Analysis of bearing capacity of pile foundation in discontinued permafrost regions

Piles are the main building foundation in permafrost regions. Thawing the permafrost foundation would have a negative effect on a pile, and may cause damage to the building. This paper focuses on the effects of negative friction force due to the melt of permafrost, and presents four calculated methods for bearing capacity of a pile. An engineering station was taken as an example, where the lengths of a pile were compared based on four methods. Finally, quick field load tests were carried out, and some meaningful conclusions are presented. Thus, these analytical results can be used to design a pile for permafrost regions.

软土中单侧边载作用下桩基负摩阻力研究

软土中因土体压缩性较高,在边载状况下易产生桩基负摩阻力,从而对工程产生安全隐患。本文通过有限元法对软土中受边载作用的桩基础所受到的桩基负摩阻力进行数值模拟,分析了不同边载等级、不同边载位距对软土中桩基负摩阻力、中性点位置和桩身轴力的影响。结果表明,在边载等级增加时,软土中桩身轴力有明显上升趋势,并随桩体埋深增加呈非线性趋势增长,而桩基负摩阻力随深度变化呈现非线性减小的趋势,桩体的下拉力增加,边载效应增强;同等级边载效应时,当边载与桩基之间的距离增加时,软土中桩基负摩阻力逐渐减小,中性点位置位于桩体靠近底部位置处,并随边载位置改变而受到一定影响。

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。

不同荷载作用下桥梁摩擦桩承载特性研究

研究桥梁钻孔灌注摩擦桩的承载特性及桩身力学性质的分布规律对桥梁的安全稳定运行具有重要意义。以重庆三店互通式1号桥梁桩基为研究对象,根据桥梁桩基特点设计室内试验,依次进行了灌注摩擦桩单桩承载力、桩身轴力以及侧摩阻力等桩基性能研究,并将试验结果与数值模拟结果以及理论公式计算结果进行对比验证。研究表明:持力层岩性对桥梁灌注摩擦桩桩顶沉降量存在影响,持力层岩土性能越高,则桩顶沉降量越小;桩身轴力及摩阻力的变化幅度均随着桩顶荷载的增加呈先增大后减小的规律,且桩身中部所受到的摩阻力最大;经理论公式和有限元分析的验证,本次试验结果整体上偏差率较小,3种分析计算方法均可较好地得出灌注摩擦桩桩身轴力变化规律。研究结果可为桥梁运营后期的病害防治提供重要的理论支撑。

竖向载荷下桥梁桩基承载特性研究

为分析竖向荷载作用下桥梁桩基础的承载特性,文中以某桥梁工程为例,通过静载试验分析了单桩及群桩的荷载-位移曲线、单桩桩身轴力以及桩侧摩阻力随桩深的变化规律。结果表明,随着桩身深度的增加,桩身侧摩阻力呈现先增加后降低的趋势,曲线存在反弯点,发生在桩深为30cm的位置;随着加载水平的增加,桩身侧摩阻力不断增加。桩的数量越多,桩基的沉降量越小,承载力越好。九桩的最大桩顶沉降量为20mm,卸载后的恢复沉降量为8.5mm;六桩的最大桩顶沉降量为25mm,卸载后的恢复沉降量为12.1mm;四桩的最大桩顶沉降量为28mm,卸载后的恢复沉降量为18.5mm。

大厚度湿陷性黄土场地群桩基础负摩阻力分析

文中采用有限元仿真方法,分析群桩的桩土沉降、负摩阻力以及桩身轴力。结果表明,群桩的极限荷载承载力为45 kN,所有桩的桩周土沉降量均随着深度的增加而不断降低。当距桩顶深度小于20 m时,中心桩的桩周土沉降最小;当距桩顶深度大于20 m时,中心桩的桩周土沉降最大。浸水后的角桩、边桩和中心桩的摩阻力分别比浸水前高40%、38%、33%。浸水前,桩身轴力随着桩顶深度的增加呈现不断降低的趋势;浸水后,桩身轴力随着桩顶深度的增加呈现先增加后降低的趋势。距桩顶最远处,浸水后角桩、边桩和中心桩的桩身轴力均高于浸水前的桩身轴力。

冲刷条件下在役桥梁桩基础竖向承载特性研究

为了分析冲刷条件下桥梁桩基础的承载特性,文中分析了不同冲刷深度下承台以及各个位置桩的轴力及摩擦力分布情况。结果表明,当冲刷深度为1倍桩径时,桩体回弹量为6 mm,桩体位移的下降速率为0.005 mm/kN;当冲刷深度为6倍桩径时,桩体回弹量达到了23 mm,桩体位移的下降速率为0.0103 mm/kN;即冲刷深度越大,桩体的回弹量越高,桩体位移下降速率越大。轴力以及桩侧摩阻力均表现为角桩>边桩>中间桩,且随着桩体深度的增加,三者之间的轴力及桩侧摩阻力差距不断缩小。

自平衡法抗拔与传统法抗拔试验的对比分析

本文结合工程实际,以分别采用自平衡法和传统法测试的抗拔桩为研究对象,通过沿桩身布置的钢筋计测试不同荷载下对应的桩身应力,揭示自平衡法和传统法抗拔试验中桩体内力分布存在的异同。通过分析得出:自平衡法抗拔测试中桩身轴力沿着深度由下向上逐渐减少,传统法抗拔则是由上向下逐渐减小;自平衡法抗拔测试中侧摩阻力由下往上发挥,传统法抗拔测试中则是由上往下发挥。

压重平台堆载对软土地区基桩承载力的影响

以广州南沙某工程为例,通过在软土地区进行超大吨位桩基静载试验,结合桩身内力测试,探讨分析了不同试验支墩处理方式下压重平台堆载对软土地区基桩承载力的影响。通过“换填垫层”处理支墩地基,压重平台堆载过程中桩侧出现负摩阻力,堆载完成后开始测试得到的桩身最大轴力明显大于千斤顶施加的荷载。而采用“支撑桩+桩帽”处理支墩地基,压重平台堆载过程中桩侧未出现负摩阻力,且堆载完成后开始测试得到的桩身轴力呈现自桩顶向下随着深度增加而逐渐变小的合理分布。结果表明,在超厚层软土地区中进行桩基静载试验,宜尽量采用“支撑桩+桩帽”处理支墩地基以减少压重平台堆载对基桩实受承载力的影响。

软土地区超长单桩承载特性的现场试验研究

软土地区超长钻孔灌注桩现场静载试验表明,浆液上返作用对桩侧泥皮的固化作用和桩端浆液对桩端沉渣和持力层的压密固化作用使得后注浆桩的承载能力得以提高。使用荷载下,桩身压缩占桩顶沉降的90%以上,最大试验荷载时桩顶沉降的70%来自桩身压缩。在对超长桩进行设计时,不能忽视桩身压缩对桩顶沉降的影响。超长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未完全发挥。传统的超长桩承载力计算方法和其实际承载能力会有一定误差。

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数λ=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。

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。

Y型沉管灌注桩荷载传递机制的现场试验研究

通过在Y型沉管灌注桩桩身埋设钢筋测力计,完整测试路堤填筑过程中及预压期内路堤荷载作用下Y型沉管灌注桩的荷载传递机制,详细介绍钢筋测力计的焊接及埋设方式,对钢筋测力计在混凝土凝固硬化过程中的受力情况进行详细研究。指出数据处理过程中需要对钢筋测力计进行重新标定,详细介绍标定方法。随着填土荷载的增大,不同深度处桩身轴力均呈现增大的趋势,但增加幅度不同,桩身轴力最大点位置随填土荷载增大变化很小,路基进入预压期后桩身轴力仍逐渐增大,但变化幅度逐渐减小。在距离桩顶3.0～6.0 m的区域存在负摩擦,桩侧摩阻力随着填土荷载的增大而增大,测试期间内负摩擦区域始终存在,且负摩擦最大点位置及中性点位置随填土荷载增大变化很小。

江阴大桥摩擦失效嵌岩群桩传力机理的实测研究

以江阴大桥南塔墩桩基础方案为例,介绍一种适用于高边坡上高、重、大建筑物的基础方案。64个测点的70次桩基轴力实测资料表明:该基础方案能确保将1.2×106 kN的垂向荷载传递至地表以下26 m的地基岩体深 处,使塔基边坡浅层岩体不受工程荷载影响。桩基轴力实测资料还表明:塔墩下的桩基存在超载现象,平均可达35%。此外,桩基嵌岩后其承担的荷载很快向桩周岩体中扩散,嵌岩面以下7 m处的桩基轴力已衰减了75%。

成层土中抗拔桩与抗压桩的模型试验研究

为研究成层土中单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了长细比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明:抗拔桩桩顶上拔量明显大于抗压桩桩顶沉降量,因此抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力;抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性;试验所得桩抗拔总侧摩阻力折减系数λ=0.62;抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身下部侧摩阻力迅速增长;成层土中粘土的抗拔侧摩阻力折减系数大于砂土。

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。

颗粒图像测速技术在桩基负摩阻力模型试验中的运用

在桩基负摩阻力的研究中桩土位移需重点关注。作为一种成熟的流场测试手段,颗粒图像测速(paticle image velocimetry,PIV)技术已逐步推广至岩土研究领域,将该技术运用至桩基负摩阻力模型试验,可以弥补传统位移测试方法无法获得位移场分布等缺点。基于试验特点,设计由钢板和有机玻璃壁组成的试验箱,采用千斤顶配合置于土表的载荷板实现对土体加载。试验中,对不同土表超载作用下的土体分层沉降、桩身沉降及轴力进行测定,采用PIV技术对桩端处砂土的位移场实施了采样分析。试验表明,PIV所测位移数值与传统方法测得值吻合较好,PIV分析结果能够直观反映桩基受负摩阻力作用而产生的附加沉降;并且可以判断桩端沉降的影响范围,深度方向基本不超过1.75D(D为直径),水平方向则基本在桩底边界范围内。最后,总结了PIV技术在模型试验中的运用,提出了几点在今后试验中可待改进的地方。

堆载作用下桥梁被动桩偏移受力分析及处理措施

为研究堆载对桥梁被动桩的影响,以某桥为背景,采用有限差分法进行被动桩偏移受力分析,判断基桩能否继续使用并提出处理措施。采用有限差分法建立下部结构模型,计算堆载作用下桥墩偏移并与实测值对比,分析基桩内力及偏移,按圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件计算最大裂缝宽度并评估基桩状态,根据评估结果提出处理措施。结果表明:堆载导致桥墩偏移,墩顶横向偏移计算值与实测值比较吻合;堆载作用下,基桩产生了较大偏移和弯矩,桩顶轴力和桩身轴力分布不均,并产生不同程度的负摩阻力(距堆载越近负摩阻力越大);最大裂缝宽度为0.08mm,小于规范限值,判断基桩可以继续使用,提出堆载反压和应力释放孔联合纠偏,开挖卸载、水平顶推结合应力释放孔纠偏等处理措施。

黏性土中静压沉桩贯入力学机制室内试验研究

对于静压开口管桩,其沉桩过程中桩身受力复杂,尤其是桩身内侧由于土塞效应产生的土塞阻力,对桩侧阻力有着显著影响。因此,对静压沉桩的力学机制展开全面试验研究,将开口管桩桩侧阻力分离进行研究,对静压桩施工和承载力的确定都具有重要意义。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。通过研发双壁开口模型管桩,联合使用增敏微型光纤光栅应变传感器和双膜片温度自补偿型光纤光栅土压力传感器,分离沉桩阻力中的土塞阻力,获得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,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,这与已有的关于静压沉桩贯入力学特性研究结论一致。研究成果可为黏性土中静压桩施工设计提供一定的借鉴与参考。

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。