Application of bi-directional static loading test to deep foundations

Bi-directional static loading test adopting load cells is widely used around the world at present, with increase in diameter and length of deep foundations. In this paper, a new simple conversion method to predict the equivalent pile head load-settlement curve considering elastic shortening of deep foundation was put forward according to the load transfer mechanism. The proposed conversion method was applied to root caisson foundation in a bridge and to large diameter pipe piles in a sea wind power plant. Some new load cells, test procedure, and construction technology were adopted based on the applications to different deep foundations, which could enlarge the application scopes of bi-directional loading test. A new type of bi-directional loading test for pipe pile was conducted, in which the load cell was installed and loaded after the pipe pile with special connector has been set up. Unlike the conventional bi-directional loading test, the load cell can be reused and shows an evident economic benefit.

深厚软土区桥梁基桩水平静载试验与m取值分析

我国沿海地区广泛分布深厚软土,其软土地基水平抗力系数的比例系数m值的合理取值直接影响桩基设计的经济性和桥梁等上部结构的安全性。为了解决软土m值取值的合理性问题,采用单向多循环加载法和慢速维持荷载法分别对深厚软土地区4根单桩进行水平静荷载试验,开展单桩的水平承载变形特性和m值取值研究。研究结果表明:相比于单向多循环加载法,慢速维持荷载法呈现的弹塑性分界点(拐点)更明显,对应的水平位移大,获得的淤泥质黏土m值小。桩在地面处位移超过6.5 mm(慢速维持荷载法)和5 mm(单向多循环加载法)时,桩侧淤泥质黏土进入弹塑性阶段。单桩水平临界荷载和极限水平承载力分别为189 kN和253 kN。淤泥质黏土的m值随水平位移的增大而呈幂函数衰减。在同一荷载等级下,m值随循环次数增加呈线性衰减,相比第1次循环,第5次循环m值的折减系数均值为0.84,荷载条件对循环折减系数影响有限。试验获得淤泥质黏土层m值的标准值为6226 kN/m4,大于铁路和公路规范中m值的上限值,为下限值的2.08倍。研究提出了宁波淤泥质黏土及与其物理状态和力学指标相近的软土m取值建议。研究成果可为m的合理取值和深厚软土地区桩基的优化设计与安全评估提供重要参考和依据。

深厚软土地区超长钻孔灌注桩桩长优化工艺研究

文章针对深厚软土地区的超长钻孔灌注桩桩体长度优化问题进行研究,结合类似工程的实践经验,对施工技术的特点、施工单位的施工水平等影响因素进行分析。以温州市域铁路S1线一期工程灵昆车辆段B标为案例,对钻孔灌注桩的桩体长度进行优化。通过研究得出:结合桩体的极限承载力静载试验数据,对灌注桩的长度进行优化可在一定程度上降低工程成本。

深厚软土地层超长超大直径扩底桩承载力性状及机理研究

深厚软土地区超长超大直径扩底桩荷载传递机理复杂,且国内相关工程数量少,可供施工人员参考资料有限,传统桩基理论已无法合理的分析其工作机理和受力特性。文章依托深圳大运枢纽超长超大直径扩底桩工程,通过现场静载试验与数值仿真分析,研究了在深厚软土地层中超长超大直径扩底桩在静载作用下的荷载传递机理及沉降规律。基于荷载传递法,针对深厚软土地基的特殊性质,考虑了桩侧土初始剪应力、软化特性以及桩端土加工硬化特性,进行了沉降公式的推导。并基于MATLAB,开发了高性能的迭代算法以研究单桩的承载力性状。结果表明:现场试验、数值模拟与理论算法得到的荷载-沉降曲线线型吻合较好。当传递深度达到约0.4倍桩长时,下部桩身基本不产生压缩变形;桩基极限承载力大于设计值,存在较大的承载潜力,桩基设计较合理,满足承载力要求,可以为同类地区桩基工程设计与施工提供参考。

动力扰动下深部开挖洞室围岩分层断裂破坏机制模型试验研究

为研究动、静组合加载下深部巷道围岩分区破裂化的机制,在Instron电液伺服材料试验机上对用石膏制作的深部洞室模型进行了动、静组合加载试验。为进一步分析动、静组合加载下深部巷道围岩分层断裂化的力学本质,将动、静组合加载下深部巷道围岩近似视为若干个二维动、静组合加载试样的组合体,并用红砂岩试样进行了二维动、静组合加载试验。试验结果表明,巷道轴向应力为最大主应力且大于一定值时,围岩会发生分层断裂现象;巷道轴向应力为最大主应力且与外部扰动应力叠加达到一定值时,围岩也会发生分层断裂现象;巷道直径越大,在相同的动、静组合加载条件下,更易发生分层断裂现象;相同直径的巷道,在不同的动、静组合加载作用下,巷道围岩分层断裂化程度不同,动、静组合应力叠加值越大,分层断裂化程度越严重;应力状态对试样裂纹扩展及分布方向起着主导作用,试样破裂面一般垂直于最小主应力方向(在最小主应力面内),与最大主应力方向一致;深部巷道围岩存在形成破裂圈的应力状态,这样的应力状态可诱发巷道围岩分区破裂现象的发生。

水泥搅拌桩复合地基承载力的试验确定

能否正确合理地确定水泥搅拌桩复合地基承载力是确保其安全性的一个重要问题。对文献中见到的通过静力载荷试验确定复合地基承载力的方法进行了分析探讨,在此基础上对在工程中如何通过静力载荷试验确定水泥搅拌桩复合地基承载力提出了一些建议:对试桩作单桩和复合地基静力载荷试验;对工程桩只作复合地基静力载荷试验。

大直径深长钻孔灌注桩分层荷载传递特性试验研究

基于常州高架一期工程现场静荷载和桩身应力测试结果,分析竖向荷载下大直径深长钻孔灌注桩在分层土中的荷载传递规律。由于试桩加载至破坏,故对此分析能为深入研究大直径深长钻孔灌注桩的承载性状提供有价值的工程参考。试验结果表明:大直径深长钻孔灌注桩端承力所占比例较低,荷载-沉降关系呈陡降型,存有明显拐点;侧、端阻力非同步发挥且相互影响,同时上下层侧阻力亦先后发挥至极限;通过对试桩的实测数据进行分析可得,埋深对桩周具有相似物理力学特征土层的侧阻力影响较大,一些土层实测侧阻力与勘察报告推荐值有很大差异;土层(1)和(3)荷载传递曲线属加工软化型,而桩端土荷载传递曲线属明显的双折线硬化模型,这说明上部土层有剪切破坏趋势,使侧阻产生一定程度削弱,而在承载时端承力有较大发挥空间。

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。

强夯法加固风成砂地基的试验研究

结合8000 kN·m能级强夯加固风成砂地基工程实例,通过现场变形监测、标准贯入和深层载荷试验等检测手段,研究了强夯加固风成砂地基的深层土体变形规律、强夯的有效加固深度及加固效果,对比分析了收锤标准对风成砂地基土体变形、有效加固深度和地基承载力的影响。

深厚淤泥软土地层桩基承载力性状研究

深厚软土地区桩基施工常面临着桩基成桩质量问题,对桩基承载力性能影响较大。以广州南沙港铁路隧道明挖深基坑为例,通过现场试验与理论分析方法,对深厚淤泥软土地层桩基承载力特性进行研究。结果表明:现场试桩试验荷载-沉降曲线表现为缓变型,属摩擦型桩,桩基极限承载力远大于设计值,桩基设计较保守,在满足承载力要求下,可以考虑桩基优化;提出一种由桩侧三折线软化模型和桩端双折线硬化模型构建的桩基荷载传递机制,通过编制计算程序,采用递推迭代算法得到桩顶沉降及桩侧摩阻力;算例分析表明本文提出的荷载模型计算结果与实测结果吻合较好,验证了该方法合理可行,为同类地区桩基工程设计与施工提供参考。

桩端土加固处理设计及检测方法的探讨

介绍了人工挖孔桩桩端土承载力不足进行旋喷桩处理的设计过程以及处理后检测过程中遇到的问题。桩端土处理设计可以遵循一般的地基处理设计方法和原则,并针对复合地基承载力检测和桩端土极限端阻力的检测中存在的差异和共同点,提出组合静载荷试验的思路和方法,并在工程中予以实施,并取得了较好的效果。

深厚软土区超长桩合理桩长的计算

工程实践证明,软土地基超长桩在轴向荷载作用下的荷载传递机理与常规桩基有较大区别。通过深厚软土区超长桩静载试验和桩身轴力测试,依据载荷-沉降变形关系推导的超长桩合理桩长估算公式,利用静载试验Q-S曲线数据对超长桩合理桩长进行计算,为确定深厚软土地区合理桩长避免盲目增加桩长提供参考。

应用深层平板载荷试验选择桩端持力层

深层平板载荷试验是一种新兴的原位测试方法。通过安阳某工程人工挖孔扩底灌注桩深层平板载荷试验的现场实践,确定了不同土层地基土的承载力特征值,为设计单位选择持力层提供数据,并为甲方节省了大量建设资金。

延安新区挖方区天然地基承载力研究

延安新区建设是目前世界范围内在湿陷性黄土地区"平山、填沟、造地、建城"中规模大、难点多、情况复杂的岩土工程之一。这种"深挖高填"场地,在无前人研究成果的条件下,如何科学合理地确定地基承载力特征值,尤其是如何更加充分地利用好挖方区场地良好的工程地质条件,是勘察、设计单位及建设单位所面临的重要问题。本文通过分析延安新区场地的划分,搜集了延安新区挖方区场地大量的天然地基静载荷试验和天然地基浸水静载荷试验结果,基本确定了深挖方区场地Q_2黄土的地基承载力特征值,结果科学可靠,为新区建设提供了设计依据,具有一定的经济和社会意义。

钉形水泥土双向搅拌桩基于扩大头高度的承载特性研究

针对钉形水泥土双向搅拌桩特殊的桩身结构，在试验桩体中心钻孔抽芯，埋入贴有应变片的塑料管，然后对桩体进行静载荷试验测定桩身应变，进而计算桩身轴力和附加应力，并分析探讨与扩大头高度相关的单桩承载特性。结果表明：桩身轴力和附加应力主要分布在扩大头高度范围内，且在桩身变截面处存在较大的轴力差和应力集中现象。最终得出扩大头高度在深厚软土中可取4～5m，最低不宜小于2m。

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程,开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下,远场扰动应力波的主参量,并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置,分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明,整形材料的刚度越低,应力波形的正压时间及升压时间越长,峰值相对越低;活塞撞击速度越高,应力峰值越高,但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值,可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度,实现了正压时间在3.5~5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9~2.5 ms之间的调整,峰值在4~8 MPa之间的调整,调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件,验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动,丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。

葫芦岛填海地区深厚填土的基础选型研究

随着我国城市化的快速发展,很多临海城市启动了大面积的填海造陆工程。针对葫芦岛填海地区深厚填土的特点,根据该地区地质情况分析探讨最适合的基础选型方案,认为预制实心方桩适合工程建设需要。

水泥与水泥磷石膏粉喷桩静载试验

采用水泥与水泥磷石膏固化剂的粉喷桩复合地基工程的静载试验对比，说明在水泥中掺入适量的磷石膏的方法，在深层搅拌法加固软土地基的工程中有推广价值。

爆破作用下预制共线裂纹的扩展机理研究

为了研究爆破作用下裂纹的扩展规律,从而进一步指导裂隙发育岩体爆破设计。试验运用深部岩石三轴动静载荷实验系统对含有预制裂纹的混凝土试件逐一加载,得到混凝土试件抗压强度;并采用高速摄像机对试件中裂纹起裂拓展过程进行全程拍摄,与加载曲线对照,得到裂纹起裂时垂向初始压力。研究表明:在一定范围内,试件所受围压越大,其裂纹起裂时所需压力越大;次裂纹的存在会使得主裂纹端部更容易在外力作用下起裂,且主裂纹内侧端部所受影响要大于外侧端部,这种影响程度的大小与次裂纹长度、裂纹间距等因素有关;围压越小、裂纹夹角越大、次裂纹长度越大、裂纹间距越小,主裂纹端部越容易起裂。

新近深厚填土层单桩极限承载力分析

新近深厚填土属于欠固结土,在自重应力作用下土体固结并未完成,在此类地基中施工桩基础,可能会产生向下的负摩阻力,导致桩基极限承载力减小,影响建筑工程质量和安全.为了研究新近深厚填土单桩承载特性,开展单桩静载试验和基于规范的理论计算,考虑负摩阻力,单桩极限承载力计算值为1587 kN,不考虑负摩阻力的计算值为2136 kN,静载试验值为2000 kN,结果表明考虑负摩阻力时单桩极限承载力比静载试验结果少400～550 kN.因此新近深厚填土中单桩极限承载力设计值不能以桩基静载试验结果作为标准,应结合理论计算结果综合考虑,同时建议对单桩周边一定范围内的土层进行注浆加固处理.