应力释放效应对抗拔桩承载力影响分析及应用

抗拔桩受力时,桩身径向微量收缩,桩周土体侧向应力释放,桩侧摩阻力降低。文章将桩对土的卸载作用导致摩阻力降低值与不考虑该作用时摩阻力之比,定义为单桩抗拔承载力折减系数J_s。定义土体的回弹模量与压缩模量之比为土的压缩回弹比λ_j。利用极限平衡状态方程,针对刚性桩、钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩与钢管桩,分析了不同的土体压缩回弹比λ_j所反映的应力释放程度对承载力的影响。结合外径1.7 m,长81.3 m,壁厚25 mm的大直径超长抗拔钢管桩静载荷试验进行验证。结果表明压缩回弹比λ_j能很好反映土体应力释放对承载力的影响,是抗拔桩侧阻力低于抗压桩的主要原因,承载力计算值与实测值相符,其精度远高于现行规范方法,可供工程实践与科学研究参考。     

大直径灌注桩抗拔承载性状分析

根据5根大直径灌注桩现场抗拔静载试验和应力测试结果,分析了嵌岩桩荷载传递性状和嵌岩段摩阻力发挥过程一些特性,得到抗拔桩的桩周土层抗拔系数以及Q–s曲线呈缓变形的抗拔桩极限承载力取值方法。结果表明抗拔桩的曲线形状与持力层岩石风化程度和桩的嵌岩深度有关。同时根据嵌岩段摩阻力发挥过程特点,进一步探讨了影响嵌岩段摩阻力发挥值主要因素。     

嵌岩旋挖扩底抗拔桩工程应用研究

 对于单轴抗压强度在14.4 MPa以下风化程度不同的泥岩、泥质砂岩互层的特殊地质条件,按照现行设计规范,抗拔桩基础往往难以找到合适的终孔地层,利用旋挖钻机成孔、扩孔施工工艺形成扩底抗拔桩解决上述问题,并根据现场原型试验,对嵌岩旋挖扩底抗拔桩承载规律进行研究。根据桩顶静载试验和桩身应变测量试验数据,分析抗拔桩的桩身开裂、桩身变形规律。分析后认为,嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要由桩侧摩阻力、扩大头抗拔力提供,桩侧摩阻力是逐渐发挥作用的,计算桩的极限抗拔力时不宜考虑全部的桩侧摩阻力,扩大头抗拔力在整个抗拔力中占较大比例。嵌岩扩底抗拔桩极限承载力主要受桩顶位移控制。极限承载力是桩顶位移达到极限值(即容许上拔量)所对应的承载力,而不是抗拔桩真正所能发挥出来的最大承载力。当上部结构对抗拔桩桩顶位移比较敏感时,宜采取措施控制桩身变形,而不是单一提高桩的极限抗拔承载力。     

成层土中抗拔桩与抗压桩的模型试验研究

为研究成层土中单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了长细比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷栽下桩身不同深度的应变.分析表明:抗拔桩桩顶上拔量明显大于抗压桩桩项沉降量,因此抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力;抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性;试验所得桩抗拔总侧摩阻力折减系数λ=0.62;抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身下部侧摩阻力迅速增长;成层土中粘土的抗拔侧摩阻力折减系数大于砂土.     

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。     

普通抗拔桩与托底抗拔桩荷载传递数值分析

基于FLAC3D有限差分软件,对普通抗拔桩和托底抗拔桩进行数值模拟分析,对比研究两种抗拔桩的荷载-位移曲线、桩身轴力传递特性及桩侧摩阻力分布等特性。结果表明:普通抗拔桩的极限承载力小于托底抗拔桩的极限承载力,荷载相同时普通抗拔桩的位移更大;两种桩型的荷载-位移曲线均主要由线性段构成,普通抗拔桩和托底抗拔桩在极限状态时均发生"突变型破坏";托底抗拔桩桩身轴力由下向上传递,普通抗拔桩桩身轴力由上向下传递,两者的轴力沿深度分布形式相反:普通抗拔桩轴力随深度增加而减小,托底抗拔桩随深度增加而增大;两种桩的摩阻力分布曲线相似,上部小,中下部大;荷载水平较低时,托底抗拔桩上部摩阻力大于普通抗拔桩,荷载水平较高时,除了桩端附近,托底抗拔桩全桩摩阻力均大于普通抗拔桩;桩侧摩阻力与桩土相对位移关系呈双曲线型分布。     

地铁车站抗拔桩侧摩阻力试验研究

采用自平衡法和滑动测微计法对地铁车站的嵌岩抗拔桩进行了侧摩阻力试验,采用自平衡法进行了嵌岩桩的抗拔试验,同时在桩身埋设滑动测微管,研究桩侧摩阻力的分布规律。研究表明,桩侧摩阻力随深度自下而上递减,且受桩身弹性模量的影响。试验测试得到的摩阻力分布曲线需进行断面修正和回归处理方能得到合理的试验结果。自平衡试验方法可与传统的抗拔试验做对比,验证桩基抗拔承载力,试验结果可为相关抗拔桩测试提供参考。     

静钻根植竹节桩抗拔承载性能试验研究

为了研究静钻根植竹节桩的抗拔承载性能,进行了静钻根植竹节桩抗拔静载试验。通过一组破坏性抗拔试验得到了完整的静钻根植竹节桩抗拔荷载位移曲线,并采用幂函数、双曲线和指数函数分别对试桩荷载位移曲线进行了拟合;通过桩身埋有应力计的静钻根植竹节桩的抗拔试验分别对其桩侧摩阻力与桩端阻力进行了研究。试验结果表明:静钻根植竹节桩抗拔荷载位移曲线比较平缓,采用指数函数对其进行拟合的效果较好;静钻根植抗拔桩中水泥土与桩周土接触面摩擦性质比灌注桩中桩土接触面摩擦性质要好,静钻根植抗拔桩的桩侧摩阻力是钻孔灌注桩的1.47~2.11倍;静钻根植抗拔桩中桩端水泥土扩大头能够提高桩基桩端阻力,而且能够提高靠近桩端处桩身与土体接触面的摩擦性质。     

竖向荷载下膨胀土桩基承载室内模型试验

利用自主研发的多向桩基加载系统,开展了室内模型试验,研究了膨胀土中桩基分别在最优含水率和饱和含水率条件下的下压和上拔荷载桩基的承载特性。试验结果表明:膨胀土含水率的变化,对抗压桩的极限承载力影响更为明显,对抗拔桩的极限位移影响更为明显。随着含水率的增加,尽管抗压桩和上拔桩的极限侧摩阻力均减小,且减小程度接近,但上拔荷载作用下极限侧摩阻力明显低于下压荷载的极限侧摩阻力。不同含水率条件下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而上拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布,含水率的增加使抗压桩和上拔桩的极限承载力显著减小,且抗压桩减小幅度更大,但抗压桩的极限承载力始终大于上拔桩的极限承载力。     

桩的泊松效应对抗拔系数λ的影响

考虑桩的泊松效应对抗拔桩和承压桩桩侧摩阻力的影响,推导了由于泊松效应而引起的桩侧摩阻力减小(增加)的计算公式,据此计算出抗拔桩和承压桩各自的侧摩阻力总和Qt、Qc,并求得理论抗拔系数λ=Qt/Qc.分析了桩的长径比、桩的泊松比、土体内摩擦角、桩土摩擦角等参数的变化对入的影响,得到一些有意义的结论,可为抗拔桩的设计工作提供参考.     

自平衡试验与传统试验的比对研究

本文介绍了原位试验过程,对一根原型桩分别进行了自平衡试验、抗压试验和抗拔试验,抗压试验过程中测量了荷载箱在分级荷载下的荷载,同时用钢筋计测量了桩身应力,分析了自平衡试验与传统静载荷试验中极限承载力的差异,得到了自平衡承载力转换为抗压、抗拔承载力的转换系数。试验结果表明,上桩的抗压承载力最大,自平衡承载力次之,抗拔承载力最小;有桩端支撑时,桩侧承担的荷载增加了29.04%,说明增加桩端阻力可以增加桩侧摩阻力;在自平衡载荷试验和抗压试验均达到极限状态时,自平衡试验的荷载箱受力荷载大于抗压试验时的荷载,说明自平衡试验对应的极限端阻力大于抗压状态下的极限端阻力;上桩在没有端承条件下的抗压承载力与自平衡承载力相等,说明在相同端承条件下,上桩的自平衡摩阻力与抗压摩阻力不存在明显差异。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩(JPP桩)进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明:1)JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2)极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3)在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4)侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

岩层设承力盘的嵌岩桩抗拔静载试验及计算方法研究

为提高东南沿海桩基础抗拔承载性能,开发应用了一种新型的、在桩身嵌岩段的上侧岩层中设置双向旋扩承力盘的抗拔嵌岩桩。结合广东佛山市某工程,进行单桩竖向抗拔承载特性静载试验。试验表明,该桩抗拔性能优越,抗拔承载力大大优于抗拔直孔桩及扩底桩。基于实测数据,建立适用于该桩的极限承载力双曲线理论模型。基于Hoek-Brown岩体破坏准则及嵌岩桩单桩抗拔承载机理,提出该桩型的抗拔破坏模式,并建立相应的单桩抗拔极限承载力计算方法。该计算方法可有效反映盘下嵌岩段的岩体性质、承力盘所处岩层的岩体性质、盘角及上覆土层厚度等因素对基桩抗拔极限承载力的影响。与规范方法、现场实测的抗拔承载力计算结果对比表明,该计算方法与现场测试结果吻合度高,具有很好的应用前景。     

薄壁筒桩在滩涂土地区荷载传递特性现场试验研究

 目前,国内外缺乏通过现场试验对薄壁筒桩荷载传递特性方面的研究,关于筒桩加固滩涂土地基的研究也较少。以温州浅滩一期半岛起步区首期1#地块为工程背景,进行现场荷载试验,以现场实测数据分析筒桩荷载传递特性。研究结果表明：在最大荷载作用下,较长的筒桩表现为端承摩擦型桩,桩侧摩阻力比约为75%,较短的筒桩表现为纯摩擦型桩,通过增加桩长、桩径可以提高筒桩竖向承载力;该类地区适合建5层以内工业厂房;桩身轴力自上向下逐渐发挥,桩身上部与下部土层摩阻力异步发挥;当上部土层达到极限侧摩阻力时,随着荷载的增加,出现侧阻软化现象,内侧摩阻力沿桩身自下向上逐渐发挥,为外侧摩阻力的20%～25%。采用簿壁筒桩加固滩涂土地基时,应考虑土芯内侧摩阻力对承载力的贡献。     

嵌岩桩嵌岩段的岩石极限侧阻力系数

嵌岩桩在岩土工程中已得到广泛应用,但如何准确计算嵌岩段桩的极限侧阻力仍是工程设计人员面临的重要课题。收集整理了不同时期、不同地区、不同岩石强度和不同嵌岩条件下开展的145个嵌岩桩竖向下压承载力试验成果,主要包括嵌岩段岩石类型及其单轴抗压强度、嵌岩桩的直径与嵌岩深度、嵌岩段桩的极限侧阻力等。定义嵌岩段桩的极限侧阻力和岩石单轴抗压强度的比值为嵌岩桩嵌岩段岩石极限侧阻力系数,分析了桩径、嵌岩深度、嵌岩深径比和岩石强度对嵌岩段极限侧阻力和岩石极限侧阻力系数的影响规律,建立了嵌岩段岩石极限侧阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式,给出了不同可靠度水平下岩石侧极限阻力系数取值。     

软土中注浆与未注浆抗拔桩受力性状对比试验研究

在杭州萧山一工地未注浆与注浆试桩抗拔静载试验的基础上,发现抗拔桩经过桩端后注浆可显著减少桩端位移,极限抗拔力至少提高25%,最大桩身拉伸量占桩顶上拔量的91.5%。注浆与未注浆桩的桩身轴力都随深度逐渐减少,桩端轴力始终为0;浆液上返高度16.9m范围内注浆桩侧摩阻力有较大幅度的提高,最大提高幅度为83.3%;在利用浆液上返高度公式计算注浆抗拔桩竖向增强体高度和考虑桩身自重的基础上,提出桩端后注浆抗拔桩承载力的估算公式。通过反分析计算,未注浆桩抗拔折减系数的取值范围为0.65～0.80,注浆桩侧阻力增强系数的取值范围为1.33～1.83,计算方法与结果可供初步设计与实际工程使用。     

风化岩地基微型抗浮桩承载性能原位试验研究

微型抗浮桩具有地层适应性强、布置形式灵活、成孔快、施工占用场地小、施工机械小型化及经济环保等优点。基于中风化花岗岩地层8根微型抗浮桩现场静载荷试验,研究青岛风化岩地基微型抗浮桩的竖向抗拔承载性状。试验结果表明:试桩Q-s曲线为缓变型,极限荷载作用下桩长为4.2~5.1 m的微型抗浮桩总上拔量不超过7.0 mm,极限抗拔承载力高达1 700 kN,承载力较高,满足设计要求;单桩单位平均极限侧摩阻力为0.307~0.425 MPa;在其他条件均不变的情况下,微型抗浮桩的单位平均极限侧摩阻力随桩径的增加而减小。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

冲击荷载与静荷载作用下的单桩承载特性

对灌注桩试桩分别进行了高应变冲击试桩试验和单桩轴向抗压静载试验,并对动静载试验的结果进行了对比分析。结果表明:试桩静载试验荷载-沉降曲线呈缓变型,桩侧摩阻力先于桩端阻力发挥,且桩端阻力随桩端位移的增加表现出硬化特性; 桩侧各土层达到极限摩阻力所需的桩土相对位移差异较大,且摩阻力随相对位移的增大分别呈理想弹塑性、双曲线型和软化模型变化; 桩端持力层强度越高,冲击试验实测桩底速度信号负向反射越显著; 桩端持力层强度越低,实测桩底速度信号正向反射越显著; 高应变拟合分析的承载力普遍低于静载试验,而拟合分析的桩顶位移远小于静载试验单桩极限承载力对应的桩顶位移; 极限端阻力随桩岩阻抗比的增大而增大,且桩端持力层存在有效阻抗面积; 所得结论对于提高拟合分析土参数及单桩极限承载力的计算精度和可靠性具有重要意义。