软土中群桩承载变形特性与减沉复合疏桩基础设计计算

根据大型现场模型试验,分析了软土中群桩承台、桩、土相互作用特性。试验表明:随桩距增大,承台土抗力和桩侧阻力增大,而端阻力减小;当桩距增至6d时,侧阻力趋近于单桩,端阻力仍高于单桩,承台土抗力发挥率(承台效应系数)仅为50%左右,明显小于其他类土;桩基沉降变形特征表现为桩端刺入和桩间土压缩为主导;不同于小桩距群桩的桩、土整体变形特征。根据软土中疏桩基础承载变形特征,提出减沉复合疏桩基础简化设计方法,以计算桩间土压缩及桩土相互作用效应确定桩基沉降,并以十余项实际工程进行了验证。     

带承台高喷插芯组合单桩荷载传递特性试验研究

 高喷插芯组合桩(JPP)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩。为了对带承台单桩荷载传递特性有更深入的认识,以自行开发的大型桩基试验模型槽为依托,对带承台单桩进行静载试验。通过埋设在JPP中的监测仪器和承台下传感器得到如下荷载传递特性：与不带承台JPP单桩相比,带承台单桩承载力显著提高,承台可以承担较大比例的荷载;桩土应力比为20～100,且桩顶处桩土应力比基本维持在22左右,为承台与桩截面面积比的2倍;承台的存在限制了桩土相对位移,摩阻力不易发挥;承台对桩侧摩阻力有“削弱”作用,特别是对上部摩阻力,对桩端阻力有“增强”作用,并且与不带承台单桩相比,达到极限摩阻力所需位移增大。这些成果对JPP与承台共同作用特性研究具有一定的意义。     

桩-土-承台非线性工作机理的模型试验

通过单桩、单板和带承台单桩的系列模型试验,对天然地基中土体的破坏规律进行分析,发现附加应力影响深度主要取决于筏板尺寸和土的性质而与荷载大小无关;对承台板对桩承担荷载能力的影响分析表明,承台板对桩端阻力的发挥有着增强作用,对桩侧摩阻力的发挥有着减弱的作用;结合土体中附加应力场的变化状况,对桩、土非线性的受荷性状给予描述,发现在带承台单桩受荷过程中,桩先进入非线性状态,然后净承台再进入非线性状态,研究结果表明,这主要是由土的塑性区开展进程所决定的。     

复合桩基础桩-土-承台承载力特性分析研究

为研究复合桩基础桩-土-承台承栽力各自占桩基础总承载力的比值,采用有限元方法,以接触模型模拟混凝土/地基接触面,分端承型和摩擦型桩两种类型,对承台底地基土强度和外荷载大小对桩基础承载力分配的影响进行了分析研究.结果表明:端承型和摩擦型桩的承栽力分配存在较大不同;端承型桩的端阻力随着承台底土强度的增大而增大,侧阻力基本不...     

浙江财富金融中心超长单桩与群桩实测沉降分析

 单桩静载试验和基础沉降实测资料表明：在设计工作荷载下超长单桩的桩顶沉降主要来自桩身压缩,且在最大加载条件下超长桩表现为端承摩擦桩性状。超长单桩侧摩阻力由上部土层到下部土层依次发挥,砂质粉土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限相对位移为14～18 mm,粉质黏土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限位移为17～19 mm,当桩土相对位移大于该极限位移后,桩侧土层会出现侧摩阻力软化现象。群桩基础的沉降随施工荷载水平的增加而增大。荷载较小(第5层以下)时,大楼沉降较小且沉降均匀;当荷载达到一定值(第30层以上)时,核心筒处沉降大于大楼周边沉降。大楼竣工时核心筒与周边沉降差较小,大楼整体变形协调。群桩效应沉降比随着荷载水平(施工层数)的增大先增大后减小。     

关于带负摩阻力的桩基础探讨

桩基础属于深基础,是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。工程中桩基础主要用来支撑上部结构,承担上部结构的竖向荷载,并最终将荷载传递至地基中。桩的承载力由桩身与桩周土层的摩擦阻力、桩端阻力两部分构成。按照受力特征分析,桩侧摩阻力是桩顶荷载与桩端阻力的差值。竖向荷载首先由桩侧摩阻力抵抗,大于桩侧阻力的部分由桩端阻力抵消平衡。按照《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008(以下简称"《桩基规范》")基桩按承载性状分类为摩擦型桩和端承型桩。与正常条件下不同,在某些特殊条件下,桩基可能出现负摩阻力。文章从桩-土相对位移出发,分析了桩基负摩阻力产的机理,结合《桩基规范》探讨了负摩阻力计算和带负摩阻力桩基设计与检测标准,并提出了解决办法,最后总结了减少桩基负摩阻力的工程优化措施。     

承台-群桩-土共同作用的试验研究

为了研究群桩基础中承台、群桩,和土的共同作用及其工作性状,进行了与工程实际相符合的现场群桩试验,通过安设的测试仪器对承台下基土反力、桩侧摩阻力、桩端阻力等进行了测定。根据试验结果分析了承台、桩、土的相互作用特性,对承台下基土反力的分布、群桩基础中的荷载传递规律、荷载分担等进行了研究,并与单桩的情形进行了比较。在最后提出了基于试验的若干建议。     

北京地区群桩基础荷载传递特性的现场测试研究

首先对试验情况作了简要介绍,在此基础上对比分析了单桩和群桩、群桩中桩数(桩距)以及端承条件不同(纯摩擦与端承摩擦)等影响因素下,不同方案所得到的桩侧阻力、桩端阻力随荷载水平、位移变化的分布特点和发挥性状,讨论了北京地区群桩基础中桩土承台相互作用产生的各种“削弱”和“增强”作用性状和作用机理,并由此归纳总结了北京地区群桩基础侧阻力、端阻力的分布特点和模式。成果不仅对北京地区群桩基础应力分布计算所需的参数提供了实测数据,同时也对其它地区的桩基设计和研究起到参考和借鉴作用。     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

垂直荷载下桩基夹持作用研究

为了研究群桩基础中的工作性状,在与实体建筑基础相同尺寸的承台下埋设土压力盒及桩顶压力传感器,分别对承台下土和桩的反力进行了测定。根据所获得的数据分析了桩-土-承台在共同工作形式下的受力特性,提出夹持作用在共同工作理论中占重要的地位,并用夹持作用分析了共同工作中承台对桩侧阻力的削弱作用、承台对桩端阻力的增强作用以及夹持作用的倍增效应。认为类似该场地条件下群桩效率系数大于1,在实际的工程桩基设计中应考虑共同工作以优化设计。     

砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理研究

通过模型试验及颗粒流程序数值模拟,较为系统地从桩端周围土体位移场、应力场、孔隙率变化场等角度,对砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理进行了研究。结果表明:不同密实度砂土扩张影响范围的不同是相同位移下桩端阻力存在差异的原因。在桩端阻力发挥的起始阶段,土体位移以竖向变形及斜向下挤出扩张为主。当桩端阻力呈现极限阻力态势时,土体位移以水平及斜向上扩张滑移为主。通过桩端周围土体位移场、应力场、孔隙变化场的相互印证,揭示了随端阻力的发挥,桩端周围土体的球孔状压密-扩张过程。采用颗粒流程序进行数值模拟研究,模拟结果与模型试验具有良好的一致性。     

上海地区静钻根植桩承载特性现场试验研究

静钻根植桩是一种绿色环保的新型桩基，具有低噪声、无挤土、少排泥等优势，可应用于高层建筑、桥梁等工程中。基于现场抗压和抗拔静载试验及桩身内力测试，分析了上海地区静钻根植桩的竖向承载变形特性以及桩身轴力和侧摩阻力分布。研究结果表明：静钻根植桩在上海典型地层条件下具有较好的适用性，抗压试桩和抗拔试桩的承载力均大于规范估算值，采用目前的承载力计算方法有一定的安全储备；抗压试桩在加载初期，桩身轴力可以直接传递到桩端，在极限荷载下桩端（扩大头）承载力约占总荷载的25%；静钻根植桩极限侧摩阻力主要与土的特性和埋深有关，上部土层（埋深30m以上）接近规范建议的预制桩侧摩阻力上限值，下部土层（埋深30m以下）较规范建议的预制桩侧阻上限高约14%~28%。     

竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验,分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段,桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递,传力幅值与桩周土体性状密切相关,土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加,同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后,深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%,深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%;载荷试验过程中,桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移,粉质黏土层的最大,约为6.96~7.46mm,淤泥质黏土层的次之,约为6.05mm,砂质粉土层的最小,约为4.23mm;与原状土相比,重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低,重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。     

分层土中桩筏土共同作用近似三维分析

基于变分原理,利用Mindlin位移解,通过将桩沿桩与土接触面、筏板沿与土接触面进行三维剖分,建立了在分层土中能够考虑桩筏土相互作用的三维分析方法,利用该方法能够考虑筏板侧壁摩阻效应、分层土、长短桩、不等直径桩的影响。与现有的方法相比,该方法能够更好地模拟桩身摩阻力沿桩身横截面的分布,从而使筏板下群桩之间被夸大的效应减小,桩顶荷载的分布更趋于实际。通过对一组案例进行分析,结果表明:(1)筏板侧壁摩阻效应仅对筏板的板底边缘应力分布影响较大,中部影响较小,对沉降的影响却较小;(2)分层土的位置对桩筏承载的影响较大,尤其是筏板底和桩端所在土层的影响尤为明显。     

桩侧注浆与扩底抗拔桩的极限载荷试验研究

相比于传统等截面抗拔桩,桩侧注浆抗拔桩和扩底抗拔桩能大幅提高抗拔承载力,具有较高的工程应用前景。笔者开展了有效桩长19 m的桩侧注浆抗拔桩和扩底抗拔桩的极限载荷对比试验,各3根试桩,均加载至极限破坏状态,同时开展桩身轴力与变形量测。从荷载位移曲线、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力发挥特性等方面对两种桩型进行了对比分析。试验表明,两种桩型相比于等截面抗拔桩的承载力提高机理不同:桩侧注浆使得有效桩长范围内各层土桩侧摩阻力普遍得到增强,实测桩侧摩阻力比勘察建议值提高33%~73%。扩底抗拔桩中等截面段侧摩阻力的发挥与勘察报告建议值相当,扩大头提供的抗拔承载力随加载值的增大而逐步发挥,在最大加载值时,扩大头承载力达到总加载的55%,超过等截面段桩侧摩阻力,扩大头的存在对于提高抗拔承载力作用明显。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

高层建筑钻孔桩基长期沉降特性分析

结合上海地区26栋高层建筑钻孔桩基长期沉降观测资料,分析桩端持力层的种类、桩端压缩层中砂土比、桩周土层特性等因素对钻孔桩基长期沉降特性的影响,结果表明,桩基持力层的选择和压缩层内的砂土比对桩基沉降有较大影响,钻孔桩沉降受桩周土的影响明显小于打入桩基础。     

单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响

现行规范中刚性桩复合地基路堤稳定分析方法不能反映单桩承载力、桩帽等对路堤稳定性的影响,计算的路堤稳定安全系数严重偏大,导致部分刚性桩复合地基路堤滑塌。为克服刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷,在研究刚性桩复合地基路堤滑塌原因的基础上,分析了路堤滑塌时桩土相互作用,及刚性桩提高路堤稳定性的机理。然后,在分析刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷的基础上,将修正密度法完善为修正重度法。最后,为研究单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响,利用修正重度法分析了刚性桩长度、间距、扩底、桩帽等对路堤稳定性的影响,对比了不同稳定分析方法计算结果,并对刚性桩复合地基路堤设计提出了建议。研究表明：单桩承载力对密桩复合地基路堤稳定性影响很小,对疏桩复合地基路堤稳定性影响很大;增大单桩承载力比减小桩间距更合理;刚性桩在持力层中扩底比加大桩长更有效;利用桩帽、土拱等措施将大部分路堤荷载转移到桩顶方可发挥单桩承载力对路堤稳定性的作用;软土强度随深度增大不明显时应慎用悬浮桩复合地基。刚性桩复合地基路堤宜采用“强桩大帽”的疏桩复合地基方案。