基坑开挖对抗拔桩极限承载力影响的模型试验研究

采用模型试验的方法研究了砂土地基中基坑开挖对抗拔桩极限承载力的影响,试验过程中考虑了基坑开挖直径、开挖深度及坑底以下有效桩长不同的情况,共进行19组试验。试验结果表明：开挖深度相同时,基坑开挖直径越大,抗拔桩极限承载力下降越多,开挖直径为30 cm（10d）时,抗拔桩极限承载力较开挖前有明显下降,随着开挖直径的继续增加,极限承载力继续下降,但下降幅度逐渐减小,并趋于一个稳定值;开挖深度相同时,坑底以下有效桩长越短,开挖后抗拔桩极限承载力损失比例越大;开挖卸荷后坑内土体处于超固结状态,抗拔桩极限承载力大于土体为正常固结状态时,开挖深度相同时,坑底以下抗拔桩长度越短,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力与土体正常固结状态相比增加比例越大;坑底以下有效桩长相同时,开挖深度越大,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力也越大。     

深开挖条件下抗拔桩分析与设计方法

上海世博500kV地下变电站抗拔桩桩端埋深为82.3m,开挖深度约34m,且开挖面积大,开挖土方量达450000m3。结合工程实际提出了深开挖条件下抗拔桩的分析与设计问题。对深开挖条件下抗拔桩开挖段侧摩阻力的扣除、开挖卸荷桩周土体围压减小引起的抗拔桩承载力损失及开挖卸荷基底土体回弹对桩产生预拉力等问题进行了分析。提出了一种双套管法实现开挖段侧摩阻力的扣除,得到有效桩长的抗拔承载力;采用有限元法和基于Mindlin解的简化分析方法预估大面积深开挖土体卸荷引起抗拔桩承载力损失比例;采用有限单元法分析基坑开挖卸荷土体回弹对桩身产生预拉力,并指出深开挖的桩身设计应进行开挖过程及正常使用阶段两个方面的抗拉强度的验算。     

抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性分析

由大面积大深度基坑开挖引起的土体卸荷回弹会对坑底桩基产生不利影响,这一影响对抗拔桩尤为突出。针对上海世博地下变电站的抗拔桩设计,采用基于非线性有限元的数值方法对抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性进行了研究。首先通过对抗拔桩地面单桩静载荷试验结果的反分析确定土层本构参数,然后对抗拔桩在开挖过程和正常使用状态下的受力特性进行了数值分析。分析结果表明,基坑开挖引起的桩身轴力对抗拔桩的负面影响较轴心受压桩更为明显,在抗拔桩设计中应充分考虑开挖引起的预拉力,且扩底抗拔桩受到的预拉力大于等截面桩。正常使用状态下桩身轴力是土体回弹隆起引起的轴力和桩顶上拔的引起的轴力的叠加,应以此对桩身的钢筋配置进行校核。     

上海世博500kV地下变电站超深抗拔桩的设计与分析

上海世博500kV大容量全地下变电站地下建筑直径(外径)为130m,地下结构埋置深度34m,正常使用阶段采用桩端深度达82.3m的钻孔灌注桩作为抗拔基础。与浅埋的地下工程相比,该深埋地下结构抗拔桩设计面临的特殊问题是如何反映如此大体量深层地下开挖卸荷对抗拔桩承载特性的影响,主要表现在:深埋地下结构抗拔桩地面试桩开挖段侧摩阻力的扣除;开挖卸荷后桩周土体围压减小对桩基承载力削弱的影响;开挖卸荷基底隆起对桩产生的预拉力。介绍了上海世博500kV地下变电站工程超深抗拔桩的设计,采用现场试验与有限元方法针对上述深层开挖带来的特殊问题进行初步的研究与探讨。理论分析表明,深层开挖对抗拔桩承载性能产生了显著的影响,承载力发生较大削弱且产生较大的预拉力。该抗拔桩的设计采取了相应的对策。     

开挖条件下抗拔桩的承载力损失比分析

基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩–土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,而由于实际工程情况限制,开挖后抗拔桩的承载力又无法通过现场试桩获得,因此采用理论方法分析开挖条件下抗拔桩的承载力就显得尤为重要。基于此,首先采用极限平衡法,应用经典Mindlin应力解考虑土体开挖卸载在开挖面下引起的附加应力,推导出开挖条件下抗拔桩承载力的简化计算公式;其次利用弹塑性有限元法分析了开挖条件下抗拔桩的承载力并和极限平衡法计算结果进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。在此基础上分析了开挖条件下抗拔桩的承载力损失比与开挖半径和桩长的变化规律,分析表明:抗拔桩承载力损失比随开挖半径的增大而增大,随有效桩长增长而减小;相同开挖条件下,扩底桩的承载力损失比等截面桩少。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

砂土中开挖卸荷下桩侧法向应力释放系数研究

开挖卸荷会造成抗拔桩的极限承载力降低,主要原因是开挖卸荷造成了桩侧土体水平应力的减小从而减小了桩侧极限摩阻力。基于南昌艾溪湖隧道项目,采用Plaxis 3D建立单桩模型并引入应力释放系数来研究单位卸荷量下,开挖基坑的深宽比和土体摩擦角对桩侧水平应力减少量的影响,指出深宽比是主要影响因素;通过Mindlin解和Boussinesq解得到的结果与数值结果进行对比,并对其之间的差异并进行了讨论;最后引入误差系数,该系数为两种理论计算出的桩体摩阻力与数值模拟计算出的桩侧摩阻力的比值,并绘制了在砂土中不同L/H(桩长与开挖深度比)、H/a(基坑深宽比)条件下的Mindlin解和Boussinesq解的适用范围。     

基坑开挖对抗拔桩影响的原位桩检测分析

基于基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩—土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,对抗拔桩的变形也产生影响的情况,通过地表和不同开挖深度位置进行原位桩静载荷抗拔试验,对沈阳砂土地区抗拔桩在不同深度时的承载性能进行了原位检测分析,得出了一些有意义的结论。     

基于CPTU测试的K_0固结黏土中静压桩时变承载力研究

基于空间滑动面(SMP)准则改进的K_0固结各向异性修正剑桥模型,考虑K_0固结饱和黏土初始应力各向异性、应力历史及应力诱发各向异性对土体三维力学特性的影响,推导了静压沉桩柱孔扩张问题的弹塑性解析解。在此基础上,根据桩侧土体应力状态与单剪试验中试样应力状态的相似性,结合桩周土轴对称固结理论提出采用孔压静力触探仪(CPTU)锥尖阻力、锥肩孔隙水压力及相应孔压消散数据预测静压桩时变承载力的理论方法。通过离心机模型试验实测结果和理论预测值的对比,验证了理论方法的有效性,研究了静压桩承载力随时间的变化规律。研究结果表明,本文理论预测方法避免了土体基本参数测定等繁琐过程,且可以较为合理地预测静压桩时变承载力;静压桩沉桩结束后其承载力在短时间内迅速增加,之后承载力增加幅度变缓且逐渐趋于稳定值;静压桩桩径越大,沉桩结束后承载力增加的速度越慢,承载力达到稳定值的时间越长。     

分层降水开挖对超大平面深基坑坑底回弹及桩基的影响

基坑回弹既破坏先期实施结构,也影响工后沉降本文基于经典土体压缩及回弹理论,考虑土体应力路径变化,建立了考虑基坑分层降水开挖的坑底回弹理论模型,研究了超大平面深基坑中分层降水开挖对坑底回弹的影响,并基于有限元分析了桩土地基分层降水开挖时坑底回弹及桩身轴力分布。结果表明,坑底回弹与土体应力路径有关,基坑降水开挖分层越多坑底回弹越大;桩土地基中降水开挖分层越多,桩身受拉状态越久,但最终桩身应力分布与分层数无关。     

An Experimental Investigation of a Shallow Skirted Foundation Under Compression and Tension

Shallowly embedded skirted foundations are an attractive alternative to piles for jacket structures and buoyant facilities as they can resist uplift but are cheaper to install than deep foundations. Bearing capacity of shallow skirted foundations in compression is moderately well understood while there is still considerable uncertainty over uplift capacity, particularly for loading sustained over a period of time. This paper reports results from beam centrifuge tests on a shallow skirted foundation in clay, subjected to uplift and compression. Rapid and sustained loading is considered and the effects of consolidation stress level and stress history on undrained capacity and sustained load response are reported.     

疏排桩-土钉墙组合支护结构排桩荷载分担比试验研究

对10个疏排桩-土钉墙组合支护结构进行离心机模型试验。基于试验结果,提出排桩荷载分担比的计算模型,探讨排桩荷载分担比的变化规律以及影响因素,并提出简化计算式。研究结果表明：当基坑挖深较小时,支护结构的荷载主要由土钉墙承担,排桩承担的荷载较小,随着开挖深度的增加,土拱效应将支护结构范围内的土压力不断传递给桩身,排桩承担的荷载越来越多,最多可达到总荷载的90%以上;增加土钉长度、减小土钉间距既可有效减少排桩分担的荷载,同时还能明显提高整个支护结构的整体稳定性;当桩间距在一定范围内时,增加桩间距能减小排桩荷载分担比,但是桩间距过大会明显降低整个支护结构的稳定性;土钉竖向间距对排桩荷载分担比的影响比土钉水平间距更为明显。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失预测研究

选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验,开展了基于静力触探(CPT)测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试,得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明,依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征,卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路,同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

咬合桩在邻近高填土基坑中的工程应用与实测分析

针对某采用咬合桩围护方案的邻近高填土基坑工程进行分析,当咬合桩作为围护桩时,可采用等效刚度法计算围护桩的桩身变形;作为隔离桩使用时,忽略素混凝土桩的作用,仅考虑钢筋混凝土桩的抗弯能力。现场实测表明,邻近高填土基坑工程在开挖时,咬合桩明显地降低了基坑开挖对紧邻高填土的扰动,满足了高填土自身的稳定,保证基坑工程在高填土作用下的安全。而咬合桩作为一种新型排桩围护结构,也能够起到很好的应力隔离作用,有效地分担了邻近超载的影响,确保了高填土的稳定和基坑工程安全。     

Uplift tests of jet mixing anchor pile

The jet mixing anchor pile is a new kind of supporting technology for foundation pit engineering in soft clay. The engineering features of jet mixing anchor pile as well as the difference between it and normal anchor bolt are introduced. The uplift tests of 4 jet mixing anchor piles are presented in detail to obtain the ultimate bearing capacity and load–deformation relationship of the piles. Load-transfer analysis, which is rarely applied in the analysis of uplift piles, is carried out on the piles with a hyperbolic calculation model. The load transfer method focuses on the interface between pile and soil, with which the non-linear behavior, the bearing capacity and the engineering features of the anchor piles can be fully studied. The calculated load–displacement curves of the piles have close agreement with that of the pullout tests, indicating that the proposed analytical solution is reasonable and feasible in predicting the bearing capacity of the piles. Thus, with this study, the supporting stiffness of the anchor pile can be predicted in the design stage of the foundation pit engineering, which is very important and meaningful in practical engineering. The decay curve of shear stress of soil surrounding the pile is derived with the load-transfer method, through which the minimum transverse space of each two piles can be decided against the pile group effect. Engineers can optimize the length and spacing of group piles through this.     

抗滑桩宽度与桩间距对桩间土拱效应的影响研究

抗滑桩宽度对桩间土拱效应的影响直接关系到桩截面尺寸及桩间距设计的合理性。通过离心模型试验,观察到抗滑桩宽度越大,桩间土拱稳定性越高。基于离心试验模型,采用数值模拟方法分析桩间土拱承载能力随桩宽度的变化规律。试验表明在桩间净距保持不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度增加而逐渐增大,但增长斜率逐渐变缓,说明随着桩宽度的变大,桩宽度的增加对桩间土拱承载能力的影响越来越小;而在桩间净距与桩宽度比值不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度和桩间净距的增加反而降低,且下降斜率逐渐增大,说明桩间净距对桩间土拱承载能力起着控制作用,增加桩宽度对土拱承载能力的贡献远不及增加桩间净距对土拱承载能力的削弱作用。本文研究表明,桩间土拱承载能力与桩宽度之间存在非线性的关系,在建立抗滑桩合理桩间距计算模型时应对此予以考虑。