厚层沉渣嵌岩桩承载性状研究

首先对嵌岩桩进行了现场钻孔抽芯试验和静力载荷试验,试验结果表明：当采用冲击成孔工法施工且桩侧存在弱胶结土层时,桩底沉渣厚度普遍较大,远厚于规范允许值;当荷载达一定值时,呈现突发性下沉且下沉量较大,主要与厚层沉渣导致端阻力未发挥作用有关。试验结果说明：当采用冲击成孔工法施工且桩侧存在弱胶结土层时,现有嵌岩桩设计方法同时考虑端阻和侧阻作用是不妥的,嵌岩桩单桩承载力宜仅按土层和嵌岩段侧阻力确定。进一步基于数值分析对嵌岩段摩阻力分布及变形等承载性状进行研究。在施加荷载一定条件下,嵌岩深度与基岩强度越大,下沉量越小,且厚层沉渣嵌岩桩沉降存在嵌岩深度效应。随着桩顶荷载增大,嵌岩深度与基岩强度差异导致的下沉量的差值增大。嵌岩段桩侧摩阻力沿深度呈马鞍型分布,嵌岩深度与基岩强度较小时,嵌岩段下部峰值比上部峰值大;嵌岩深度与基岩强度较大时,嵌岩段下部峰值则比上部峰值小。在桩顶荷载一定条件下,嵌岩深度越小,下沉量越大,越有利于侧摩阻力发挥,嵌岩段桩侧摩阻力越大。由于厚层沉渣存在,嵌岩段桩身轴力沿深度方向从桩顶荷载逐渐衰减为0,嵌岩深度越小,衰减速度越快。     

嵌岩桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数研究

现行行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）[1]采用嵌岩段侧阻和端阻综合系数?r与基岩单轴抗压强度frk来计算嵌岩桩嵌岩段的总承载力。该方法较简单且工程意义明确,便于工程设计使用。然而规范中综合系数的取值存在一定的局限性。采用ABAQUS通用有限元软件对武汉绿地中心等4个背景工程共20余根现场试桩试验成果进行了数值拟合,取得了较合理的岩（土）参数取值;利用前述参数,建立不同岩性条件下的嵌岩桩数值计算模型,对综合系数进行了计算分析,并建立其与基岩岩性、嵌岩深径比的关系,提出了综合系数建议取值表。相比于规范取值方法,该方法对不同岩石强度分类和嵌岩深径比两个维度上进行了扩充与细化。通过背景工程嵌岩桩试桩承载力的验算表明,采用综合系数比按规范计算的综合系数更接近试桩实测结果。     

竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

富绥松花江大桥桩基静载对比试验研究

富锦－绥滨松花江大桥基础采用直径2.0 m的钻孔灌注桩。通过数据采集,由锚桩法测得的45 m试桩和自平衡测得的70 m试桩上段桩的荷载-沉降关系、竖向承载特性、桩侧摩阻力等进行对比分析。分析结果表明：在极限状态下,两者位移相差14.97 mm,侧阻力相差7.30%;长、短试桩各土层桩侧阻力的实测值都满足要求。在桩-土体系破坏之前、相同荷载条件下,两者位移的差值有变大的趋势,相同土层的桩侧摩阻力相吻合     

斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟

随着我国输电线路工程逐步进入西部山区,越来越多的输电塔基础需要修建在陡峭的山坡上。然而,斜坡桩基在强风、雪等极端气候的抗拔承载变形特性研究不足,现行规范也尚无完善说明。基于此,开展了平地与斜坡上嵌岩抗拔桩的室内模型试验,对比分析了荷载-位移曲线、地面变形及裂缝扩展、破坏模式、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩-岩相对位移。使用试验结果与ABAQUS数值模拟结果相比较,在验证模型可靠性的基础上,进一步研究了斜坡坡度对嵌岩抗拔桩承载变形特性的影响。结果表明,平地与斜坡下的荷载-位移曲线变化规律一致,均呈陡变型。斜坡对嵌岩抗拔桩的承载变形特性具有不利影响,当斜坡坡度在0°～30°范围内变化时,斜坡坡度对极限承载力的削弱影响呈近似线性增加（0%～12.8%）。随着斜坡坡度增加到45°时,斜坡对嵌岩抗拔桩极限承载力的削弱影响急剧凸显（25.9%）。斜坡上的基岩破坏面主要发生在下坡3.2d(d为桩径)、角度为120°的扇形范围内,逆坡破坏范围约为1d,不同于平地呈对称、复合形的破坏。值得注意的是,当桩顶荷载达到约80%的极限承载力时,平地地表或斜坡下坡出现了可见的裂缝。该研究成果为斜坡上输电塔桩基抗拔优化设...     

湿陷性黄土中成孔方式对桩基承载力影响试验研究

为了研究黄土地区成孔方式对桩基承载特性的影响,依托永寿至咸阳高速公路工程,对两个试验区4根试桩进行了静载试验,分析研究了不同成孔方式下桩基荷载传递规律。研究结果表明：成孔方式对桩基承载特性影响较大,黄土地区旋挖钻孔灌注桩承载力高于泥浆护壁循环钻孔灌注桩;循环钻孔灌注桩在成孔时需泥浆护壁,桩侧形成的泥皮会严重影响桩侧土体摩阻力的发挥,桩侧极限摩阻力值较小,桩端承担桩顶荷载比例较高;浸水后湿陷性黄土结构破坏,单桩承载力较原始状态有所下降;由于上覆黄土层湿陷量较小,浸水状态下桩侧土体并未产生负摩阻力。     

大直径超长钻孔灌注桩荷载分层传递特性试验分析

基于＂上海市虹桥综合交通枢纽交通中心工程西交通广场＂工程现场静载荷试验和桩身应力测试结果,分析竖向荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩在成层土中的荷载传递特性。本工程试桩已加载至破坏,对此试验结果进行分析,能为深入研究大直径超长钻孔灌注桩的承载性状提供有价值的工程参考。本次试验结果表明：1）大直径超长钻孔灌注桩桩端承载力所占比例较低,荷载-沉降关系为陡降型,存在明显拐点;2）桩侧与桩端阻力非同步发挥且相互影响,而上下土层侧阻力系先后发挥至极限;3）根据试桩实测数据,土层埋深对桩周具有相似物理力学性质土层的侧摩阻力影响较大。     

考虑基岩层面影响的水平受荷嵌岩桩模型试验研究

西南地区常见碎石土-基岩斜坡地基,在此类地基上的嵌岩桩基础,其上覆土层、嵌固段基岩多为倾斜。然而岩石试样中结构面倾角改变时,岩石试样的强度也随之发生变化。故当嵌固段基岩存在层面且层面具有倾角时,往往对桩基的水平承载特性影响很大,所以基岩层面是影响嵌岩桩水平承载性能的主要因素之一。本文采用物理模型试验,通过改变嵌固段基岩层面倾角,得出嵌固段基岩不同层面倾角对于桩顶位移,桩身内力的发展规律,进而研究其对水平受荷嵌岩桩承载性能的影响。试验结果表明:在碎石土-层状基岩斜坡地基场地中,嵌固段基岩存在层面会降低嵌岩桩水平承载性能。相对于完整基岩,嵌固段层状基岩存在水平层面时,临界荷载下降了17%、最大弯矩值下降了23%、最大剪力值下降了37.5%;而嵌固段基层层面为倾斜时,嵌岩桩水平承载性能下降的更多,且层面倾角为逆向30°时比顺向30°更加不利于嵌岩桩的水平受荷;桩身最大弯矩点与最大剪力点位置随嵌固段层状基岩倾角变化影响比较小,最大弯矩点位置几乎没有变化,最大剪力点位置在嵌固段基岩层面为顺向30°与逆向30°时下降了1倍桩径。该项研究可为在不同层面倾角下的层状岩体斜坡地基上受水平荷载的嵌岩桩设计作一定的指导。     

昆明古滇池湖积层与冲积层工程桩荷载传递特性研究

昆明市广泛分布第四系古滇池冲洪积层与湖积层,通过采用静载加压、桩身应力测试方法,以获取桩端承载力及桩侧摩阻力。单桩承载力(轴向压力)在桩顶呈现最大,一般为顶压力的60%～80%,随着深度增加,承载力(轴向压力)近似直线下降,到达桩底时轴向压力最小,最小值接近桩顶压力的1%。物理力学指标高的(岩)土层侧摩阻力特征值较大。沿桩身随着深度增加,一定埋深、一定层位的土层侧摩阻力发挥较好,表现为近桩顶的土层摩阻力发挥充分,近桩底的土层随着极限荷载的临近可逐步有一定发挥,但桩身中部的土层一般很难提供出该类土层具有的极限侧摩阻力。通过对建筑物工程桩在该类地层荷载传递特性研究,为该地区工程桩的合理选型、提供了可靠的参考依据,同时对类似工程设计有一定的指导意义。     

嵌岩桩尺寸效应的有限元分析

基于非线性有限元计算,分析了桩的尺寸效应对嵌岩桩承载性状的影响。结果表明：在其他条件一定时,随着桩径的增加,嵌岩深径比减小,桩的承载力有增大的趋势,其主要原因是增强了桩端承载力;另一方面,嵌岩深度也对桩的承载性状有影响,桩嵌入深度越短,桩端承担的荷载就越大。设计时可适当考虑通过增大桩径的办法来提高桩的承载力。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

Centrifuge model testing on super-long rock-socketed bored piles under vertical loading

There are no appropriate theories and methods of computation yet which could quantitatively analyze the stress and strain of super-long rock-socketed bored piles and simulate the full process of pile deformation. The bearing behavior and settlement characteristics are complicated because of the construction techniques, characteristics of overlying deposit soil and rock, pile material, geometrical configuration and load in particular. In this paper, the authors introduce the case of the Tianxingzhou Bridge pile foundation, analyzed through the Centrifuge Model Test (CMT). The results indicate that, for large-diameter rock-socketed bored piles, sufficient pile–soil displacement is essential for the effect of pile lateral friction in overlying soil layers. It is also shown that the load is borne by pile lateral friction and end resistance, and that the load transfer behavior of the rock-socketed pile group foundation has similar characteristics to large-diameter rock-socketed single pile.     

基于统一强度理论带帽刚性桩承载力上限分析

基于塑性极限理论的上限分析法,借鉴已有数值分析和室内模型试验所揭示的带帽刚性桩破坏模式,构建了其运动许可速度场,并引入统一强度理论,根据能量平衡原理,推导了能考虑中主应力影响的带帽刚性桩极限承载力上限计算公式。同时通过参数分析,得到了带帽刚性桩极限承载力随桩帽尺寸、土的黏聚力和内摩擦角的变化规律。研究发现：考虑中主应力影响的带帽刚性桩的上限解较不考虑时有较大的提高,对于带帽刚性桩承载力计算时,实际统一强度理论中反映中主应力影响的参数取0.1～0.2附近较为合理。带帽刚性桩承载力随着桩帽尺寸的增大而增大,且桩帽直径与桩径之比 时,承载力增大趋势较为明显;承载力随着土体黏聚力和内摩擦角的增大而增大。通过与已有理论方法和试验结果对比分析发现,本文提出的方法不仅在理论上更严密,而且可得到更符合实际的计算结果。     

不同围岩强度下大直径嵌岩钻孔灌注桩 承载力尺寸效应的数值模拟

利用数值模拟的方法,通过模拟20种不同工况得到不同岩体和不同直径的大直径嵌岩钻孔灌注桩的桩侧和桩端阻力尺寸效应系数,分析开挖引起的天兴洲大桥直径达3.4 m嵌岩钻孔灌注桩极限承载力尺寸效应问题。结果表明,（1）围岩强度越小,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小。当围岩强度为1～5 MPa时,围岩在开挖过程中破坏明显,尺寸效应显著;当围岩强度大于10 MPa 时,围岩破坏不明显,尺寸效应明显减弱;（2）相同围岩强度下,桩径越大,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小,相比桩侧阻力,桩端阻力尺寸效应更明显,尺寸效应系数略小。（3）极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应系数与直径成双曲线函数关系。     

BP神经网络预测嵌岩桩承载力

确定嵌岩桩承载力的最可靠最直接的方法是静载试验,但是由于嵌岩桩承载力大,静载试验耗工费时,并且很难做到破坏,因此工程界希望能在不影响结果精度的前提下尽可能少做静载试验。利用以往的嵌岩桩静载试验资料,在BP神经网络理论的基础上,运用Matlab中的神经网络工具箱进行编程分析,总结出嵌岩桩的各种可控参数对其承载能力的影响,从而确定最终比较合理的嵌岩桩的设计参数。对比分析前人的研究成果,得出的结论具有一定的实用性。     

桩端后注浆对大直径灌注桩影响的现场对比试验研究

基于郑州三环快速路工程开展的6个场地19根大直径灌注桩现场足尺试验,通过对比分析后注浆桩与未注浆桩实测结果,研究桩端后注浆对大直径灌注桩承载变形性状、荷载传递规律、桩端承载特性及桩侧摩阻力发挥性状的影响。结果表明,桩端后注浆条件下大直径灌注桩承载变形性能明显提高,且提高幅度受注浆龄期影响较为显著;在黄河中下游以中密～密实粉土、粉细砂及可塑～硬塑粉质黏土为主要冲积地层中桩长40 m左右的大直径灌注桩表现为摩擦型桩,但相比于未注浆桩,桩端后注浆桩传递至桩身下部及桩端的荷载更小;桩端后注浆在桩端下形成水泥沉渣坚硬固结体,有效地处理了桩端沉渣问题,且通过渗透劈裂作用,形成深度可达1 m的网状分布的水泥胶结体,加之对桩端土层的压密效应,显著提高了桩端支承性能与承载刚度;桩端后注浆显著提高大直径灌注桩桩侧极限摩阻力发挥水平,并降低了桩侧极限摩阻力对应的桩土相对位移,使得大直径灌注桩在较小的沉降下表现出较高的承载能力。