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。     

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。     

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.     

竖向抗压桩承载机理与受力特性分析方法

桩基础具有竖向承载力高,基础沉降小,调节不均匀沉降能力强等优点,成为大型建构筑物的主要基础型式。桩基承载力与沉降分析是桩基设计中的主要内容。本研究基于桩身布设钢筋应力计的单桩现场静载试验结果,分析了竖向抗压单桩荷载-沉降关系、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力和桩端摩阻力发挥特性等,总结了不同桩侧和桩端荷载传递模型,明确了荷载传递模型中各参数的意义和取值方法。以桩侧和桩端荷载传递双曲线模型为例,考虑群桩中各基桩间的相互作用,提出了群桩中各基桩的双曲线荷载传递函数,结合荷载传递法形成了考虑桩-土体系渐进变形的桩基承载特性迭代计算方法。     

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.     

基于桩-土软化模型的单桩荷载传递规律研究

桩身侧摩阻力是桩基设计非常重要的参数指标,而桩侧摩阻力的软化行为会引起桩承载能力的降低。基于桩-土软化模型推导出了单桩荷载传递规律的解析解。通过单桩静载荷试验,对比分析了解析解和桩荷载试验结果之间关系,结果表明桩的轴向力和桩-土界面应力应变吻合良好,验证了所提解析解的合理性。传统的解析解是通过经验法将桩端承载力当作已知边界条件使用,而本文提出的解析解可以通过不同的外加荷载和侧摩阻力来计算桩端承载力。由于考虑了桩侧土体的软化特性,在桩基加载过程中,从桩身归一化的侧摩阻力分布图中可以观察到桩身摩阻力的软化行为,桩基承载力有所下降。     

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。     

嵌岩灌注桩竖向荷载传递特性现场试验

为探讨不同桩径、不同桩长的旋挖成孔嵌岩灌注桩在不同荷载水平下的荷载传递规律,基于印尼某燃煤电站桩基工程,在6根嵌岩桩桩身安装钢筋应力计进行单桩竖向抗压静载试验。试验结果表明:6根试桩的荷载—位移(Q-s)曲线均为缓变型,没有明显的陡降段,桩顶沉降与桩顶荷载呈非线性关系,回弹率介于37.6%～70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求;桩身轴力随深度逐渐衰减;随桩顶荷载增加,桩侧摩阻力发挥表现出异步性,最大荷载作用下嵌岩段侧摩阻力达到峰值,6根试桩在嵌岩段的最大侧摩阻力介于136.2～166.4 kPa之间;桩端阻力随荷载水平的增加逐渐增大,在最大荷载作用下,桩径为800 mm的试桩长径比介于19.38～20.13,其桩端阻力分担荷载介于54.8%～55.2%,表现出摩擦端承桩的特性;桩径为600 mm的试桩长径比介于42.17～44.67,其桩端阻力分担的荷载介于30.9%～32.6%,侧摩阻力发挥主要作用,表现出端承摩擦桩特性。试验结果对印尼地区嵌岩灌注桩的应用具有重要意义。     

广东地区超长旋挖灌注桩桩端注浆试验

目的分析常规桩和注浆桩的荷载传递特性,对比常规桩和注浆桩在不同桩顶位移下承载力的提高幅度,提出了设计大直径超长单桩极限承载力的建议方法,并验证其适用性.方法通过广东某大桥大直径超长旋挖灌注桩桩端注浆现场试验得出荷载-沉降曲线,根据预埋的应力计测出桩身侧摩阻力值,通过计算得到桩身轴力、桩土相对位移以及桩端位移.结果注浆桩S2的桩端阻力比常规桩S1发挥较早,浆液技术更有利于侧阻和端阻的同步发挥;注浆桩总承载力、侧摩阻力和端阻力提高系数随桩顶位移呈先增大后减小趋势,总承载力和侧摩阻力的提高系数变化平稳,增加速率远远小于端阻力.结论桩端注浆不仅有利于端阻的发挥,还有效减小了桩顶沉降,从而提高单桩极限承载力;常规桩下部土层侧摩阻力和端阻力未达到极限,建议计算时乘以折减系数;桩端注浆桩桩端附近土层的侧摩阻力和桩端阻力均乘一定的增大系数.     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

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。     

对挤扩支盘桩破坏性状的探讨

大量的静载试验和已建工程的经验证明 :挤扩支盘桩具有高承载力 ,明显不同于普通的钻孔灌注桩 ,特别是在承载力可调性方面 ,挤扩支盘桩具有很大的优越性。文章基于静载试验结果 ,研究和探讨了支盘桩的受力特性和破坏性状。研究结果表明 ,挤扩支盘桩在承力方面 ,支盘受力最大 ,约占总荷载的 6 0 %以上 ,沉降量明显低于同等条件下的钻孔灌注桩 ,且端阻力和侧阻力同时发挥。在破坏性状上 ,无论是荷载—沉降曲线还是动测检测结果 ,均说明了支盘下土体的局部剪切破坏是其破坏原因之一。     

贵州软质较破碎白云岩嵌岩桩竖向承载力分析

针对嵌岩桩只适用于完整和较完整岩体,且往往被视为端承桩的情况,以贵州两个工程项目的软质较破白云岩嵌岩桩为研究对象,其持力层岩体均较破碎,通过锚桩横梁反力装置桩基静载荷试验,分析软质较破碎岩嵌岩桩竖向承载力,探讨此类地质条件下嵌岩桩承载特性。研究结果表明,该区软质较破碎白云岩嵌岩桩桩顶荷载-位移曲线主要呈缓变型,沉降由桩身压缩控制,嵌岩段桩侧摩阻力发挥较好,荷载分担比例在30%~50%之间。根据经验参数计算及实测对比研究,得出实测嵌岩桩竖向承载力比计算值高出数倍。     

竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性

针对桩身整体倾斜且无初始弯曲应力的倾斜桩,采用室内模型试验对竖向荷载作用下不同倾斜程度的桩进行了研究,发现模型桩在倾斜度不大于4%时,在相同的竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降比竖直桩小且倾斜桩的竖向承载力不比竖直桩低,但当倾斜度达到8%时,相同荷载下桩顶沉降大于竖直桩沉降且因桩身发生弯曲破坏导致加载终止.基于工程实例对桩身整体倾斜的单桩进行了数值分析,得出了与模型试验类似的结论.对特定土质条件和桩条件,存在着基于桩身倾斜度对桩顶沉降影响的沉降影响门槛值和基于桩身倾斜度对桩体破坏模式影响的破坏模式门槛值.当桩身倾斜度在沉降影响门槛值以内或以外时,在相同竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降分别小于竖直桩沉降或大于竖直桩沉降.当桩身倾斜度在破坏模式门槛值以内时,倾斜桩的竖向承载力主要由桩身侧阻和端阻决定,桩身弯矩不起控制作用;当倾斜度大于该门槛值时,在竖向荷载作用下倾斜桩的竖向承载力主要由桩体抗弯强度决定,随着竖向荷载的增大桩最终将发生弯曲破坏.土质条件、桩身刚度和强度、桩顶约束条件等均会影响门槛值大小.     

钢管-水泥土组合桩的抗拔性能

针对传统抗拔桩承载能力的局限性,根据劲性搅拌桩施工及荷载传递特点,提出钢管-水泥土组合抗拔桩形式,并借助ANSYS数值模拟软件,分析钢管直径及壁厚对组合桩承载能力及破坏模式的影响。结果表明:钢管直径对组合桩的抗拔性能影响显著。钢管直径小于0.4 m时组合桩的承载力增幅很大,达到0.4 m时承载力接近极限值;钢管直径为0.3~0.4 m时组合桩破坏模式较合理。钢管壁厚对组合桩的抗拔性能影响较小。壁厚为10 mm时组合桩的极限承载力增幅较大,钢管壁厚宜取10 mm。钢管壁厚不影响组合桩的破坏模式,破坏均发生在钢管与外桩界面。该研究为改善水泥土搅拌桩的抗拔性能提供了参考。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,得出如下结论：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B4点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,为试验设计及工程应用给出建议。