扩体抗拔构件承载力计算方法研究

目的分析扩体抗拔构件破坏模式,并以此建立承载力计算方法,为扩体抗拔构件工程实践提供参考.方法通过大比例尺室内模型试验,研究扩体抗拔构件的破坏模式,将扩体抗拔构件分为浅埋和深埋两种形式,分析其拉拔破坏特征.基于局部指数函数滑裂面假设,利用土体的极限平衡,建立浅埋扩体抗拔构件抗拔承载力的计算方法;根据Vesic圆孔扩张理论,建立考虑扩体段顶阻对其侧阻影响的深埋扩体抗拔构件抗拔承载力的计算方法.结果用建立的计算方法对室内试验模型及现场试验实例进行抗拔承载力计算,计算结果与实测结果较为一致.结论建立的扩体抗拔构件承载力计算方法分为浅埋和深埋两种形式,符合扩体抗拔构件破坏规律,算例计算承载力与实测承载力的基本一致性表明建立的计算方法合理可行,可为扩体抗拔构件工程实践提供参考.     

大直径扩底嵌岩桩抗拔承载性状试验与分析

为了了解大直径扩底嵌岩桩在高层建筑中的抗拔承载力及影响因素,以深圳某高度为660 m的超高层工程为背景,采用自平衡法对3根大直径扩底嵌岩抗拔桩进行加载试验。在试桩试验的基础上,建立了扩底抗拔嵌岩桩数值模型,并进行了三维有限差分数值计算及参数化分析,数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,表明建立的模型可以较好的模拟大直径扩底嵌岩桩的抗拔工作特性。同时讨论并分析了大直径扩底嵌岩抗拔桩的桩身轴力、桩身等直径段和扩底处侧摩阻力的分布特征,研究了扩大头周围岩体弹性模量、扩径比和扩底高度对抗拔承载力的影响。结果表明,扩径比的增大对大直径嵌岩桩的抗拔承载力影响较大,扩大头周围岩体弹性模量和扩底高度的影响相对较小。     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

扩径桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟

在地下水位以下较深的地下工程中,常采用扩径桩来承担结构今后受到的浮力．为了研究承担竖向受压荷载对抗拔桩今后承担上拔荷载的承载力的影响需要开展研究．采用二维颗粒流分析程序PFC2D对载荷试验中同一扩径桩先受压后抗拔进行了数值模拟分析．通过研究扩径桩在单纯承担上拔荷载和先受压、后受拔的过程中不同受荷阶段桩时步．位移曲线、桩土颗粒排列变化、颗粒位移的变化及荷载～沉降（上拔量）的对比分析,得出桩在下压和上拔到达极限荷载时的破坏性状,并与现场试验结果进行了对比．对先承担竖向受压然后抗拔的桩,与直接承担上拔的桩相比较,得知桩下压过程中桩周土体结构的破坏对桩随后的抗拔承载力有较大的影响．     

砂土中吸力式单桩极限抗斜拉承载力计算

为研究饱和砂土中吸力式单桩的极限抗斜拉承载力,对3种不同长径比和3种荷载作用角度下的吸力式单桩进行了室内大比尺模型试验,分析得到了不同参数下的桩基础的极限抗斜拉承载力。通过极限平衡法对吸力式单桩的极限竖向抗拔承载力和极限水平向承载力进行了分析研究,并基于破坏包络线的概念,对吸力式单桩极限抗斜拉承载力的试验结果进行回归分析和拟合,得到了竖向承载力和水平承载力之间的归一化关系及经验公式,进而推导出吸力式单桩基础的极限抗斜拉承载力。     

桩径和扩径比对大直径扩底灌注桩工程特性影响分析

以中山西环高速公路为工程背景,采用有限元软件PLAXIS 3D进行了桩径和扩径比对扩底桩工程特性的影响数值模拟。分析结果表明:当扩径比(D/d)为1.5～2.5、桩径为1.2～1.6 m时,桩体尺寸对其竖向极限承载力影响明显,随着桩径或扩径比的增加,竖向承载力提升幅度较大;当扩径比为1.5～2.0、桩径为1.2～1.6 m时,桩体尺寸对扩底桩抗拔承载性能影响较大;当扩径比为1.0～2.0、桩径为1.0～1.4 m时,扩底桩桩顶沉降变化较快。通过现场静载试验对有限元计算结果进行验证,两者吻合较好。     

自扩式斜桩的承载性能

通过有限元模拟分析和模型试验相结合的研究方法分析了自扩式斜桩与竖直双桩的竖向承载性能.发现自扩式斜桩由于成桩过程中对土体的强烈挤压作用,其抗压和抗拔性均优于竖直双桩,而且随着自扩成桩夹角的变化,自扩式斜桩的竖向极限承载力亦相应变化,并存在竖向承载实用最优夹角.研究认为自扩式斜桩竖向承栽性能优于竖直桩,又特别适用于构筑物的抗拔需要.     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

多层土地基扩底抗拔桩离散元颗粒流研究

以颗粒接触模量、颗粒刚度比、摩擦因数等为细观力学性质参数,建立多层砂土地基扩底抗拔桩计算模型,利用离散元颗粒流理论研究持力层厚度和持力层砂土密度对扩底桩抗拔承载特性的影响,并与模型试验结果进行对比。研究结果表明:力链传递方向主要沿扩大头斜上方32°左右方向发展;土层厚度及砂土密度不同,颗粒位移特征不同;数值模拟结果与模型试验结果吻合较好,当持力层厚度与扩大头直径之比(H/D)超过2.5时,极限承载力基本不再增加,是H/D=0.5时极限承载力的3.7～3.8倍;当持力层为密实砂时(相对密度为0.94),其极限抗拔承载力是中密砂(相对密度为0.55)的1.3～5.1倍。     

楔形桩与等直径桩承载特性对比模型试验研究

针对楔形桩的承载特性,开展砂土中竖向压荷载、水平向荷载以及地面堆载作用下等混凝土用量楔形桩和等直径桩承载特性对比模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-位移关系曲线以及桩侧摩阻力、桩端阻力、桩侧土压力、桩顶下拽位移和桩身下拽力等分布规律;探讨楔形桩与等直径桩在竖向抗压、水平向承载力以及负摩阻力特性的异同点,分析楔形角对砂土中基桩的承载特性的影响规律。研究结果表明:在本文试验条件下,砂土中楔形桩的单桩竖向抗压力和水平向极限承载力约分别为等混凝土用量等直径桩的0.75倍和1.26倍;楔形桩的桩顶下拽位移与等直径桩的下拽位移相比减小1/5~1/4。     

大直径扩底桩竖向端承力解析解与试验分析

为了解决目前大直径扩底桩竖向端承力计算方法所存在的不足,将球孔扩张理论应用于扩底桩端承力的计算,建立了扩底桩的球孔扩张理论计算模型.考虑扩底桩桩端外边缘处力矩平衡以及几何对称性,建立极限球孔扩张压力、桩端中心以下主动土压力及扩底桩端承力之间的联系,推导出大直径扩底桩端承力的解析解,求得黏性土和无黏性土中扩底桩端承力的表达式.利用原型扩底桩试验对该公式进行验证,分析得出影响扩底桩端承力的主要因素包括土的粘聚力、内摩擦角、杨氏模量、泊松比、扩底桩的扩底半径和入土深度.试验结果表明:该解答精度满足工程要求;经验方法对扩底桩端承力进行折减只是经验的总结,物理意义不明确.     

穿越溶洞型基桩竖向极限承载力计算方法研究

在岩溶地区,若基桩下伏溶洞的顶板厚度不符合稳定性要求,需考虑基桩穿越溶洞并嵌入溶洞底板以提高基桩承载力。但是,目前尚无计算穿越溶洞型基桩竖向极限承载力的成熟方法。为此,首先通过室内试验研究穿越单层溶洞基桩在桩顶逐级加载条件下“地层-基桩-溶洞”系统的渐进破坏过程及破坏模式;然后,基于塌落拱理论建立溶洞顶板张拉破坏高度的计算方法,揭示桩身侧摩阻力的“拱效应”现象;其次,基于小应变理论和单向受压微元体平衡方程,建立桩身压屈的临界条件,提出了桩身轴向受压极限荷载的计算方法;最后,提出穿越溶洞型基桩竖向极限承载力的计算流程,并采用该方法计算某实际穿越溶洞型基桩的竖向承载力。     

基于统一强度理论的螺纹桩承载力计算方法

基于统一强度理论及太沙基极限平衡原理推导了螺纹桩极限承载力,提出了螺纹桩螺牙单独承载破坏与圆柱形剪切破坏两种模式下临界螺距的确定方法和极限承载力计算方法,讨论了统一强度理论参数b与螺纹桩关键参数对极限承载力的影响.结果表明：螺纹桩的极限承载力是同外径圆桩的1.5～2倍,螺牙提供的极限承载力主要由土体黏聚力、内摩擦角及埋深决定.当b从0增加到1时,螺纹桩极限承载力理论计算值增幅约48%,考虑中主应力对土体强度的影响会使得螺纹桩承载力理论计算结果更加准确.螺纹桩的参数中,螺牙高度b_h对其极限承载力影响最大,而螺牙厚度t对承载力基本无影响.设计螺纹桩时可适当增加螺牙高度,以提高螺纹桩极限承载力.     

基桩嵌岩段抗拔承载特性现场试验研究

通过现场试验研究了砂岩层中基桩的抗拔承载特性,分析了基桩嵌岩段的破坏机理,提出了嵌岩桩极限抗拔承载力的预测公式,将计算结果与试验值和规范计算值进行了比较。研究结果表明:嵌岩桩的上拔荷载-桩顶位移曲线均为陡变型,增加桩长可以有效地增加承载力,但对桩顶位移的影响有限。试验得到桩岩相对位移为20～25 mm,中风化砂岩层侧阻力达到极限,极限抗拔侧阻力为925.4～961.3 kPa。当桩身强度高于桩周岩体时,基桩的抗拔承载力由桩周岩体的抗剪切强度提供,桩的极限侧阻力可以等效为桩周岩体的抗剪切强度。现行规范的计算值偏于保守,与本文试验值的比值为0.18～0.39。     

扩底桩承载特性离散元对比分析

文章利用室内半模试验和颗粒流理论对比分析多层土地基扩底单桩与群桩的抗压、抗拔承载特性及变形特征,并对比分析了扩底桩的荷载-位移曲线。结果表明,群桩的抗压、抗拔承载能力均大于单桩。抗压群桩桩间距从1.125D(D为扩大头直径)增加到2.250D时,荷载增长率为4.39%;超过2.250D后荷载增长率趋缓,在1/2极限荷载作用下,群桩桩顶位移比单桩大0.37 mm,而承载力比单桩增加了46.59%;极限荷载作用下,桩顶位移基本一致,群桩的极限承载力比单桩极限承载力大266 N。抗拔群桩间距分别为1.125D、1.250D、1.750D、2.250D时,与相同持力层厚度单桩相比,其抗拔极限承载力分别增加40.94%、59.38%、87.11%、88.57%。抗压单桩和群桩桩身轴力沿着桩身深度的增加方向均呈现凸曲线减小趋势。桩身深度相同的情况下,从细观角度分析揭示了群桩综合承载能力大于单桩。     

一种新的夯扩灌注桩单桩竖向极限承载力公式

针对设计与施工中遇到的单桩承载力问题,采用计算与统计分析方法,对近10年来所完成的数百项工程,将其打桩原始记录、地质勘察报告与单桩竖向静载试验得出的承载力相对比而得出了一种小误差的夯扩灌注桩单桩竖向极限承载力计算公式,与单桩竖向静载试验吻合很好,对夯扩灌注桩设计与施工具有重要参考意义。介绍了夯扩灌注桩单桩极限承载力的研究方法、研究成果及应用效果检验。     

砂土中抗拔群桩承载力的分析与计算

为了通过模型的方法预测砂土中抗拔群桩承载力,对抗拔单桩承载公式中的参数C进行了改进,并对此参数提出了一个预测公式。当抗拔单桩承载力未知时,不能逆分析C值,可以用预测公式计算C值。基于此推导了m×n型等距抗拔群桩承载力计算公式。结合2组模型试验的数据,验证了不同桩距、长径比和桩型下抗拔群桩承载力计算公式的合理性以及群桩效率和桩距的关系,并与其他3种计算方法的结果作比较。结果表明,4种方法都能很好地预测抗拔群桩承载力,但在预测长径比较小的群桩时,改进方法的预测结果更加接近试验值;在其他参数不变的情况下,群桩的效率随着桩距的增大而增大。     

液压挤扩支盘桩的应用研究

通过具体工程实例 ,介绍了泥浆护壁钻孔挤扩支盘桩的特点、结构、单桩竖向极限承载力标准值的计算及施工工艺 ,说明此桩型承载力高、经济效益显著。     

第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究

基于印尼某工程15根预应力混凝土管桩(PC管桩)的单桩竖向抗压、抗拔及水平静载荷试验,分析PC管桩分别在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特征,揭示不同荷载水平下PC管桩的承载力发挥机制。基于单桩竖向抗压极限承载力预测模型,对比分析指数曲线模型、双曲线模型及调整双曲线模型的可行性,并对PC管桩单桩竖向抗压极限承载力进行预测;结合水平静载试验,探讨地基土水平抗力系数的比例系数m的取值问题。研究结果表明：PC管桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩端持力层的支承力,同时也受桩径、桩长的影响较大;PC管桩的竖向抗拔承载力主要取决于桩侧摩阻力,桩径越大、桩长越长,单桩竖向抗拔承载力越高;PC管桩水平承载力主要取决于桩侧土体的力学性质。就本试验而言,指数曲线模型对单桩极限承载力的预测最精确;m在桩顶水平位移超过10 mm时变化平稳并逐渐收敛为常数,通过试验结果反推的m接近甚至超过JGJ 106—2014中推荐m的上限值。     

非线性破坏准则下法向受力条形浅锚抗拔力上限计算方法

在上限定理、相关联流动法则基础上,根据非线性破坏准则对法向受力条形浅锚极限抗拔力上限进行计算,其方法是:通过"切线法"引进变量,把锚板上填土的非线性抗剪强度指标ct和φt作为变量参数,对锚板上部填土建立含有变量的速度场,根据外力功率与内部耗能相等原理获得极限抗拔力的目标函数与约束条件;基于MATLAB软件平台,利用"序列二次规划算法"对该问题进行优化求解.计算结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,计算结果与实际结果相符;非线性参数对锚板的极限抗拔力有重要影响,对非线性岩土体进行线性简化不利于正确评价抗拔基础的承载性能,恰当引入岩土体破坏准则的非线性更加符合工程实际;提高岩土抗剪强度,加大锚板埋深,提高锚板板面粗糙度和锚板倾斜埋置均有利于提高法向受力浅埋条锚基础抗拔承载力.