Estimation of Axial Pile Bearing Capacity According to Shear Strength Parameters of Soil

At pesent, it is very popular to estimate pile bearing capacity by use of empirical formula and physical indexes of soil provided in the design codes for civil construction in China. This paper attempts to apply mechanical indexes of soil and semi-empirical formulas, which are based on soil mechanical theories and were summarized and presented by Meyerhof in 1976, to calculate the axial pile bearing capacity. Loading test results of 24 single piles in Tianjin area have been collected and compared with the proposed calulation approach.

粗糙度对单桩竖向承载变形特性影响的试验研究

为探究桩侧粗糙度对单桩承载变形特性的影响规律,自主研发了多功能桩基静动力模型试验系统,构建了光滑、随机型及带肋规则型桩侧界面的模型单桩,通过3D形态扫描计算获得了桩侧表面粗糙度Rn,基于此开展了饱和砂土中单桩静载模型试验。试验结果表明:(1)粗糙度越大,单桩极限承载力和桩的割线刚度越大,桩顶沉降及其卸载回弹量越小,带肋桩能够有效提高桩基承载力并控制桩顶变形。(2)粗糙度越大,桩侧阻力越大,桩端附近侧阻力的强化效应越明显,桩侧阻力的分布模式随桩顶荷载增大由“单驼峰”到“锥顶柱”再至“斜坡”依次演变。(3)β值(β法中参数)随桩侧粗糙度的增大而增加,随深度增加而衰减。带肋桩的极限侧阻力及β值远大于砂纸和光滑桩,揭示了埋深和粗糙度对β值影响规律的机制。(4)桩侧粗糙度会影响砂土地基中桩端荷载传递函数类型,光滑桩、砂纸桩桩端荷载传递函数呈双曲线型,带肋桩呈直线型。上述研究结果对深刻认识桩侧粗糙度对单桩承载变形特性影响规律和机制具有重要参考价值。

桩端采空区对嵌岩桩承载力的影响

针对桩端采空区对嵌岩桩的设计(如承载性能和长期服役性能)提出的挑战,以杜家山特大桥采空区嵌岩桩为原型,进行缩尺模型试验,研究采空区到桩端不同距离以及采空区是否注浆的单桩承载力。计算比例参数,并选择合适的试验材料进行模型构建;通过多级荷载试验,获得采空区到桩端不同距离以及注浆后桩顶沉降、桩基础轴力、桩端阻力和桩侧摩阻力的变化特征;并对比分析了无采空区嵌岩桩的承载特征。结果表明,随着采空区到桩端距离的减小,桩端持力层的承载能力减小,不利于模型桩的承载力;注浆后,桩端持力层的承载能力明显增加,导致模型桩的桩顶沉降显著减少,承载能力显著提高。

海上风电大直径超长钢管桩竖向承载特性现场试验研究

钢管桩是海上风电工程最主要的基础型式,但针对海上大直径超长钢管桩竖向承载力问题的研究却相对较少。结合广东汕头海上风电工程,进行了海上大直径超长钢管桩竖向承载力特性的现场试验研究,对比了桩底沉降和桩顶沉降随上部荷载的变化特点,分析了桩身侧摩阻力和桩端阻力随上部荷载的变化规律,并依据试验结果对大直径超长钢管桩极限承载力判定方法进行了探讨。试验结果表明:大直径超长钢管桩桩身变形较大,利用桩底沉降随荷载的变化曲线更容易对现场加载量进行控制和调整,也更容易对承载力的极限状态进行判断;大直径超长钢管桩端阻力随桩顶荷载的变化曲线呈“S”形;现行规范中采用Q/Qmax-s/d曲线斜率开始转变为0.2的点所对应的荷载作为极限承载力,将过高的估计大直径超长钢管桩的竖向抗压极限承载力。

基于CPT大直径钢管桩可打入性分析方法研究

在海洋工程当中,大直径钢管桩常采用液压锤进行施工,桩基可打入性的准确预测对实际工程具有重要的意义。为探究静力触探试验(cone penetration test,CPT)锥尖阻力与单位锤击能量的关系,通过将CPT锥尖阻力转化为单位等效锥尖阻力,定义阻能比为单位等效锥尖阻力与单位锤击能量阻力之比,基于9个场地、72根钢管桩打桩记录以及CPT测试结果,探讨了不同土层(粉土层、砂土层以及黏土层)中阻能比随深度变化的关系,提出了基于CPT锥尖阻力的桩基可打入性预测方法。研究结果表明:单位等效锥尖阻力与单位锤击能量随深度变化具有相关性,阻能比在不同土层随深度变化具有各自的规律性。通过获得的不同土层阻能比随深度变化的关系式,利用CPT锥尖阻力可以直接获得打桩需要的单位锤击能量。经工程验证,使用本文提出的方法,预测打桩过程中单位锤击能量可行且具有一定精度。该方法仅需已知CPT锥尖阻力即可对单位锤击能量进行计算,可以快速地对桩基可打入性进行初步评估。

福建省滨海典型地层搅拌植桩基础竖向承载特性研究

搅拌植入管桩是在水泥土搅拌桩中植入管桩,形成共同受力的一种新型桩基础,目前被广泛应用于黏土、粉砂层中,但在滨海软土下覆强风化岩地层里尚无实践经验。为进一步探究桩端入岩对搅拌植入管桩竖向承载特性的影响,依托国道G324线福清新厝双屿至大沃段公路工程,在现场进行了3根搅拌植入管桩的竖向荷载试验,采用慢速维持荷载法开展桩端持力层为强风化凝灰岩的搅拌植入管桩承载性能研究。试验结果表明:在近海典型地层中,搅拌植入管桩的荷载-沉降曲线呈缓降型变化,并表现出摩擦端承桩的工作特性;桩身上部侧摩阻力将先于下部发挥,具有明显的异步性;同一土层不同深度处,桩侧摩阻力随桩土相对位移变化规律基本一致,但极限侧摩阻力会随深度的增大而呈小幅度增加;当搅拌植入管桩桩端进入强风化凝灰岩时,粉质黏土层处桩侧摩阻力实测值与规范推荐值基本一致,而在强风化凝灰岩地层中桩侧摩阻力则较规范推荐值提高了35%~44%;在桩端阻力计算上,桩端承载力特征值建议采用相关标准规范中混凝土预制桩极限桩端阻力标准值的一半,以弥补在搅拌植入管桩桩端入岩条件下端阻力计算无据可依的不足。

重庆地区基于基桩自平衡法的桩端阻力和桩周侧阻力测试探究

基桩竖向承载力设计过程中桩端阻力和桩周侧阻力往往是依据经验值进行计算,但经验值考虑较为保守。基桩自平衡法在工程实践中已得到广泛应用,重庆市地方标准提出可采用该方法对桩端阻力和桩周侧阻力进行测试,但并未提出具体的试验要点。本文对采用自平衡法测试桩端阻力和桩周侧阻力的可行性进行了论证,并将其应用于实际工程项目,结合现有规范、基桩理论基础及工程经验提出了试验要点及注意事项,供本行业技术人员参考与研究。

管桩贯入分层土体的阻力影响特性及预测

插板机是排水板打设的主要设备。本文利用CEL数值方法研究插板机管桩贯入分层土体时,贯入阻力随深度的变化曲线,通过皮尔逊模型讨论管桩贯入阻力的影响参数,并对贯入阻力的大小进行预测分析。研究结果表明:管桩贯入吹填土层时,贯入阻力随深度增加近似呈线性递增,且不同参数对斜率的影响存在差异;管桩贯入阻力曲线存在明显的转折点,阻力极值在土层分界附近,且参数变化对极值大小的影响不同;当管桩从吹填土层贯入淤泥土层时,贯入阻力急剧减小,后续基本保持不变。吹填土摩擦角与贯入阻力极值的相关性最大,相关系数为0.88。最后,利用分析模型对不同参数条件时的贯入阻力进行预测,模型精度达0.91。

卵石层地基上开口PHC管桩的应用分析

陕西石川河Ⅰ级阶地,地表以下约15 m深存在厚度10~13 m、工程力学性质较好的卵石层,如何有效利用该层良好的承载潜力是设计面临的问题。在某项目的地基设计中,参考已有的试验研究成果及工程经验,分析开口PHC管桩在卵石层中的端阻力承载性状,通过原位静载试验验证,在相应的沉桩条件下,中短开口管桩沉入卵石层中可形成土塞效应,当桩端沉降量达到桩径的4.9%~6.9%时,卵石层的实际极限端阻力较规范值提高1.49~1.93倍,管桩的竖向抗压承载力提高27%~46%。建筑物封顶后的沉降观测结果验证管桩方案可行,避免了素土桩作业造成的环境污染,节省了造价和工期,具有良好的社会效益和经济效益。

地铁隧道近距穿越施工对桩基承载力的影响研究

通过三维拉格朗日有限差分法数值模拟分析,从桩侧摩阻力、桩端总抗力和桩底段轴力等方面对广州地铁二号线浅埋暗挖隧道近距穿越建筑桩基础施工引起桩基承载力变化规律进行了深入分析研究。研究结果表明,隧道施工对桩基承载力的影响主要表现为对桩侧摩阻力和桩端总抗力两方面的影响,桩底位于隧道围岩不同部位的桩受隧道施工的影响迥然不同,桩的侧摩阻力与桩端总抗力因地铁隧道开挖扰动而发生复杂变化,最终表现为桩轴力的复杂变化,从而影响到桩基承载力。当桩基受扰较大时,采用地层注浆加固或桩基托换等积极措施来控制桩基承载力和桩体沉降是十分必要的。研究结果为地铁建设中类似地质条件下高层建筑桩基加固或桩基托换工程提供参考。

一种大直径扩底桩端阻力和侧阻力的确定方法

确定大直径扩底桩承载力的最直接的方法是静力载荷试验。但由于加载的困难和试验费用高等原因,静力载荷试验往往不可行。目前进行大直径扩底桩设计时通常借用建筑桩基技术规范的经验参数法,对大直径灌注桩端阻力值和侧阻力值折减确定,容易造成大直径扩底灌注桩的承载能力得不到充分发挥。结合大直径扩底桩的规范编写,对收集的完整试桩资料进行统计分析,并参考《建筑桩基技术规范》及北京、天津、浙江、福建、广东等地方给出的经验值,最终按不同扩底直径给出了端阻承载力特征值和侧阻承载力特征值的经验值表,并与各试桩的承载力实测值以及按桩基规范确定的承载力特征值进行比较,结果表明,本文建议的大直径扩底桩端阻力特征值和侧阻力特征值具有一定的可靠性和较大的适用性。

成层土中单桩受力性状简化算法

提出一种成层土中单桩非线性受力性状的简化分析方法。单桩受力性状分析时采用侧阻软化模型模拟桩侧阻力和桩身位移间的关系,桩端位移–荷载关系采用双曲线模型。在上述2种模型的基础上,利用迭代算法得到单桩沉降。利用该算法得到的结果与现场实测数据对比分析表明其在单桩受力性状计算方面是合理可行的。算例分析表明,同一荷载水平下,单桩桩顶沉降随侧阻破坏比的增大而减小,随端阻破坏比的增加而增大。采用提出侧阻软化模型分析单桩受力性状时,侧阻完全发挥时对应的桩土相对位移对单桩受力性状的影响较小。

黏性土层中后压浆桩承载性状的对比试验研究

基于无锡江海西路快速路工程开展的4个标段场地8根试桩静载试验,通过对比未压浆桩与压浆桩实测结果,研究黏性土层中桩端后压浆对桩基承载变形性状、桩端阻力及桩侧阻力发挥性状的影响。结果表明:桩端后压浆技术可显著提高桩基承载性能,并对提高桩基成桩质量的稳定性具有很好的效果;桩端压力浆液在桩端形成水泥结石体,有效地改善了桩端沉渣问题,显著增强了桩端承载变形性能与支承刚度;桩端后压浆可提高极限桩侧摩阻力发挥水平,使得压浆桩极限侧摩阻力要大于未压浆桩,从而提高桩基承载性能发挥的稳定性。

东江大桥嵌岩桩承载性能试验研究

报道了东莞东江大桥两根大直径嵌岩桩桩基承载力试验,探讨了嵌岩桩荷载传递规律,分析了桩端阻力和桩侧摩阻力随荷载的变化规律和桩底注浆对桩端附近侧阻力和端阻力的影响,得到了桩端附近侧摩阻力与相对位移的关系。结果表明,两桩桩底存在沉碴,Q–s曲线呈双折线型;桩端压浆对提高嵌岩桩的极限承载力效果显著,对减小桩基沉降有作用,不是明显;桩端附近侧摩阻力与相对位移的关系为加工软化型或抛物线型,桩底注浆对侧摩阻力与相对位移的关系有影响。

基于自平衡试桩法大直径嵌岩桩尺寸效应分析

基于自平衡测试技术,通过现场的原位测试方法,对大直径嵌岩桩的尺寸效应进行了研究,内容包括桩径尺寸和嵌岩深度变化以及桩端阻力尺寸效应的影响分析等。从测试结果来看,嵌岩桩也存在一定程度的尺寸效应现象。当其他条件一定时,随着桩径的增大,桩侧阻力存在着减小现象;在同一种岩层的情况下,随着嵌岩深度的增大,桩侧阻力发挥也并不相同,嵌岩深度越大,桩侧阻力发挥也越小。实测结果表明,桩周岩石的特性变化对桩侧阻力影响最大,岩石抗压强度越高,桩侧阻力也越大。此外,桩径的变化对桩端阻力的影响更为明显。因此,在大直径嵌岩桩的设计中应注意尺寸效应对桩基承载力的影响。

大直径超长冲孔灌注桩竖向抗压承载特性原位测试研究

以广东某石油仓储工程为依托,通过8 MN·m能级强夯处理陆域回填区和海域回填区,对陆域试夯区和海域试夯区分别进行3根超长冲孔灌注桩单桩竖向抗压大吨位载荷试验及桩身力学测试。根据超长冲孔灌注桩实测数据探讨超长灌注桩的荷载传递机理和竖向承载特性。研究结果表明：试桩荷载-沉降（Q-s）曲线为缓变型,桩顶残余沉降量均在49%以上,桩顶回弹率介于20.4%～50.6%之间;极限荷载作用下,6根试桩表现出摩擦桩或端承摩擦桩的特性,桩端承载力只占总荷载很小一部分,陆域3根试桩为6%～34%,海域3根试桩为16%～35%;桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥具有异步性,荷载主要由桩侧摩阻力承担。经过强夯处理浅层地基,桩侧摩阻力峰值发生在桩体中上部或浅部土层,即距桩顶（0.14～0.47）倍桩长的位置;部分土层的极限侧摩阻力较现行规范提供的设计侧阻力偏大;海域试桩比陆域试桩桩端阻力发挥更充分。

钻孔扩底桩原型对比试验研究

为选择合理的桩基础形式,结合静荷载试验对一大型建筑场地同一地质条件下相同桩径的钻孔扩底桩和不扩底桩进行桩身轴力和桩侧阻力测试,以确定单桩竖向承载力设计参数。通过对测试资料的分析,对比两种桩型桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩端阻力分布特征,探讨两种桩桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥过程,研究两种桩荷载–沉降特性。研究结果表明,扩底桩能够充分发挥持力层的承载潜力,对提高单桩承载力、减小桩体沉降效果显著。

颗粒形状对砂土抗剪强度及桩端阻力影响机制试验研究

为研究颗粒形状对砂土的力学及变形性质的影响,以3种不同颗粒形状的均粒砂及相似材料"玻璃球"为研究对象,通过光学显微镜获取颗粒数字图像,借助图形处理系统获取颗粒单元体几何参数,定义构建2种不同层次的形状描述指标(球形度、磨圆度),并通过计算机辅助程序完成颗粒形状参数的量化。通过4种颗粒材料直剪试验,获得临界摩擦角、剪胀角及峰值摩擦角等强度指标,并分析其随颗粒形状参数的变化,通过饱和试样在不同密实度、不同离心加速度下的静力触探测试来模拟不同砂土地基上的中等圆形闭口桩静压贯入过程,并探讨桩端阻力随颗粒形状的变化关系。直剪试验结果表明:在矿物组分相同的情况下,砂土临界摩擦角随颗粒的磨圆度和规则性的增加呈线性减小,剪胀性随颗粒的不规则性的增大而增大,并可通过修正的Bolton公式来量化表述形状系数对于峰值摩擦角的作用。离心试验结果表明:静力触探锥端阻力可直接用于桩端阻力(qb)的估算,具有很好的可信度,砂颗粒形状越偏离标准球状,表面棱角度越突出,桩贯入所受阻力越大,桩端承载力越高。通过理论分析,提出一种迭代计算方法,并量化分析桩端阻力(qb)、相对密度(Dr)、应力水平(σv′)和颗粒形状(ρ)四者的相互作用关系,该方法计算结果与试验实测数据具有良好的吻合度。

现浇X形混凝土桩竖向承载性状模型试验研究

为研究现浇X形混凝土桩的荷载沉降特性及其荷载传递机制,利用河海大学的大型试验模型槽开展X形桩的足尺模型静载荷试验。通过在桩身设置的钢筋测力计及在桩底埋设的土压力盒,实测了在竖向荷载作用下X形桩与土相互作用时的工作性状。试验结果表明:X形桩的荷载沉降曲线为缓变型;桩侧摩阻力与桩端阻力随桩顶沉降的增加均呈递增性;但随着桩顶荷载的增加,桩侧摩阻力分担桩顶荷载比例却呈递减性,其分担桩顶荷载比例由初期的约90%下降到极限状态时的70%左右,而桩端阻力分担桩顶荷载的比例呈递增性,其分担桩顶荷载比例由初期的约10%上升到极限状态时30%左右。研究成果可为今后竖向受荷X形桩的设计与研究提供重要参考。

楔形桩承载力试验研究

为探讨楔形桩在天津地区应用的可行性 ,研究了楔形桩在竖向桩顶加荷方式下的极限承载力、桩侧摩阻力及桩端阻力的发展规律 ,并与同条件下等截面桩进行对比 ,分析其经济效果 ,证明楔形桩在天津地区具有一定的适用性 .