现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

路堤下水泥土桩复合地基荷载传递规律研究

考虑到路堤荷载下水泥土桩复合地基变形特性,假设了桩间土竖向变形模式,在此基础上,根据弹性力学基本原理,推导得到了水泥土桩复合地基桩身轴力与桩侧摩阻力的解析表达式。理论分析和有限元计算表明,路堤下复合地基桩身出现中性点,中性点以上产生负摩阻力;桩侧正、负摩阻力以及桩身轴力随桩体模量增加或土体模量减小而增加,随桩顶荷载增加而增加。理论计算结果与有限元计算结果比较一致。推导的桩身轴力与桩侧摩阻力解析表达式可为工程应用参考。     

考虑桩顶刺入变形的刚性桩复合地基桩土应力比计算

对荷载作用下刚性桩复合地基的变形特性进行了分析.在此基础上探讨了桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,基于荷载传递法,引入"等沉面"概念,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,等沉面上、下桩侧负、正摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式,该公式综合考虑了桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径,桩长和土层性质等影响因素.最后应用所得公式对一个群桩复合地基试验的桩土应力比进行了计算,结果表明,当桩侧摩阻力充分发挥时,计算结果和试验结果较为接近.     

砂土中双桩负摩阻力模型试验研究

已有桩基负摩阻力研究多关注于桩周土体为粘土的情况,桩周土为砂土的模型试验相对较少。设计实施了砂土中单桩及双桩负摩阻力模型试验,试验中对桩顶与土表进行了分级加载,测定了模型桩桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降。试验结果表明:由于土表分级荷载作用下的土体沉降增加值大于桩沉降增加值,桩基中性点位置存在下移趋势。受群桩效应的影响,桩顶荷载作用下单桩沉降小于双桩沉降,土表超载作用下3倍桩间距的双桩沉降最小。从桩身轴力最大值分析,5倍桩间距的双桩可忽略群桩效应。随土表超载分级加载,单桩负摩阻力有效应力系数因侧摩阻力发挥所需桩土相对位移的影响而逐渐减少,而双桩的负摩阻力有效应力系数逐渐接近单桩时的数值。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

深厚软土地基超载预压对桥梁桩基负摩阻力的影响

软土地基上的基桩，由于桩周土的向下运动，土与桩的摩擦增加了桩的下拉荷载，这就是桩侧的负摩阻力，负摩阻力的存在增大了桩基的变形甚至导致破坏。对此，以瓯飞堤穿越深厚软土区大桥群桩基础为工程实例，采用理论计算及三维有限元数值计算手段，分析工程实施过程中附加荷载施加对既有桩基工作环境影响。结果表明:由于负摩阻力的作用，桩身轴力随着深度的增加先增大后减小；桩侧摩阻力沿深度呈非线性变化；位移中性点位于黏土层与圆砾层交界处；群桩中各基桩空间分布不同，附加荷载引起同一承台下基桩-土变形协调存在差异，对桥桩安全监测应具有针对性。     

加固软土路基的现浇X形混凝土桩力学特性

通过截面几何特性分析和足尺模型试验,从理论分析和模型试验等多角度研究了现浇X形混凝土桩的力学特性。分析了X形桩截面3个参数对其截面力学效应的影响,并与等面积和等周长的素混凝土方形桩、圆形桩作了对比。结合试验结果,并针对X形桩有别于传统桩型的过度充盈反而削减承载力的特点,提出X形桩极限承载力计算公式。理论分析结果表明:从增大侧表面积、减少桩身混凝土用量的角度分析,X形桩优于方形桩,方形桩优于圆形桩。足尺模型试验结果表明:在相同的荷载条件下,与等面积圆形桩相比,X形桩沉降量小、侧摩阻力高;实测极限状态时X形桩承载力比等面积圆形桩提高了32%。     

单桩负摩阻力特性的离散元与有限元模拟分析

桩侧负摩阻力对桩基产生下拽力,对桩基的承载力和沉降均不利,对受负摩阻力桩基进行设计时,需要正确估计桩基负摩阻力的大小及中性点的位置。开发颗粒流程序来模拟单桩负摩阻力的工作性状,验证中性点的位置并对桩侧土体细观特性进行分析。     

新近填土场地构支架桩基配筋优化

通过室内模型试验和ABAQUS建立桩土模型，用不同弹性模量的模型桩模拟不同配筋率的桩基，试验发现桩基弹性模量对桩顶沉降、桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置并无较大影响。由行业规范配筋要求与承载力计算公式，确定桩基配筋率与承载力的关系，分析在填土固结与桩顶施加水平荷载的条件下，桩基配筋长度对应力应变规律的影响，提出了关于新近填土场地构支架桩基的配筋优化建议。     

盾构穿切过程中单桩复合地基动态响应的研究

为探究盾构直接穿切复合地基对复合地基承载性状的影响规律,依托郑州地铁5号线某区间盾构穿切水泥土群桩复合地基工程,对盾构穿切单桩复合地基进行现场试验研究。分析盾构切桩全过程中地表沉降、桩顶压应力和桩间土应力的变化规律。同时,在与现场试验分析结果进行对比验证的基础上,利用数值模拟进一步对桩身轴力和桩侧摩阻力进行补充分析。主要结论如下： 1）在盾构穿切单桩复合地基全过程中,加载板沉降发展规律大体分为盾构切桩前、刀盘切桩、盾体穿越残桩、盾体脱离残桩、同步注浆层填充与凝结、残桩脱离盾尾6个阶段。2）桩土应力比随着切桩施工过程先减小后增大;桩身轴力随着整个切桩过程发生变化,最终阶段轴力值相比切桩前有所增大。3）由于残桩桩长变短,桩身应力重分配比使得桩身出现2个中性点,中性点以上为正摩阻力,桩体受压;中性点以下为负摩阻力,桩体受拉。4）与最终的累计量相比,各阶段加载板沉降增幅比分别为20%（盾构切桩前）、60%（盾构切桩—注浆层凝结）、20%（盾构远离残桩复合地基）;桩土应力比增幅分别为-8%、-16%、-53%、3%、25%、66%。     

柔性基础下刚性桩复合地基的工作性状

采用数值方法,考虑复合地基、垫层和基础之间的共同作用,对柔性基础下刚性桩复合地基桩侧摩阻力、桩身轴向应力、桩端刺入变形等工作性状进行了研究;讨论了基础弹性模量、基础高度、基础宽度、桩体弹性模量、置换率、土体弹性模量等因素对复合地基工作性状的影响;最后通过归一化分析提出了可反映基础相对刚度的量纲一的参数K,并讨论了不同基础相对刚度下桩端上刺变形的变化趋势。结果表明:基础弹性模量并不是区分柔性基础与刚性基础的惟一指标,采用"基础相对刚度"的概念比仅考虑基础自身刚度的概念更具有合理性。     

负摩擦桩中性点的确定方法研究

负摩擦桩中性点就是作用在桩上的正摩擦力和负摩擦力的分界点,即桩土相对位移为零的分界点,是桩中轴力、应力和应变最大的截面位置,也是确定桩基负摩擦力大小的重要参数。文中介绍了几种特别是有限单元法确定负摩擦桩中性点位置的方法。     

柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算

针对刚性桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,通过拟合桩土单元体竖向相对位移分布函数,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形以及中性点和桩土界面变形协调,对桩土相对位移变形形式、桩侧摩阻力变化规律、桩端土反力模型作一定的简化,建立出刚性桩桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算方法。最后,采用该沉降计算方法对模型试验及工程实例进行分析。结果表明,柔性基础下与刚性基础下刚性桩复合地基变形模式与桩土应力比有很大的差异,沉降计算值及桩土应力比与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,能够对刚性桩复合地基沉降量计算提供参考。     

带帽管桩联合袋装砂井复合地基力学特性研究

基于有限元方法建立带帽管桩联合袋装砂井复合地基模型,对比分析了桩土应力比、刺入量、桩身轴力、桩侧摩阻力的变化规律。研究结果表明:桩土应力比随桩间距增加先减小后增大,桩土应力比与桩帽直径、垫层模量、垫层厚度呈正相关,其增加速度会随垫层模量大于120 MPa或垫层厚度大于30 cm后变缓;刺入量、桩侧摩阻力均与桩顶荷载呈正相关,袋装砂井在荷载小于100 kPa时能有效增加桩侧摩阻力;桩身轴力会随桩间距、垫层模量、桩帽直径增加先增大后减小,轴力在19 m左右会趋近相等;使用桩帽能增加桩土应力比、下刺入量和桩侧摩阻力。