高速铁路超长桥桩承载特性试验研究

超长桩广泛已应用于土木工程各个领域,但黄土地区超长桩的承载性状和变形特性尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对郑西铁路客运专线某特大桥的4根超长桩现场测试项目的资料分析,得出了超长桩桩身轴力及侧阻力的变化规律,对超长桩的承载特性有了更为清晰的了解。试验结果表明,在桩顶竖向荷载作用下,桩身轴力随荷载的增加发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,黏性土层的桩侧摩阻力具有退化效应;单桩竖向刚度随桩顶荷载的增加而减小,单桩竖向刚度降低40 %～70 %。     

桩端压浆对超长大直径桩侧阻力的影响研究

桩端压浆可大幅提高超长大直径桩侧阻力,且桩侧阻力的提高成为桩承载力提高的主要原因。桩土间存在一个软弱层（泥皮层）,浆液在压力作用下总是沿着软弱面向上运动,并对桩侧土产生挤压,在使桩径扩大的同时,亦对桩周土体进行加固,从而使桩侧摩阻力提高。根据超长大直径桩工程实例的静载荷试验、标贯试验及CT检测结果证明,压浆后在桩端以上一定范围内桩周土强度提高,桩侧阻力提高12.39 %～52.87 %,侧阻力增量占总增量比例达56 %～88 %。     

软土地区扩孔灌浆预制管桩承载力研究

对软土地区的管桩竖向承载力试验成果进行了统计分析,研究表明：逾70%的管桩实际采用的竖向承载力不足管桩桩身强度的50%,未能充分发挥管桩桩身材料具有较高强度的优势。开发了适用于软土地区的扩孔灌浆管桩专利技术,通过在桩端设置尺寸大于桩身外径的端板,实现沉桩的同时在桩周形成大于桩身外径的空间,并利用管桩余浆等胶凝材料在此空间进行注浆形成扩孔灌浆管桩。对13根试验桩进行竖向抗压、抗拔和抗水平力足尺试验,表明该工艺可显著提高管桩桩端和桩侧土的阻力,以提高管桩的竖向承载力和抗侧移刚度,并在某重点工程中进行了应用,取得较好的社会经济效益     

桩底沉渣对嵌岩钻孔灌注桩承载性状影响研究

结合某嵌岩灌注桩工程,采用弹塑性有限元方法模拟桩底有沉渣条件下,桩底沉渣对桩的承载性状影响,分析有桩底沉渣情况下荷载-沉降曲线、桩身轴力和侧摩阻力、桩端阻力和总侧阻力的变化情况,有限元模拟荷载-沉降曲线与实测曲线相符,由于桩底沉渣的存在,大大降低了桩端阻力,从而降低桩的极限承载力,增大了桩顶沉降。     

考虑桩身压缩的综合系数法计算超长桩基础沉降

实测表明,超长桩基础的桩身压缩量占总沉降量很大比例,因此,等代墩基法刚性体的假定不符合实际,需要一种考虑桩身压缩量的方法来计算超长桩基础沉降。通过对现有超长桩实测数据的分析,得到了嵌岩桩桩身压缩系数拟合方程,同时得出了非嵌岩桩桩身压缩系数约为0.5;推出桩侧沉降比和桩端沉降比,并编制了Matlab计算程序。最后通过工程实例计算考虑桩身压缩的超长桩基础沉降,计算结果与实测结果相吻合。     

天津厚地层超长钻孔灌注桩单桩承载特性研究

天津市某主塔楼桩基选用后压浆超长钻孔灌注桩,为了掌握超长后压浆钻孔灌注桩在该地层的工程特性,共设计了2组（共8根）试桩进行单桩竖向抗压静载试验。试桩中安装了振弦式钢筋计和分层沉降管以反映桩侧摩阻力和桩身分层沉降状态。对试验数据进行对比分析和计算结果表明,桩侧注浆可以明显提高超长桩的侧摩阻力;采用预压加载可以增强超长桩的弹性,减少桩顶的沉降;卸荷稳定后试桩具有桩侧阻力,桩身上段所受阻力为负摩阻力,下段为正摩阻力,同时具有的桩身轴力使试桩产生一定的压缩,其压缩量为残余变形量的重要组成部分     

考虑深基坑开挖效应的超长灌注桩桩身压缩综合系数的理论分析

对于深基坑坑底以下的工程桩,受开挖效应影响,桩侧摩阻力分布与常规条件下差异较大。基于超长钻孔灌注桩的足尺试验和数值分析结果,研究了常规和基坑开挖条件下试桩不同侧摩阻力分布导致的沉降特性差异。研究结果表明,超长钻孔灌注桩在工作荷载下一般端阻比较小,桩侧摩阻力的分布形式直接决定了桩身压缩综合系数。无深基坑开挖影响时,规范推荐的桩身压缩综合系数计算超长桩桩身压缩量是可行的。但在深基坑开挖条件下,钻孔灌注桩桩身压缩综合系数取值可比现行规范基于不考虑基坑开挖效应的推荐值大20%,不考虑深基坑开挖影响可能导致桩顶沉降被低估。此外,在深开挖条件下,超长钻孔灌注桩的桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d的增大而减小;而常规条件下,桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d变化的规律不明显。     

钻孔扩底灌注桩承载性状分析

为研究钻孔扩底灌注桩承载性状,对2根不同扩大头形状的钻孔扩底灌注桩和1根等直径钻孔灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验,并对其中的扩底桩同步进行桩身应力测试。测试及数据分析结果表明:沉渣及土层软化对扩底桩承载力影响较为敏感,除了直接影响桩端阻力发挥外,还会产生桩侧摩阻力弱化效应;扩大头形状影响孔底清渣效果,桩底高压注浆可消除或部分消除沉渣影响;不同试验桩的同一土层桩侧摩阻力发挥值为非定值;受扩底桩变径影响,同一根试验桩的同一土层在变径处以上3 m范围内桩侧摩阻力较其3 m以上发挥值低15%~40%。试验研究成果可为扩底桩设计与施工提供借鉴与参考。     

软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

软土地区桩端后注浆桩承载性状对比试验研究

桩端后注浆技术是在通过预埋的压浆管对桩底压注水泥浆液,从而减少桩底沉渣和桩周泥皮的负面影响,在工程上逐渐得到广泛应用。结合宁波软土地基中某工程桩基静载荷试验,分析2根相邻后注浆和未注浆试桩的承载性状;通过对桩身预埋钢筋应力计的测试,对后注浆和未注浆桩的桩身轴力传递特性和桩侧阻力发挥特性进行比较分析研究。表明桩端后注浆不仅能提高端阻,还能提高桩端以上一定范围内土层的侧摩阻力,同时,后注浆桩的单桩极限承载力约为未注浆桩的2.5倍。根据以上研究结果表明,桩端后注浆技术能有效改善桩土界面条件,提高单桩承载力和减小桩基沉降。     

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。     

桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法

目前超长灌注桩普遍应用于大型桥梁、超高层建筑工程中,且常采用桩端后注浆技术,但其桩侧极限摩阻力的确定尚未有切合其实际特点的方法。大量现场实测数据反分析表明,采用 法计算时,存在桩侧土压力大于土层静止土压力的现象。在探讨桩侧土压力增大机制的基础上,对 法进行改进,建立了桩侧土压力确定方法,并给出了桩侧土压力系数的取值公式。工程实例计算结果与试桩实测结果比较分析表明,所建立的桩端后注浆超长灌注桩桩侧极限摩阻力计算方法具有合理性与可行性。     

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.     

高纬度低海拔岛状多年冻土桩基回冻前后承载力的试验研究

冻土与普通的土体相比具有独特的工程性质。在冻土地区进行桩基础施工后,桩和周围土体在冻土地温及大气温度的作用下逐渐回冻,回冻过程中在冰的胶结作用下桩与周围土体联结成整体共同承受外荷载作用。为了研究回冻前后桩基的承载力变化及变形性质,在大兴安岭地区浇筑了2根15 m试验桩,试验桩中布设了温度监测系统,采集了桩基回冻过程中的温度数据。根据温度监测结果在桩基回冻前后进行了自平衡静载试验,研究了回冻前后桩基承载力、各土（岩）层的侧摩阻力及桩端阻力。研究结果表明,桩基回冻后冻土地温保持在-1.9 ℃桩基的承载力是回冻前承载力的1.42倍;端阻力是回冻前的1.49倍为964 kN,占桩基承载力的12.98%;各土（岩）层的侧摩阻力均有所增长,平均增长率为40.3%。研究结果可为类似冻土条件下的桩基设计及施工提供理论依据。     

大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究

在唐山LNG罐区对9根大直径钢筋混凝土灌注桩进行了竖向荷载现场试验,其中桩端后注浆工艺试桩3根,三岔双向挤扩工艺试桩3根,挤扩支盘工艺试桩3根。基于现场静荷载和桩身应力测试结果,分析了3种不同施工工艺钻孔灌注桩竖向荷载传递规律。试验结果表明：3种不同施工工艺的大直径深长钻孔灌注桩试桩荷载-沉降曲线没有明显拐点,后注浆工艺试桩荷载传递过程表现为摩擦桩的特性,桩侧阻力几乎承担全部荷载,而三岔双向挤扩支盘工艺和挤扩支盘工艺试桩荷载传递过程表现为端承摩擦桩的特性,桩端阻力占总荷载的20%～30%;3种不同施工工艺试桩的轴力及桩-土相对位移变化规律基本相似,桩侧桩端阻力非同步发挥且相互影响,桩侧摩阻力均表现出强化现象。对整个罐区要求单桩承载力特征值不小于8 100 kN。3种施工工艺的钻孔灌注桩承载力均能满足要求。     

静压桩桩-土界面滑动摩擦机制研究

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦,但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制,进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制,并得到较好的效果,为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明,桩-土之间的干摩擦是外摩擦;沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦,从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力;沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是：泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦;载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦;桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是：桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大,从而导致桩-土之间摩擦系数提高。     

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。     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

单桩不同加载条件下有限元模拟及侧摩阻力分析

采用弹塑性有限元法,结合岩土体结构特征,应用接触单元模拟桩土之间的不连续面,分别对单桩传统静载加载方式和自平衡加载方式进行数值模拟。自平衡加载方式的数值模拟结果与实际自平衡测试结果吻合较好,说明选取的模型和参数比较合理。进而采用此模型和参数,对传统静载加载方式进行数值模拟,得出桩上部荷载传递过程中桩及桩周岩土体应力及位移,求出各单元的应力应变,确定出桩侧法向应力,结合桩土之间摩擦试验的参数,根据莫尔-库仑理论求出桩侧摩阻力。最后将有限元数值模拟和自平衡实测侧摩阻力值进行对比,验证了在选用合理的模型和物理力学参数的基础上,有限元计算的侧摩阻力值和实测值较吻合,通过有限元方法计算获得的单桩侧摩阻力值具有一定的可借鉴性和实用性。