桩周土开挖状态下桩基础荷载传递规律研究

桩周土的开挖和桩身的暴露会导致桩承载力和稳定性的降低,严重时会影响建筑物安全;揭示桩周土开挖时桩基础荷载传递规律,可以为既有建筑地下空间的开发和利用提供重要的理论和技术支持。文章采用ANSYS有限元程序对一座框架结构建筑物桩周土开挖过程中的桩身轴力、侧阻力和端阻力的分布和变化规律以及桩基础的沉降变化规律进行数值分析。结果表明:随着托换桩桩周土开挖深度的增大,建筑物荷载通过侧阻传入土体比例减小,端阻和侧阻力作用充分发挥,最终桩基承载力达到极限状态,桩基沉降量会增大;增大桩长、桩径、桩数量和桩土间摩擦系数等措施可以增加桩身承载力,也可减小桩基沉降,而且增大桩身长度对提高桩基承载力效果最好,增大桩径和桩数量对减小桩基沉降效果明显。     

桩周土开挖条件下桩基础屈曲稳定性分析

利用桩基础支撑既有建筑,下方开挖土方施工地下室是一种既有建筑地下增层的有效方法。随着桩周土的开挖,桩基础的稳定性会降低。文章利用ANSYS程序建立桩的二维有限元模型,桩周土用弹簧单元模拟,其线刚度用m法取值,通过特征值分析和非线性加载可分别获得桩基承载力的上限、桩基承载力的极限荷载和失稳时的变形曲线。结果表明:桩顶为自由端的桩基础,随着桩周土开挖深度的增加,其稳定性系数明显降低;相同开挖条件下,桩周土的m值和桩基截面边长越小,其桩基的稳定性系数越小;桩顶或桩身设置水平约束构件后,有效减小了计算长度,其稳定性系数比桩顶为自由端的桩基础提高了1.2~2.9倍,且开挖深度越深、桩周土m值越小,其效果提高的越明显。     

桩周土开挖条件下钢管桩屈曲稳定性试验研究

既有建筑物增设地下空间时,需要运用桩基础支撑上部建筑物,才可开挖建筑物下面的土方。随着桩周土减少,桩的屈曲稳定性会相应减少。文章在模型箱内利用杠杆加载的方式对不同开挖深度条件下的钢管桩的屈曲承载力进行了研究和测试,分析了其相应的稳定系数。结果表明:当桩顶加载达到极限荷载时,桩身会出现突然的屈曲破坏;开挖比较小时,屈曲位置出现在桩土交界面附近,随着开挖比的增加,屈曲位置明显上移;随着桩周土开挖深度增加,桩的稳定系数随之减小,当钢管桩下端处于嵌固状态时,其稳定系数比处于非嵌固状态时明显要大;钢管桩中部增设了水平拉接杆件后,其稳定性明显提高;桩周土的开挖比0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较大;当其值0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较小。     

地下增层开挖托换桩的屈曲稳定临界荷载分析

为了研究既有建筑物地下室增层开挖对托换桩基础屈曲稳定的影响,提出托换桩桩身屈曲失稳临界荷载及稳定计算长度的理论计算方法.以甘水巷3号组团地下室建设工程为背景,结合Winkler弹性地基梁理论建立托换桩的桩-土体系总势能方程,利用最小势能原理,导得托换桩屈曲失稳临界荷载及稳定计算长度表达式,并分析托换桩屈曲临界荷载影响因素.结果表明:随着半波数的增加,托换桩的临界荷载逐渐收敛;桩侧摩阻力及桩身自重对托换桩的临界荷载影响不明显;托换桩的临界荷载随开挖深度的增大而急剧减小,随桩身直径的增加而逐渐增大;当开挖深度大于4m时,土体水平反力比例系数对托换桩临界荷载的影响可忽略不计.     

湛江组结构性黏土中群桩竖向承载性状试验研究

利用现场模型试验,研究了湛江组结构性黏土中群桩的承载性状和荷载传递机理;对比分析了单桩和群桩在竖向荷载作用下的荷载-沉降曲线、桩身轴力传递特性、桩端阻力特性和侧摩阻力特性。结果表明:单桩和群桩的Q-s曲线均表现为陡降型,有着明显的极限状态,均表现为摩擦型桩;群桩中各基桩端阻力发挥的比例大于相应单桩,且随桩间距增大而减小;单桩和群桩在一定桩长范围内,桩侧摩阻力随深度增加而增大;群桩极限桩侧摩阻力随桩间距增大而增大,且比单桩的要小,减小的比例在10.3%~21.8%之间。     

黏性土中静压沉桩贯入力学机制室内试验研究

针对均质黏性土地层,通过室内模型试验对静压沉桩贯入力学机制进行研究,讨论了桩端形式对于其贯入力学机制的影响特征。同时,将双壁开口模型管桩用于分离沉桩阻力中“土塞阻力”,获得了开口管桩贯入过程中内管桩身轴力、桩内侧摩阻力的变化规律。结果表明,不同桩端形式不仅关系到桩端阻力的发挥,而且对桩侧摩阻力亦产生显著影响;随深度的增加,闭口桩桩身轴力不断减小,开口桩距离桩底远的桩身轴力递减的速率逐渐增大,接近桩顶处轴力基本为0;桩身单位侧摩阻力随深度持续增加,开口桩外管桩身单位侧摩阻力发挥程度小于闭口桩;在同一深度处,随着贯入深度的增加,桩身单位侧摩阻力不断减小,即“侧阻退化”现象,且随着贯入深度的增加,该位置处桩身单位侧摩阻力减小的越大,与已有关于静压沉桩贯入力学特性研究结论相符。     

灌注桩桩端后压浆效果的室内模型试验

通过室内模型试验,对桩端后压浆灌注桩进行静载试验以及开挖观察,探讨了加固体的性状以及压浆参数对单桩承载力特性的影响,分析了灌注桩荷载传递特点和桩端阻、侧阻随荷载增加的变化趋势。经试验发现：压浆量、压浆压力以及岩土的可灌性是影响加固体性状的主要因素;浆液上返与桩周土作用形成的复合桩身形式对桩侧摩阻力影响较大,桩侧扩径效果明显处其侧摩阻力提高幅度大;桩端后压浆改变灌注桩承载力特性,常规桩表现出摩擦型端承桩性质,桩端压浆后表现出端承桩特性。     

饱和黏土地基中能源桩热-力学特性试验研究

建立室内模型试验,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩身附加热应力及侧摩阻力的变化.结果表明,升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,将换热液体从5℃加热至70℃并维持24 h,随后降温至5℃并维持5 h,如此循环3次,导致桩顶产生不可逆的累积沉降;距桩身越近桩周土产生的沉降越大,沉降速率随循环次数的增加呈减小趋势,3次循环后,距桩侧130 mm处土体表面沉降达到桩直径的1.42%;温度荷载所引起的桩身附加应力和侧摩阻力均随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大,工作荷载作用下桩身附加热应力最大值达到695.40 kPa,最大热应力所在位置随桩顶荷载的增加而逐渐上移;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反;工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移.     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性，设计了不同桩径的模型桩，基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术，开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明：试桩的压桩力基本呈线性增加趋势，桩径越大，压桩力越大；桩径不同会影响单桩的荷载传递性能，由于桩径越大挤土效应越明显，沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩；桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大，桩径越大，对土体的侧向挤压力越大，桩身单位侧摩阻力越大；同一深度，两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现“侧阻退化”现象，“侧阻退化”现象随着贯入深度的增加越明显，且桩径越大，桩身单位侧摩阻力退化越显著；均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力，沉桩结束时，试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%，不同的桩身直径既影响桩端阻力，又影响桩侧阻力。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。     

人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析

以青岛市某大型工程为依托,对在泥质粉砂岩地基中的5根人工挖孔嵌岩灌注桩分别进行竖向静载荷试验与桩身内力测试。根据大直径嵌岩桩实测数据探讨大直径人工挖孔嵌岩灌注桩的荷载传递机理与竖向承载特性。试验结果表明：试桩荷载沉降（Q-s）曲线为缓变形,桩顶沉降量均小于11 mm,卸载回弹率大,幅度为51%~75%,承载力较高,5根试桩均满足设计要求;在最大荷载下,5根嵌岩桩桩端阻力所占桩顶荷载比值均在10%~20%之间,随桩长、嵌岩深度（中风化）增大而减小,表现出端承摩擦桩的特性;桩身荷载自上而下逐步发挥,上覆土层先达到侧摩阻力极限值,在嵌岩段中部侧摩阻力达到峰值;桩入岩越深,安全储备量越大,在泥质粉砂岩中风化段,实测侧摩阻力约为规范推荐值的2.5倍,说明5根桩有较大的承载潜力;随着荷载的增大,嵌岩段分担的总阻力由39%上升至45%,嵌岩段侧摩阻力占主要比重,但桩端阻力分担荷载的比例上升速率较快;根据行业标准与静载试验数据,重新认识该地层人工挖孔嵌岩灌注桩的竖向承载特性,充分发挥其承载潜力,对工程桩桩身尺寸进行优化,达到节约材料和提高施工功效的目的,具有较好的经济效益。     

既有建筑地下开挖工程中在役桩竖向承载特性分析

如何评价土体开挖条件下在役桩的竖向承载能力,是桩支承的既有建筑地下开挖工程中亟待解决的关键问题,围绕上述问题,明确土体开挖条件下土体应力状态改变、回弹等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,建立考虑土体开挖效应影响的桩侧荷载传递双曲线模型和桩端荷载传递双折线模型,考虑开挖卸荷效应引起的土体超固结状态提出土体开挖条件下桩侧极限摩阻力的计算方法,基于有限差分法和荷载传递法形成既有建筑地下开挖条件下在役桩基竖向承载特性的计算方法。通过与现有试验结果比对分析,验证计算方法的合理性。结果表明,对地下增层开挖条件下单桩进行分析时,应考虑开挖引起的土体回弹、桩周土超固结状态等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,当计算的归一化土体回弹量较小时(<1),沉降分析中可不考虑回弹效应。     

开挖卸荷桩土界面荷载传递模型的修正与验证

为了准确预测深开挖条件下桩基的承载变形性状,在桩土界面荷载传递计算模型中考虑了卸荷效应．基于快速拉格朗日法(FLAC3D),将线弹性-完全塑性的桩土界面荷载传递模型修正为双曲线计算模型,修正后的模型可以考虑开挖卸荷后桩周土体法向应力减小对桩土界面剪切刚度的影响,也可以考虑开挖深度、面积和桩长对桩端阻力的影响．利用修正模型对开挖条件下砂土地基中的单桩进行了足尺数值试验,分析计算了开挖后桩基的承载性能,并将修正后模型的计算值与软件内嵌的线弹性-完全塑性模型的计算值及试验值进行对比分析．结果表明:修正后计算模型和传统计算模型都能够较准确地预测开挖条件下桩基总极限承载力,但是,修正计算模型考虑了支护结构外围土体对桩端承载力的贡献,能更准确地预测桩身下部侧摩阻力与桩端阻力．因此,修正计算模型更适合开挖条件下的桩基承载力计算．     

软土地基中组合桩承载性状试验研究

为掌握组合桩(钢筋混凝土桩插入水泥土搅拌桩复合而成的桩)的荷载传递机理、破坏模式和竖向承载力特性,通过对3根14 m长桩的载荷试验和桩身应变的测量,分析了桩身轴力的分布和桩周的侧摩阻力分布及影响组合桩承载力因素.试验得到了组合桩的Q-S曲线、S-logt曲线、桩的极限承载力;试验表明混凝土桩的插入改变竖向荷载的传递规律,形成了从混凝土桩到水泥土再到土的传递模式,更有效地发挥了桩周的侧摩阻力;水泥土的固化效应、混凝土桩的挤土效应和混凝土桩的荷载传递是组合桩高承载力的主要来源.组合桩具有较高的单桩竖向承载力且造价低,在软土地基工程中具有广泛的应用价值.     

深层开挖条件下自平衡试桩法上段桩承载力损失简化计算方法

针对在深层开挖条件下进行自平衡法试桩时,通过采取有效措施消除开挖段的侧摩阻力影响后,由于深层覆土开挖卸荷导致工程桩桩周土体围压减小,从而导致荷载箱上段桩抗拔承载力降低这一问题,通过借鉴目前在抗拔桩方面已有的相关分析方法、负摩阻力、基底附加应力以及相关土力学基础理论,提出了基于Mindlin解的简化分析方法以及负摩阻力-附加应力法两种简化分析方法,并以北京某地铁车站中间柱下桩为例,分别估算深层开挖土体卸荷引起的上段桩承载力的损失值。两种方法所得出的估算值存在较大差异,对其原因进行了初步分析。两种简化分析方法的合理性及准确性还有待于进一步完善和实践验证。     

考虑土抗力的掏挖基础数值模拟及回归分析

随着送电线路工程大量采用掏挖基础及人工挖孔桩基础,原状土基础研究也越来越深入.《架空送电线路基础设计技术规定》对同样深度的掏挖基础和挖孔桩基础设计原则规定有很大的不同.因此,需要通过对掏挖基础与周围土体的耦合数值计算,探讨原状土基础的受力机理及土体抗力分布,从而更直观地反映掏挖基础与土体的相互作用.利用ANSYS平台建立参数化数值模型,得到相同地质条件不同柱长基础在考虑土抗力时的结果.对该类结果进行数学统计分析,并对不同的受力机制进行比较,总结得出露头、柱长和土抗力的关系,获得较为准确的基础受力分析数据,为规范的制定和实际工程设计提供依据.     

Vertical bearing capacity of pile based on load transfer model

The load transfer analytical method is applied to study the bearing mechanism of piles with vertical load in this paper. According to the different hardening rules of soil or rock around the pile shaft, such as work-softening, ideal elasto-plastic and work-hardening, a universal tri-linear load transfer model is suggested for the development of side and tip resistance by various types of soil （rock） with the consideration of sediment at the bottom of the pile. Based on the model, a formula is derived for the relationship between the settlement and load on the pile top to determine the vertical bearing capacity, taking into account such factors as the characteristics of the stratum, the side resistance along the shaft, and tip resistance under the pile tip. A close agreement of the calculated results with the measured data from a field test pile lends confidence to the future application of the present approach in engineering practice.     

硫酸盐渍土中灌注桩竖向承载力演变规律

盐渍土中硫酸盐含量极高,对灌注桩具有极强的腐蚀作用从而影响其承载特性,为明确和分析混凝土灌注桩在硫酸盐盐渍土腐蚀下竖向承载力的演变规律,以及桩径、桩长对灌注桩腐蚀后承载力变化规律的影响,根据硫酸盐环境下混凝土劣化的腐蚀反应和机理,建立了硫酸盐渍土腐蚀环境下单桩承载力的评价模型;结合案例对硫酸盐渍土地区混凝土灌注桩的侧阻力、端阻力及桩体强度进行研究,分析和对比了桩长及桩径对硫酸盐腐蚀下灌注桩的承载特性演变规律的影响.结果表明:硫酸盐渍土腐蚀作用下灌注桩的侧阻力、端阻力及桩体强度均发生变化;桩侧阻力受到腐蚀产物积累、膨胀引起的桩周混凝土劣化和桩侧应力重分布的影响,同时也依赖于桩长及桩径变化;端阻力则由于单桩竖向有效面积的减小而降低;硫酸盐腐蚀作用下桩体强度降低幅度较大.由此可知,相同腐蚀条件下,增加桩径可有效提高抵抗硫酸盐腐蚀引起的承载力损失;实际设计中应考虑增加桩径的方法抵抗硫酸盐腐蚀引起的承载力损失.     

某工程人工挖孔桩竖向静载试验研究与设计

根据某工程2根人工挖孔桩静载试验的结果,预测了桩的极限承载力,并根据侧阻力随荷栽和位移增加的变化情况,证明了护壁的存在对侧阻力后期的发挥会产生不利影响,同时也说明目前设计时不计桩侧摩阻力有一定的合理性。对桩端及桩侧承载力所占的比例进行了分析,分析结果表明,如果孔桩进入强度较好的风化岩以上岩土层时,不设护壁时的桩侧阻力相当可观,设计时应当考虑其桩侧阻力的贡献：如果设计扩大头将破坏其侧阻力的发挥,甚至会因桩端土层的软化而导致工程事故发生．造成工期延误和不必要的经济损失。基此,文章最后提出了挖孔桩优化设计和施工工艺创新的思路。     

竖向加载方式对桩侧向应力及侧阻性能的影响

为了研究竖向加载方式对桩侧阻性能的影响,采用数值模拟分析方法,分析了在桩顶下压、桩顶上拔和桩底上顶3种加载方式下由竖向荷载引起的附加的桩侧向应力.结果显示:在桩顶下压加载方式下附加的桩侧向应力为压应力,在桩顶上拔和桩底上顶两种加载方式下附加的桩侧向应力为拉应力;产生附加的桩侧向应力的主要部分位于桩顶下15～20m范围内及各土层分界面上下2.5m范围内;附加的桩侧向应力的最大值可达土自重产生的侧向应力的±80%以上,但沿桩长变化的梯度很大;桩周土类型、桩长和桩径对附加的桩侧向应力的数值及沿桩长的分布有不可忽略的影响.根据桩侧向应力与桩侧阻力之间的定性关系,讨论了竖向加载方式对桩侧阻力的影响.指出:通常不考虑土层的部位、不考虑桩长和桩径将桩顶下压加载方式下的桩侧阻力乘以一个折减系数作为桩顶上拔或桩底上顶加载方式下的桩侧阻力的做法是不适宜的.