土体变形规律,以缩径位于桩体深部为例,对1根完整承台基桩和6根缩径承台基桩进行了室内透明土模型加载试验,得到了桩荷载-沉降曲线。通过数据处理,得到承台沉降4 mm(极限承载力)时的桩周土体位移场。研究了缩径轴向尺寸和径向尺寸对承载力和桩周土体变形的影响规律,给出了承载力的变化原因。研究结果表明：缩径会严重影响基桩承载力,当轴向尺寸为20 mm、径向尺寸为8 mm时,极限承载力损失可达17.59%。承台和缩径周围的土体产生了较大的变形,减少了桩与土之间的相对位移。随着缩径轴向尺寸和径向尺寸增大,土体变形增大。缩径周围和桩端之间的土体发生贯通现象,桩与土体产生了同步位移,且随着缩径尺寸越大,贯通现象越明显。承台和缩径周围的土体与桩之间的相对位移,以及缩径周围与桩端之间的土体产生的贯通现象导致桩的侧摩阻力降低,从而损失了桩的承载力。     

沉箱-钢管桩逆作法复合基础试验

为研究逆作法复合基础的荷载与沉降关系、桩土荷载分担特性以及钢管桩受力性能,进行了单桩、沉箱及沉箱-钢管桩逆作法复合基础系列模型试验.结果表明:采用沉箱-钢管桩逆作法复合基础,先施工沉箱及部分上部结构,而后续进行钢管桩的压、封桩能充分利用土体的承载能力,压桩前土体与沉箱底板保持严密接触,上部结构荷载全部由地基土承担;压桩后,土体得到了加固,沉降减小,承载力提高;封桩后,继续增加的荷载主要由桩体承担,直至桩达到极限承载能力;由于沉箱的影响,使桩身上部轴力衰减平缓,桩侧摩阻力被削弱,同时使桩身中下部轴力衰减加剧,侧摩阻力发挥得到增强;6倍桩距时,可不考虑群桩效应对逆作法复合基础的影响.     

第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究

基于印尼某工程15根预应力混凝土管桩(PC管桩)的单桩竖向抗压、抗拔及水平静载荷试验,分析PC管桩分别在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特征,揭示不同荷载水平下PC管桩的承载力发挥机制。基于单桩竖向抗压极限承载力预测模型,对比分析指数曲线模型、双曲线模型及调整双曲线模型的可行性,并对PC管桩单桩竖向抗压极限承载力进行预测;结合水平静载试验,探讨地基土水平抗力系数的比例系数m的取值问题。研究结果表明：PC管桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩端持力层的支承力,同时也受桩径、桩长的影响较大;PC管桩的竖向抗拔承载力主要取决于桩侧摩阻力,桩径越大、桩长越长,单桩竖向抗拔承载力越高;PC管桩水平承载力主要取决于桩侧土体的力学性质。就本试验而言,指数曲线模型对单桩极限承载力的预测最精确;m在桩顶水平位移超过10 mm时变化平稳并逐渐收敛为常数,通过试验结果反推的m接近甚至超过JGJ 106—2014中推荐m的上限值。     

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.     

支盘群桩在复合荷载作用下的承载特性研究

针对输电线路铁塔基础同时承受竖向、水平荷载的特点,依托实际工程开展了1 000kV特高压铁塔2×2挤扩支盘群桩真型试验,得到其在下压-水平荷载工况下的荷载-位移关系、桩端及承台土压力变化规律;并通过ABAQUS有限元软件,分析了不同桩间距、水平与下压荷载的比值对支盘群桩承载性能的影响.结果表明:在达极限承载状态时,支盘端阻力与桩侧摩阻力共占极限承载力的79.86%,承台占19.6%,桩端阻力占0.84%.因水平荷载对群桩的二阶弯矩效应,使得前排基桩的桩端阻力、桩身轴力均大于后排桩;但对于等径群桩,这种现象并不明显,所以基于前排桩在承受单向下压荷载与复合荷载时的桩身轴力,提出考虑水平荷载作用下的抗压承载力调整系数计算公式.     

灌注桩的成孔型式对桩侧摩阻力影响的研究

通过现场试验和室内模型试验,采用空底桩单桩竖向抗压载荷的方法测定桩侧摩阻力。研究结果表明,灌注桩的侧摩阻力会随着桩周土密实度的增长而提高;挤土成孔桩和螺旋灌注桩的侧摩阻力相对于非挤土桩有了明显提高;给出了非挤土挖孔桩、挤土成孔桩和螺旋挤土桩的极限侧摩阻力的计算。研究成果用以指导桩基础的设计和施工,能使之达到经济合理的目的。     

复合地基桩间土承载力的发挥度

为了解决复合地基形成条件问题,探讨复合地基桩间土体承载力的发挥程度,通过试验室模型试验,测定了复合地基桩间土反力变化和桩土载荷分担比以及载荷-沉降曲线.试验表明,竖向增强体用于处理高承载力地基时,由于桩土模量比较大,致使桩土应力比较高,桩间土承载力发挥较低,不能形成复合地基.同时,论文针对工程上常用的4种形式竖向增强体复合地基进行了分析,认为形成复合地基是有条件的,桩与基础分离不是形成复合地基的必要条件,不设置褥垫层不能形成复合地基.桩间土承载力发挥度是评价复合地基的主要依据,充分认识复合地基的形成条件可为复合地基计算方法选用的提供理论依据.     

基于统一强度理论的螺纹桩承载力计算方法

基于统一强度理论及太沙基极限平衡原理推导了螺纹桩极限承载力,提出了螺纹桩螺牙单独承载破坏与圆柱形剪切破坏两种模式下临界螺距的确定方法和极限承载力计算方法,讨论了统一强度理论参数b与螺纹桩关键参数对极限承载力的影响.结果表明：螺纹桩的极限承载力是同外径圆桩的1.5～2倍,螺牙提供的极限承载力主要由土体黏聚力、内摩擦角及埋深决定.当b从0增加到1时,螺纹桩极限承载力理论计算值增幅约48%,考虑中主应力对土体强度的影响会使得螺纹桩承载力理论计算结果更加准确.螺纹桩的参数中,螺牙高度b_h对其极限承载力影响最大,而螺牙厚度t对承载力基本无影响.设计螺纹桩时可适当增加螺牙高度,以提高螺纹桩极限承载力.     

刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性

利用解析解答对刚性桩复合地基在竖向荷载下的工作特性进行了较深入的分析，着重讨论了桩土应力比及荷载分担比等随复合地基荷载、垫层厚度、垫层模量、桩长、桩间距、桩间土模量和桩端土抗力系数等因素变化的规律．计算结果表明，竖向荷载作用下，桩土应力比随复合地基荷载、垫层模量、桩长和桩间距的增加而增大，随垫层厚度和土体模量的增加而减小，同时也表明复合地基的设计参数有合理的取值范围．     

灰土挤密复合地基桩体极限承载力统一解

针对目前灰土挤密复合地基桩体极限承载力理论计算值与实测标准值存在较大差异的问题,将单桩加固区的土体视为一定深度的长厚壁圆筒,基于统一强度理论和桩土变形协调条件,推导了桩孔极限内压下的灰土桩极限承载力统一解.讨论中间主应力、桩长和内摩擦角对灰土桩极限承载力的影响特性,并将理论公式计算值与实测标准值进行了对比,吻合较好.研究结果表明:中间主应力对土体所能提供的侧向极限约束力有较大影响;考虑中间主应力影响对岩土材料的强度发挥有着积极作用;增加桩长和灰土的内摩擦角,灰土桩极限承载力相应提高.     

单桩桩侧阻力强化退化效应影响因素的有限元分析

桩侧阻力是设计阶段中计算基桩承载力的一个重要参数,研究和揭示桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥规律及其强化弱化的机理,对更好地预测单桩竖向极限承载力具有非常重要的现实意义.针对上述问题,运用大型有限元软件ABAQUS,通过控制变量的方法对影响桩基竖向承载力的主要因素进行了具体研究,得到桩端土与桩周土的弹性模量比(Eb/Es)以及桩基的长径比是对桩侧摩阻力的强化退化产生影响的最主要因素,即上述两项也是对桩基竖向承载力产生影响的重要因素:随着(Eb/Es)的增大,桩侧摩阻力增大,随着长径比的增大,桩侧摩阻力减小.