刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

单桩极限承载力实例分析灰色预测

该文简要介绍了GM(1，1)模型的建模及精度检验方法。依据单桩载荷试验中桩顶沉降随荷载变化的特征，建立了单桩极限承载力的预测模型，并通过工程实例对单桩极限承载力进行了灰色预测。     

群桩基础竖向承载力的可靠性分析

由CPT和静载试验结果综合确定钻孔灌注桩竖向极限承载力,以沿深度方向的一维平稳高斯随机场作为桩基土层土性参数的数学模型,利用相关函数法和变异函数法计算土层的相关范围,进而对相同场地各试桩的承载力进行折算后检验其概率分布,并估计有关统计参数;考虑群桩效应,由桩基沉降反算其作用效应,计算单桩及群桩的可靠度指标。并与未采用随机场模型的计算结果相比较,对竖向荷载下桩基可靠性进行了较系统的研究。     

单桩竖向抗压极限荷载的极限状态与确定

本文通过对桩的荷载传递和沉降分析，研判了桩的极限载荷的极限状态，并结合工程实例予以说明。根据文献提供的资料，建议桩的极限荷载宜采用Ｓ－ｌｏｇＰ法确定。     

基于刚性承台群桩沉降的可靠度研究

针对在总结目前的群桩可靠度设计理论完全是基于承载力,提出了对于超大超长群桩基础采用基于沉降的可靠度设计概念,其中沉降计算模式考虑了桩身压缩以及桩端刺入量。在讨论了计算参数的分布规律后,用蒙特卡罗方法进行了可靠度指标的计算。通过一个算例表明,荷载水平增加会导致群桩可靠度指标急剧降低;可接受位移增加,可靠度指标增大,但这种趋势逐渐变缓。     

基于改进Terzarghi方法的桩网地基桩土应力计算

桩土应力比是桩网复合地基承载力和沉降计算的重要参数,其与地基的固结沉降相关,具有明显的时变特性。已有基于Terzarghi土拱模型的松动土压力计算理论是在滑动面土体均达到极限状态的假定上讨论的,不适用于桩网地基小变形条件下桩土应力的计算。为此,在Terzarghi模型的基础上,相对位移面摩阻力传递函数采用等刚度理想弹塑性模型,结合土体单元的平衡方程与变形协调方程,导出了桩土应力及土拱高度理论解,系统分析了桩土应力及拉膜效应随各设计参数的定量变化规律。分析结果表明,改进方法与现有土拱效应模型相比适用性较好,随着桩土差异沉降增加,土拱高度和桩土应力比逐渐增大,土拱率呈双曲线形减小,同时拉膜效应逐渐发挥。增加填筑荷载对土拱效应有显著削弱作用,桩土应力比随桩距增大而减小,随黏聚力增大而增大。结合改进方法与已有现场实测数据,分析了桩土应力的时变特性,验证了该方法的合理性,可为桩网地基桩土应力计算提供参考。     

极限状态及变形量控制下自平衡试桩承载力分析

结合卡纳夫里三桥S10试桩的自平衡试验,对强度极限状态、极端事件极限状态下的基桩承载力进行了分析,并与按桩顶变形量控制的承载力进行对比,说明基于结构受力分析的变形量控制与极限状态下的极限承载力结果相接近;基桩极限承载力的桩顶沉降控制值应根据结构的极限状态分析确定,只要结构相邻基础沉降差引起的结构内力控制在设计范围内,就有利于超长桩承载力的发挥。介绍了确定桩身刚度的计算方法,研究表明：所提方法比传统的刚度估算法更为准确、实用。     

基于改进Terzarghi方法的桩网地基桩土应力计算

桩土应力比是桩网复合地基承载力和沉降计算的重要参数,其与地基的固结沉降相关,具有明显的时变特性。已有基于Terzarghi土拱模型的松动土压力计算理论,是在滑动面土体均达到极限状态的假定上讨论的,不适用于桩网地基小变形条件下桩土应力的计算。为此,在Terzarghi模型的基础上,相对位移面摩阻力传递函数采用等刚度理想弹塑性模型,结合土体单元的平衡方程与变形协调方程,导出了桩土应力及土拱高度理论解,系统分析了桩土应力及拉膜效应随各设计参数的定量变化规律。分析结果表明,改进方法与现有土拱效应模型相比适用性较好,随着桩土差异沉降增加,土拱高度和桩土应力比逐渐增大,土拱率呈双曲线形减小,同时拉膜效应逐渐发挥。增加填筑荷载对土拱效应有显著削弱作用,桩土应力比随桩距增大而减小,随粘聚力增大而增大。结合改进方法与已有现场实测数据,分析了桩土应力的时变特性,验证了该方法的合理性,可为桩网地基桩土应力计算提供参考。     

竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析

在大桩径、小桩距的群桩条件下,不仅有来自桩侧、桩端和承台传递的多重应力叠加,还有群桩对桩间土的夹持作用影响,桩-土-承台之间作用更加复杂。用有限差分软件模拟固定桩距、桩径,变化竖向荷载下桩-土-承台的相互作用。从各层土的侧摩阻力、不同位置桩的桩顶荷载、荷载-沉降关系、桩间土体位移等方面的计算结果分析桩-土-承台之间的相互影响。结果表明,荷载超出117.8 MN（略大于Pu/2,Pu为群桩极限承载力）后,群桩对上部桩间土的夹持作用开始减小,桩侧上部侧摩阻力增大;桩侧下部侧摩阻力在多重应力叠加作用下呈减小趋势,不同位置的桩侧摩阻力影响范围有差异;用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力是可取的;当沉降与桩径的比值超出1%后,承台分担荷载的比例逐渐增大,群桩分担荷载的比例减小。     

几种缺陷单桩竖向承载性状的现场模型试验研究

为评价灌注桩在施工过程中因形成缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷导致单桩竖向极限承载力变化的程度,针对缺陷桩单桩开展了现场模型试验研究。进行正常桩和缺陷桩的竖向静载模型试验,测试单桩竖向极限承载力,对比缺陷桩和正常桩的单桩承载特性,分析了缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷对单桩承载性状的影响。对比正常桩和缺陷桩的荷载-沉降关系曲线,得出了基于文中缺陷桩设计方案的结论,缩径缺陷和泥皮缺陷均使单桩竖向极限承载力降低,降幅在正常桩极限承载力的15%范围内;扩径缺陷桩的荷载-沉降关系曲线无明显陡降点,桩顶沉降较正常桩递增缓慢;断桩缺陷影响荷载-沉降关系曲线中反弯点的出现位置,即反弯点出现时的桩顶位移与断桩缺陷距地表的距离有关。     

Development of partial factor design method on bearing capacity of pile foundations for Japanese Specifications for Highway Bridges

ABSTRACT

This paper shows the development of a partial factor design method on the bearing capacity of pile foundations for Japanese Specifications for Highway Bridges. Firstly, estimation design equations on the bearing capacities of pile foundations are improved by analysis of pile load test results and uncertainties in the bearing capacities are evaluated. Secondly, the reliabilities of pile foundations designed by the former specifications are evaluated based on reliability analysis considering the uncertainties in the bearing capacities and coefficients of subgrade reaction. Finally, a partial factor design method is developed based on the target reliability index obtained based on the conventional pile installation method by the pile installation methods. The factors are different for each pile installation method.     

Implementation of Bayesian theory on LRFD of axially loaded driven piles

In this paper, a framework based on Bayesian theory and proof pile load test results was used to update resistance factors of axially loaded driven piles. Prior to implementation of the framework, resistance factors were calibrated based on the distribution of the measured-to-predicted pile ultimate bearing capacity using the results of static pile load tests conducted to failure. These resistance factors and the distribution were considered to be “prior.” The prior distribution of the measured-to-predicted ultimate bearing capacity was updated based on Bayesian theory to incorporate additional proof pile load test results. Using the measured-to-predicted load distributions and the updated (or posterior) measured-to-predicted bearing capacity distributions, resistance factors were calibrated (or updated) from the first-order reliability method (FORM) for two different target reliability indices, 2.33 and 3.0. This research attempted to use the results of proof pile load tests, which are generally conducted to verify pile designs, to update resistance factors. The updated resistance factors varied substantially depending on the proof pile load test results. Therefore, the Bayesian implementation can contribute to economical pile designs.     

高喷插芯组合桩水平承载特性大尺寸模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种适用于软土地基的新型组合桩,能有效提高桩的竖向承载力,并取得了相当规模的应用。为了研究其水平承载特性,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型模型槽试验进行水平承载桩静载作用下的大尺寸模型试验。通过与普通圆截面灌注桩、加承台JPP桩的水平承载性能的对比,试验表明,JPP桩水平承载力较普通圆截面灌注桩提高了15%,桩身最大弯矩处在桩顶以下大约2 m处,桩侧土压力主要集中在上部2 m范围内土体。同时,试验表明加了承台后,JPP桩的水平承载能力有了大幅度的提高。利用规范推荐的基于m法的灌注桩水平承载力公式,对JPP的水平承载力进行了计算,结果与试验值基本吻合。其结果可以为类似土层下水平受荷JPP桩的设计与研究提供参考。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

钻孔灌注桩压浆后承载性能的可靠度分析

钻孔灌注桩在压浆后的承载特性得到明显改善,离散程度明显降低,但目前对压浆后钻孔灌注桩的可靠度还缺乏系统研究。收集了122根未压浆的钻孔灌注桩和147根压浆后的钻孔灌注桩静载试验资料,结合可靠度分析方法中的确定性和不确定性分析方法,利用近似概率法的基于一次二阶矩法的验算点法（简称JC法）和Monte Carlo法对钻孔灌注桩压浆前和压浆后的可靠度指标进行了对比分析。结果表明：压浆后桩的可靠度指标有很大幅度提高,压浆可减少持力层对可靠度的影响,同时后压浆桩的可靠度有随桩径增大而提高的趋势,且不同荷载效应比值下可靠度随桩径变化的趋势趋于一致。     

海上风电桩基础竖向承载力循环弱化简化分析

提出了一个考虑循环衰减作用的软黏土弹塑性损伤弱化模型,在此模型基础上建立了一个基于剪切位移法的单桩竖向承载力简化计算方法,并利用大型有限元软件进行了不同循环荷载水平下单桩竖向承载力的计算。为了证明简化方法的准确性与有效性,将计算结果与有限元计算结果进行对比,二者的吻合度较高。先期循环荷载能引起单桩竖向承载力弱化,并且弱化程度随先期循环荷载水平的增加而增加。最后将简化方法应用于某海上风电场桩基础承载力的计算中,结果表明,提出的简化方法可应用于实际工程问题的分析。     

Factors of safety and pile load tests

The factor of safety used in designing pile foundations for vertical load should depend on three things, prior information on load capacity summarized by empirical correlations with load capacity models, site specific information derived from load tests, and an objective function reflecting economic and safety considerations. A statistical approach to factor of safety selection was developed in order to suggest improvements of current standards for driven pile design. This approach recognizes a distinction between the variability of pile load capacity within individual sites, and the global variability upon which model correlations are based. Charts have been prepared for determining the FS required to achieve specified reliability indices, as a function of the number of load tests at a particular site and their outcomes.     

竖向承载桩的模糊随机可靠度计算方法

根据桩顶沉降率 来描述桩基的承载过程,并将沉降率 视作模糊随机变量,同时,考虑了桩基失效具有的模糊性和随机性。通过模糊统计法,确定了 对失效的隶属函数 ,再用概率统计方法求得了 的分布参数。导出了桩基承载可靠度和可靠性指标的计算方法。通过实例计算,证明该方法对分析桩基承载可靠性既合理又实用。     

下部扩大段复合桩抗拔承载力设计方法与试验研究

下部扩大段复合桩是一种新型抗拔桩,采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析了下部扩大段复合桩抗拔作用机制,提出了该桩型单桩抗拔承载力理论模型及计算参数。结果表明：在一定上覆土层厚度条件下,下部扩大段桩侧阻力受到上端阻力作用的影响得到增强,试验条件下采用经验参数法进行计算时的发挥系数可达1.6;上部非扩大段抗拔承载力受到扩大段上端阻力的影响得到减弱,发挥度有所降低;上部非扩大段桩径相对扩大段较小时,仅可考虑扩大段桩侧阻力和上端阻力进行下部扩大复合桩抗拔承载力计算;通过与试验对比,验证了模型和理论方法的可靠性、实用性。该研究成果可供工程设计参考。