竖向荷载作用下斜桩荷载传递性状试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。     

基于双曲线模型的T型刚性桩荷载传递特性研究

假定桩土荷载传递函数为双曲线模型,分析T型刚性桩荷载传递机制,建立桩及桩帽下土体的竖向位移、竖向应力、侧摩阻力与深度之间的控制微分方程。采用微分方程近似解法,推导出相应的解析表达式。利用桩顶沉降作为已知条件进行求解,所得结果能够出反映T型桩荷载传递性状规律,即桩身轴力随深度增加而减小;桩身侧摩阻力随深度增加呈现出先增大后减小;桩土应力比与荷载有关。文中方法的计算值更接近于试验结果,可为工程设计提供理论基础。     

挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究

Y型沉管灌注桩是在传统圆形桩基础上通过改变截面形状以增大桩土接触面积、增加侧摩阻力进而增加承载力的一种新桩型。由于桩身截面的特殊性,在振动沉管的过程中Y型沉管灌注桩截面不同处对土有不同程度的挤压作用,其侧摩阻力分布性状比圆形桩复杂,若将Y型桩侧摩阻力看作沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布与实际不符,工程经验亦表明其不适。通过孔扩张理论与Y型截面的解析方程相结合,推导Y型桩侧摩阻力沿桩周及桩身的不均匀分布模型,同一截面最大侧摩阻力为最小侧摩阻力的1.24~1.75倍,同时分析外包圆半径R、模板弧度θ、桩长L对侧摩阻力的影响。将侧摩阻力沿Y型截面周边的9个区间积分,然后沿桩长积分,得到Y型桩总侧摩阻力,结合端阻力模型计算了Y型桩单桩极限承载力,与静载试验数据吻合。     

单桩桩土相互作用及荷载传递机理探讨

研究了单桩桩土相互作用及荷载传递机理过程,指出了荷载传递函数中的为桩身位移,不是桩土相对位移和桩身压缩量,从而消除了由于不同的理解带来的混乱.基于单桩相互作用机理的改进模型,推导了预测单桩桩侧摩阻力以及桩身轴向力分布的公式,并将他们应用于一工程试桩,预测的单桩荷载沉降曲线与实测结果很好地吻合.     

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。     

基于试桩试验的桩侧注浆抗拔桩承载变形特性的荷载传递法

依托上海虹桥综合交通枢纽工程开展了4组桩侧注浆抗拔桩的现场试桩试验,得到了各试桩各土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线（?-w曲线）。首先,对前述现场试桩试验得到的?-w曲线以及文献[1]中通过桩土接触面大型直剪试验得到的?-w曲线进行归一化处理,归一化参数为各土层极限侧摩阻力?ult及其相应的临界桩土相对位移wult;然后采用双曲线函数拟合归一化后的各土层?/?ult-w/wult曲线,得到一个统一的?/?ult-w/wult函数关系式;最后,将该双曲线函数应用到荷载传递法中,用于分析预测桩侧注浆抗拔桩的承载变形特性,可求得桩侧注浆抗拔桩桩身各处的荷载-位移曲线、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。通过工程案例的验证表明,其计算结果与工程案例实测值较接近,在上海地区具有一定的适用性。     

钻孔变截面灌注桩的荷载传递特性

以某一工程钻孔变截面灌注试桩为例,采用三维有限元分析方法,研究了相同土质条件下,变截面桩和等截面桩在竖向桩顶加载方式下荷载传递机理的异同;并通过引入相对摩阻力R_τ,进一步分析了桩型对桩侧摩阻力发挥程度的影响。结果显示:相对摩阻力R_τ等于1.0,表明桩侧摩阻力充分发挥;相对摩阻力R_τ大于1.0,表明桩侧摩阻力表现为强化现象;相对摩阻力R_τ小于1.0,则桩侧摩阻力表现为软化现象。      

基于BOTDR的能源桩现场试验与承载特性分析

能源桩集承受荷载和热量交换于一体,受荷载-温度联合作用,其承载性状变化异常复杂。通过上海某能源桩工程现场试验,利用基于布里渊光时域反射技术（BOTDR）的分布式光纤智能感测技术监测桩身轴力和温度变化,获取荷载与温度单一因素及联合作用下桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了荷载-温度联合作用下能源桩承载性状与荷载传递特征。结果表明：能源桩承载性状与普通灌注桩有一定的差别,桩身温度升高会引起桩身变形,在土体约束作用下产生较大的桩身轴力,其大小与桩身温度变化量近似呈线性关系;荷载-温度联合作用时,桩身轴力远大于受单一因素作用时的桩身轴力,由荷载-温度联合作用引起的轴力增量可达到荷载单独作用时桩身轴力的2倍及以上,同时桩身受温度升高的影响会在较大范围产生桩侧负摩阻力,而荷载作用能够明显缓解桩侧负摩阻力的产生。     

变截面螺纹桩竖向承载特性试验研究

变截面螺纹桩是一种新型地基处理桩型。通过室内模型试验和数值模拟,研究了变截面螺纹桩的竖向承载特性,比较分析了变截面螺纹桩与普通螺纹直桩和普通圆柱形光面直桩承载特性的差异,以及螺纹结构参数和地基土体参数对变截面螺纹桩竖向承载能力的影响规律。结果表明,变截面螺纹桩的螺纹结构及圆台形桩身能大幅度提高侧摩阻力;相同地层条件下,变截面螺纹桩桩身材料利用率(极限荷载除以桩身体积)是普通等截面螺纹桩的1.3倍左右,是普通圆柱形光面直桩的3倍左右;变截面螺纹桩的结构参数中,螺纹宽度、厚度、间距及桩身截面变化率是影响单桩竖向承载力的重要因素,在工程设计中应予以充分考虑。     

基于光纤光栅传感技术的静压沉桩贯入特性及影响因素研究

针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况,基于光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感技术,考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径,研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律。通过静压沉桩模型试验,分析了桩端形式、桩径、沉桩深度等因素对沉桩阻力、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力的影响规律。研究结果表明:FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性。沉桩结束时开口和闭口试桩的桩端阻力分别约占沉桩阻力的66.7%、59.5%。沉桩过程不可忽略开口土塞效应和桩径对沉桩阻力的影响。桩身轴力的分布形式不会因桩端形式而发生改变。桩径140 mm试桩的桩身轴力传递性能优于桩径100 mm试桩,两试桩桩身轴力递减率分别为40.8%、34.2%。开口试桩内管和外管桩身单位侧摩阻力最大值分别为1.67、4.83 kPa,均小于闭口试桩。贯入深度为90 cm时桩身单位侧摩阻力最大值随着桩径增加而增大,同一深度桩径越大桩身单位侧摩阻力"侧阻退化"越明显。入土深度为30 cm时两不同桩径桩身单位侧摩阻力减幅相差0.93 kPa。确定静压贯入沉桩阻力时考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

加筋效应对群桩相互作用系数的影响

群桩相互作用系数通常是采用平面应变模型进行分析,其研究方法具有较多的近似性。基于更为严格的虚拟桩模型,应用群桩相互作用的积分方程解答,以两桩相互作用的基本模型为例,研究加筋效应对群桩相互作用的影响。与弹性理论法和Mylonakis & Gazetas解答的对比表明,加筋效应对群桩相互作用系数有着较为明显的影响,并指出Mylonakis & Gazetas基于剪切位移法所得解答中存在的一些主要问题。     

锚索双排桩与刚架双排桩的对比研究

在大型滑坡治理工程中常常采用双排抗滑桩,锚索双排桩和刚架双排桩是常见的两种型式。采用有限元程序ANSYS分别建立锚索双排桩和刚架双排桩的有限元分析模型,对比分析这两种型式双排桩的内力分布,找出能更好发挥抗滑效果的结构型式。通过对比分析可知,锚索双排桩的前后两排桩的内力分布差距十分明显,刚架双排桩的前后两排桩的内力分布差距较小,所以,刚架双排桩能够更好地发挥抗滑效果。选取锚索双排桩和刚架双排桩2个工程实例,监测分析发现锚索双排桩的前排桩侧向位移和弯矩均远小于后排桩,刚架双排桩前后两排桩的位移和弯矩比较接近,这与有限元分析结果相吻合,因此,双排抗滑桩的设计中建议采用刚架双排桩     

低应变检测基桩扩径现象

对于基桩扩径现象,从低应变反射波法检测原理入手,列出在不同位置不同程度的扩径所表现出的时域曲线,分析其易误判的主要原因,给出了正确评判扩径桩桩身完整性的方法。     

A full-scale field study for performance evaluation of axially loaded large-diameter cylinder piles with pipe piles and PSC piles

This paper presents the results from a pile load testing program for a bridge construction project in Louisiana. The testing includes two 54-in. open-ended spun cast concrete cylinder piles, one 30-in. open-ended steel pile and two (30- and 16-in.) square prestressed concrete (PSC) piles driven at two locations with very similar soil conditions. Both cone penetration tests (CPTs) and soil borings/laboratory testing were used to characterize the subsurface soil conditions. All the test piles were instrumented with vibrating wire strain gauges to measure the load distribution along the length of the test piles and measure the skin friction and end-bearing capacity, separately. Dynamic load tests were performed on all test piles at different times after pile installations to quantify the amount of setup with time. Static load tests were also performed on the PSC and open-ended steel piles. Due to expected large pile capacities, the statnamic test method was used on the two open-ended cylinder piles. The pile capacities of these piles were evaluated using various CPT methods (such as Schmertmann, De Ruiter and Beringen, LCPC, Lehane et al. methods). The result showed that all the methods can estimate the skin friction with good accuracy, but not the end-bearing capacity. The normalized cumulative blow counts during pile installation showed that the blow count was always higher for the PSC piles compared to the large-diameter open-ended cylinder pile, regardless of pile size and hammer size. Setup was observed for all the piles, which was mainly attributed to increase in skin frictions. The setup parameters “A” were back-calculated for all the test piles and the values were between 0.31 and 0.41.     

Permeable piles: An alternative to improve the performance of driven piles

This paper investigates the soil displacements and excess pore pressures induced by driven piles using a combined 3D finite and infinite element approach. The analyses are compared with analytical evaluations and field measurements. Consolidation analysis is conducted to illustrate the variation in pore pressure with time. A technique of drilling drainage holes on the pipe pile is proposed in this paper to accelerate the dissipation of pore pressure to improve the performance of displacement piles. It has been noticed that optimal performance of piles can be obtained by assigning openings in piles within the bottom 50% of the pile length.     

悬臂双排桩桩排距地计算方法研究

目前对悬臂式双排抗滑桩桩排距的研究还很少,其主要根据设计人员的经验来取值。本文首先分析悬臂式双排抗滑桩破坏的三种模式,然后对悬臂式双排抗滑桩的作用机理进行分析,提出影响桩排距的破坏模式。在土拱理论和极限平衡理论的基础上,建立力学计算模型,推导悬臂式双排抗滑桩桩排距的计算公式,提出桩排距的计算方法。     

楔形桩与圆柱形桩复合地基承载性状对比研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis & Gazetas桩-土相互作用及Winkler地基模型,导出了复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,提出了一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制了相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对楔形桩和圆柱形桩复合地基进行了模型对比试验,并利用该方法对两个模型试验进行了计算分析,试验及理论结果均表明,桩顶平面处的桩间土反力保持着类似天然地基的马鞍形分布,圆柱形桩复合地基的承载力明显低于楔形桩复合地基的承载力,同时,圆柱形桩复合地基的桩土平均应力比明显高于楔形桩复合地基的桩土平均应力比,楔形桩对缓解复合地基中桩顶应力集中,充分利用天然地基的承载能力具有良好的调节作用。     

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。     

GC与CFG桩组合桩型复合地基承载特性研究

将碎石桩与CFG桩组合桩型复合地基用于沿海软土地基的处理。通过现场实测和三维数值计算,对这种新型复合地基的桩土应力随荷载的变化过程、桩土共同作用机理及桩土荷载分担比的变化过程进行了全面分析,结果表明：组合桩型复合地基可发挥两种不同刚度加固体在复合地基中各自的特点,经济技术效益明显,应用效果良好     

Torsional piles in non-homogeneous media

The torsional response of a pile exhibits features which are a mixture of those for axial and lateral response. At low load levels, the response is dominated by interaction with the upper soil layers and by the pile rigidity itself, similar to laterally loaded piles. However, failure will generally occur by the whole pile twisting, and so the latter part of the response incorporates the integrated effect of all soil penetrated by the pile, as is the case for axial loading.

In view of the above, solutions for the torsional response of pile must endeavour to incorporate accurate modelling of the soil stiffness profile, and also pay appropriate attention to the gradual development of slip (relative twist) between pile and soil. The paper presents analytical and numerical solutions for the torsional response of piles embedded in non-homogeneous soil, where the stiffness profile follows a simple power law with depth. The solutions encompass: (1) vertical non-homogeneity of soil expressed as a power law; (2) non-linear soil response, modelled using a hyperbolic stressstrain law; (3) effect of relative slip between pile and soil for non-homogeneous stiffness and limiting shaft friction; (4) expressions for the critical pile slenderness ratio (or length) beyond which the pile head response becomes independent of the pile length.

The solutions are developed using a load transfer approach, with each soil layer acting independently from neighbouring layers, and are expressed in terms of Bessel functions of non-integer order, and as simple non-dimensionalised charts. The solutions are applied to two well-documented case histories in the latter part of the paper.