静钻根植竹节桩承载力及荷载传递机制研究

静钻根植竹节桩是由预应力竹节桩和桩周水泥土构成的一种新型组合桩基,该新型桩不仅承载性能较好,而且可以大量减少桩基施工过程中所产生的泥浆污染。通过静钻根植竹节桩和钻孔灌注桩的静荷载对比试验及埋设在竹节桩桩身上的应变计对桩身轴力进行测量,分析了静钻根植竹节桩桩身的轴力分布情况以及侧摩阻力的分布,用有限元软件ABAQUS对静钻根植竹节桩进行三维建模计算,详细地分析这种新型组合桩的荷载传递机制。结合现场试验与模拟计算可以得到:在软土地区,静钻根植竹节桩这种新型组合桩的承载力比普通钻孔灌注桩要高;静钻根植竹节桩桩身变形由预制桩所控制,竹节桩与桩外围水泥土近似变形协调;竹节桩竹节的存在对组合桩承载性能有着极其重要的作用;在软土中静钻根植桩侧摩阻力是灌注桩侧摩阻力的1.05¹.10倍。     

层状地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算

静钻根植竹节桩是一种由预制桩和水泥土组合而成的组合桩基,通过将预制桩和水泥土的复合弹性模量作为其桩身弹性模量,同时考虑桩身弹性模量沿桩身改变以及桩端水泥土扩大头的作用,采用理想弹塑性荷载传递函数提出了一种在均匀地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算方法。在此基础上,提出了静钻根植竹节桩在层状地基中荷载-位移曲线的递推计算方法。用所提出的计算方法对实际工程中的静钻根植竹节桩试桩的荷载-位移曲线进行计算,并与实测曲线进行比较,验证了所提计算方法的可靠性。选取土体基于预制桩的桩侧摩阻力值作为静钻根植竹节桩的侧摩阻力,计算所得极限承载力与实测极限承载力接近,说明静钻根植竹节桩桩-土接触面摩擦性质与预制桩桩-土接触面摩擦性质相似,且优于钻孔灌注桩桩-土界面摩擦性质。     

软粘土中钻孔灌注桩承载特性的试验研究

基于埋设有测试元件的足尺钻孔灌注桩的现场静载荷试验 ,研究了软粘土地层中桩长 2 8m ,桩径 6 0 0mm钻孔灌注桩的承载力 -沉降性质 ,同时研究了试桩的荷载传递特性 ,分析了桩身轴力、桩侧阻力及桩端阻力的发挥规律 ,并就单桩的沉降变形进行了计算分析 ,得到了一些有益的结论。     

桩端压力注浆桩的承载性状分析

灌注桩后注浆工艺能提高桩的承载力、减小变形、增强桩的质量稳定性。根据某工程注浆和未注浆钻孔灌注桩的单桩静载试验的分析与对比,结合试验的荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩顶荷载与桩端荷载、桩顶沉降与桩身弹性压缩量等关系,探讨钻孔灌注桩注浆前后桩土体系荷载传递的变化规律和某些影响因素,对了解桩端压力注浆桩的承载性状及类似工程的设计有一定意义。     

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

大直径超长灌注桩设计方法分析

采用静荷载试验并通过承载力和桩基沉降的计算,讨论了大直径超长灌注桩的设计方法.大直径超长灌注桩Q-S曲线没有明显的特征点,呈缓变形;桩顶沉降由桩身弹性压缩、桩侧荷载和桩端荷载引起的桩端土体压缩三部分组成.分析结果表明,以位移控制方法来确定大直径超长灌注桩的承载力,一般取S = 0.01D时的试验荷载为设计承载力;桩身弹性压缩量对桩顶沉降影响较大,利用弹性理论法计算单桩沉降值比试验值偏大,设计时需以静载试验为主.     

静钻根植竹节桩桩端承载性能数值模拟研究

静钻根植竹节桩是一种新型组合桩基,桩端处存在的水泥土扩大头使其桩端承载性能优于传统桩基。通过模型试验以及ABAQUS三维建模计算对静钻根植竹节桩的桩端承载性能进行研究时发现,当桩端土体为砂土或黏性土时,预制竹节桩桩端处于水泥土扩大头中间位置附近时桩端极限承载力最大;当桩端持力层为岩石层时,竹节桩桩端与岩石层之间水泥土层厚度越小,桩端承载性能越好。由于现阶段静钻根植竹节桩主要用于东南沿海软土地区,实际工程中竹节桩桩端处于水泥土扩大头中间位置附近时桩端承载性能最好;桩端水泥土的内摩擦角、黏聚力以及弹性模量对静钻根植竹节桩桩端承载性能影响不大;增加水泥土扩大头的直径能够提高静钻根植竹节桩的桩端承载力。     

随钻跟管桩竖向承载性能原位试验与室内物理模拟试验对比研究

随钻跟管桩(简称DPC桩)是一种钻孔-沉桩-排土同步进行的无泥浆排放的节能环保型大直径(800～1 400 mm)新型非挤土PHC管桩。开展了现场原位试验、理论计算分析及物理模拟试验,对比分析了这种新桩型的承载性能优势、桩侧摩阻力分布特征、荷载传递特性。得到如下结论:(1)原位静载试验中,DPC桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩,桩侧摩阻力占比高达67.84%～72.85%,DPC桩的承载性能与注浆效果密切相关,相对于同等条件下的钻孔灌注桩、锤击法管桩,其竖向承载力分别提高了33.42%、23.16%,DPC桩的桩底沉渣厚度较小时,其荷载-位移曲线为缓变形(1号桩),否则为陡降形(2号桩);(2)室内物理模型试验中,各桩型均未嵌岩条件下,DPC桩、钻孔灌注桩、锤击法管桩3种桩型的荷载-位移曲线均为陡降形,DPC桩的承载力相对于钻孔灌注桩提高了18.60%;(3)不同的成桩工艺下桩的摩阻力差距较大,随钻跟管桩的桩侧摩阻力最大,钻孔灌注桩次之,锤击法管桩最小,这与物理试验钻孔灌注桩桩侧模拟泥皮密切相关;所有桩型桩侧摩阻力沿桩身深度分布规律均表现出了两头小中间大的规律;随着荷载增加,桩侧摩阻力逐渐下移,直至桩基破坏;(4)模型试验中随钻跟管桩桩侧摩阻力为6 061.65 N,占其极限承载力(8 147.62 N)的74.40%,模型试验同样得出随钻跟管桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩。     

静钻根植能源桩承载特性模型试验研究

为了研究静钻根植能源桩在热?力耦合作用下的承载特性,采用自行设计模型试验系统,测试模型桩在黏?砂双层地基中的热力响应。试验结果表明：桩体温度沿深度变化并不均匀,对桩周土的温度影响半径为3倍桩径;3次冷热循环后桩顶和桩周土表面均产生累积沉降,在桩顶荷载达到单桩极限承载力的25%时,桩顶累积沉降达到桩径的3.12‰,是桩顶无荷载情况下的1.77倍;模型桩附加温度应力沿深度分布均表现为中间大两端小,位移变化零点（附加温度应力最大处）随着桩顶荷载增大（约束增强）而上移,桩顶荷载较小时降温引起桩身局部产生拉应力。因此,静钻根植能源桩的承载特性与温度变化条件、桩顶荷载大小和桩端约束条件密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性。     

黄土地区后压浆钻孔灌注桩承载力特性试验研究

通过对西安地区某工程中采用桩端后压浆的2根钻孔灌注桩压浆前、压浆后单桩竖向静载荷试验和桩身轴力测试的对比,分析了黄土地基中后压浆钻孔灌注桩桩身轴力的传递规律、桩侧阻力及桩端阻力的发挥性状,探讨了后压浆技术对提高黄土地基中钻孔灌注桩承载力的影响     

搅拌桩内套打钻孔灌注桩在暗浜深基坑围护工程中的应用

在暗浜地层内施工钻孔灌注桩时,易产生钻孔扩径、孔内塌方事故,产生“叉腿桩”及诱发搅拌桩次生“叉腿”,造成钻孔灌注桩与搅拌桩之间的产生大的缝隙.基坑开挖时,基坑外侧的地下水沿缝隙渗入,造成基坑外侧土体压缩变形,引起地表开裂、产生不均匀沉降.搅拌桩内套打钻孔灌注桩系先用低渗入量水泥将暗浜土搅拌成复合土,提高暗浜土的质量,然后在复合土内钻进成桩,其作用是避免钻孔灌注桩在暗浜土段的扩径、塌方超灌事故,确保了基坑桩基围护工程施工质量.     

泥浆护壁钻孔灌注桩桩端后注浆技术的研究与应用

选择场地内有代表性的位置,做了三组单桩竖向承载力特征值试验,一组为SZ1～SZ3,桩径φ600mm,桩端后注浆,另一组为SZ4～SZ6,桩径φ800mm,不注浆;第三组为SZ7～SZ9,桩径φ600mm,不注浆;三组桩的桩长均为34m;在布置桩位时,注浆桩SZ1～SZ3与非注浆桩SZ4～SZ9间距保持20m以上,以防止桩端后注浆对其产生影响。试验结果表明,SZ1～SZ6最低单桩竖向承载力特征值为2 900kN;SZ7～SZ9最低单桩竖向承载力特征值为2 100kN;泥浆护壁钻孔灌注桩采取桩端后注浆技术,其单桩竖向承载力特征值至少提高38.1%,单桩工程造价减少21.3%。     

The P-y Response of Laterally Loaded Flexible Piles in Residual Soil

This paper describes the main features related to lateral displacements with depth after successive lateral loading–unloading cycles applied to the top of reinforced-concrete flexible bored piles embedded in naturally bonded residual soil. The bored piles under study have a cylindrical shape, with 0.40-m in diameter and 8.0-m in length. Both bored piles types (P1 and P2) include an embedded steel pipe section in their center as longitudinal steel reinforcements: pile type P1 has another 16 steel rods as steel reinforcement to concrete while pile type P2 has no further steel reinforcement. Pile type P1 has three times as much stiffness (EI) and four and a half times the plastic moment (M_y) than pile type P2. A similar load–displacement performance was observed at initial loads as for small displacements of both piles. At this initial loading stage, the response of the reinforced concrete piles is a function of the soil characteristics and of a linear elastic pile deformation. During this stage, piles can even be understood as probes for evaluating soil reactions. For larger horizontal displacements, after the concrete section starts undergoing large deformations, approaching the ultimate bending moment, pile behavior and consequently the load–displacement relation starts to diverge for both piles. For pile P1 the values of relevant lateral displacements are extended to about 2.5-m in depth, while for pile P2 lateral displacements are mostly constrained to about 2.0-m in depth. Measurements of horizontal displacements of pile P1 against depth recorded with a slope indicator show that, after unloading, lateral loads at distinct stages (small and near failure loads), exhibits a much higher elastic phase of the system response. An analytical fitting model of soil reaction is proposed based on the measured displacements from slope indicator. The integration of a continuous model proposed for the soil reaction agrees fairly well with the measured displacements up to moments close to plastic limit. Results of load–displacement show that the stiffer pile (P1) was able to mobilize twice as much lateral load compared to pile P2 for a service limit displacement of about 20 mm. The paper shows results that enable the isolation of the structural variable through real scale pile load tests, thus granting understanding of its importance and enabling its quantitative visualization in examples of piles embedded in residual soil sites.

     

现浇薄壁管桩水平受力特性三维弹塑性有限元分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下现浇薄壁管桩(简称PCC桩)受力特性进行数值模拟和分析,并与试验结果进行比较,验证了模型的合理性。利用该模型对桩长、桩径以及桩身相对刚度等影响桩受力特性的主要因素进行分析,结果表明：桩径一定的情况下,桩长对桩的破坏形式有很大的影响,弹性桩与刚性桩临界点的长径比为8左右,且弹性桩的受力主要集中在桩的上部,约为0.3倍桩长;桩径对侧向位移和弯矩都有很大影响,桩径越大,桩侧向位移越小,而最大弯矩值越大,且最大弯矩点下移;在一定程度上,提高桩体强度,有利于提高桩的抗水平变形能力,但当增加到一定程度时,效果并不十分明显。     

海洋工程中大直径管桩垂直水平荷载试验研究

通过海洋环境条件下大直径管桩的垂直和水平荷载试验,分析了管桩在垂直和水平荷载作用下的受力特点,得到了管桩的垂直极限承载力、侧摩阻力及端承力、轴向反力系数等结果,以及水平荷载作用下桩顶位移和转角关系、弯矩分布、土抗力、水平地基反力系数的比例系数和最大弯矩点等参数。试验结果表明：垂直荷载作用下,极限承载力可达12000kN,在沉桩过程中部分桩有一定程度的闭塞;大直径管桩能够抵抗水平荷载的作用,弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响。根据试验结果计算的水平地基抗力比例系数m值,对本工程及同类地质条件的桩基设计具有参考价值。     

小直径灌注桩旋挖成孔工艺

由于旋挖钻机结构的特殊性,不便用于小直径钻孔灌注桩。设计了一套解决问题的新技术---小直径灌注桩旋挖成孔工法。此项新技术包含了自行设计的XFK600防扩钻头、特别的工艺参数、双护筒保浆技术等。试验研究成功后,已广泛应用于多个重大工程项目。介绍了该技术的创新内容、关键技术及其试验应用效果。     

软土地基中PHC管桩水平受荷性状的试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。针对软土地集中预应力管桩受水平荷载的问题,结合工程实例,通过水平静载试验,实测得到了水平荷载作用下PHC（超长预应力）桩与土共同作用时的工作性状,分析了PHC桩受水平力作用时的内力、变形和临界承载力以及地基土的水平抗力比例系数。试验结果可为今后同类地区水平受荷桩的设计与研究提供参考。     

竖向力与水平向力同时作用下管桩的性状研究

用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力（倾斜力）联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。     

Analysis of laterally loaded piles with rectangular cross sections embedded in layered soil

An analysis is developed to determine the response of laterally loaded rectangular piles in layered elastic media. The differential equations governing the displacements of the pile–soil system are derived using variational principles. Closed‐form solutions of pile deflection, the slope of the deflected curve, the bending moment and the shear force profiles can be obtained by this method for the entire pile length. The input parameters needed for the analysis are the pile geometry and the elastic constants of the soil and pile. The new analysis allows insights into the lateral load response of square, rectangular and circular piles and how they compare. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.