长短桩复合地基承载力发挥系数取值研究

根据水泥土长短桩复合地基试验结果,得到了考虑荷载水平的水泥土长短桩复合地基承载力计算公式。然后,考虑复合地基中桩体、桩间土和复合地基沉降量之间的相互关系,利用现场载荷试验成果,对单桩复合地基和长短桩复合地基的桩间土承载力发挥系数和合理的s/b取值范围进行了对比研究,得到了长短桩复合地基桩间土承载力发挥系数的计算方法。结果表明:长短桩复合地基桩体先于桩间土出现破坏,桩体极限荷载点对应的复合地基s/b值为s/b的上限;当垫层模量Ec为100M Pa时,长短桩复合地基s/b上限为0.0034,对应的桩间土承载力发挥系数为0.29。

参数变化对多元复合地基承载力发挥系数的影响

结合室内模型试验和理论研究成果,考虑土的弹塑性和桩、土接触的高度非线性行为,建立了比较合理的多元复合地基数值模型;通过改变设计参数(主桩桩径、次桩桩径、次桩桩长、主桩模量、次桩模量、褥垫层厚度、褥垫层模量),对多元复合地基承载力发挥系数作了较系统的研究,得出了有利于多元复合地基工程设计及理论研究的一些结论.

求解多元复合地基承载力发挥系数的新方法

多元复合地基是将复合地基中的三种桩型中的两种或三种联合应用于加固软土地基,从而大幅度提高地基承载力,减小地基沉降。但是多元复合地基的设计理论和计算方法并不成熟,承载力发挥系数无法精确选取。从单桩型复合地基关于桩间土承载力发挥系数与桩土应力比的关系式出发,并在得到多元复合地基桩土应力比的解析解的基础上,推导出多元复合地基次桩和桩间土承载力发挥系数的一般求解法。通过实例,证明了求解方法的可行性。

变桩径复合地基承载力发挥机制的数值分析

应用有限元分析软件ABAQUS,通过数值模拟对正常使用荷载下变桩径平面变刚度复合地基的承载力发挥机制进行研究。重点分析变刚度桩桩径逐渐减小情况下复合地基的承载性状包括荷载-沉降曲线、桩土应力比、荷载分担比、桩侧摩阻力分布以及单桩和桩间土承载力发挥度的变化规律。结果表明,随着变刚度桩桩径逐渐减小,其总体沉降值增加;变刚度桩分担荷载减小,常规桩分担荷载增加,桩的整体荷载分担比增加,桩间土荷载分担比减小;加载后期,变刚度桩、常规桩桩土应力比增加;变刚度桩桩侧摩阻力减小,常规桩桩侧摩阻力增加;整体上复合地基产生进一步的沉降,但桩和桩间土的承载力发挥度系数均显著提高。针对既有隧道上方需建设相关建筑时,由于地面距离隧道上方深度较短和桩端持力层厚度过小的工况,在容许沉降范围内通过减小部分桩的桩径对复合地基进行变刚度调节不仅能降低成本、缩短工期,还能有效提高单桩和桩间土承载力的发挥度系数,达到优化设计目的。

桩-锚复合基础上拔承载力计算和参数影响研究

针对山区广泛存在的上覆土、下卧岩的地质条件,一种桩-锚复合基础被应用在输电线路杆塔工程中.为了揭示其上拔承载机理,完善抗拔承载力和承载力发挥系数k的计算方法,通过PLAXIS 3D有限元软件建立了现场试验案例的验证模型,在此基础上进行了参数研究,研究了岩土体弹性模量和黏聚力以及基础工况对k值的影响.结果表明,基础上部桩和下部锚杆部分的上拔承载极限状态不同步,基础桩、锚部分承载比和承载力发挥系数k与地质和基础构造相关.结合参数研究和上拔荷载与位移关系的相关解析解,提出了考虑基础自重的上拔承载力发挥系数k的理论计算方法,通过与现场试验和有限元结果的对比,验证了本方法的正确性,为该类新型基础的设计和应用提供了理论参考.

砂土地基中螺旋锚上拔承载特性试验与理论研究

目前多锚片螺旋锚上拔承载的理论研究需人为引入临界埋深比和临界间距比的概念,这将一个连续演化问题割裂成多种特殊工况,但两个临界值的取值标准又存在不统一的问题,导致理论的工程应用存在风险。基于模型试验并结合数字照相测量技术开展砂土地基中螺旋锚上拔承载特性研究,主要得到以下结论:①单、双锚片螺旋锚上拔荷载位移曲线的变化均可分为增长区间和震荡下降区间两个阶段,埋深比越大,荷载峰值越高,但随之增强的土拱效应也导致曲线震荡幅度越显著。②抗拔承载力突破因子Nγ随埋深比的变化曲线存在峰值特征,先快速增大后缓慢减小;下层锚承载力发挥系数η随间距比的增大呈先快后缓的增加趋势。③多锚片螺旋锚的各层锚片对应的破坏滑动面均可用随埋深比增大长短轴比逐渐减小的椭圆来刻画,首层锚滑动面与同埋深下单锚片滑动面形态一致,下层锚滑动面的椭圆长短轴之比受到间距比变化的影响可分为3个阶段。④多锚片螺旋锚的首层锚和下层锚各自有3种滑动面工况,对应3种力学模型,这取决于埋深比和间距比,螺旋锚总的上拔承载力学模型由它们组合而成。⑤推导建立了多锚片螺旋锚上拔承载力计算方法,该方法可以考虑任意锚片数量、埋深比和间距比,并通过对4个松砂和中密砂地基中试验案例的计算验证了该方法的有效性。

基于桩土作用的刚性桩复合地基承载力计算方法

刚性桩复合地基承载力通常由单桩承载力、天然地基承载力、天然地基承载力发挥系数计算得到。现行规范对天然地基承载力发挥系数建议值不同且范围较大,导致复合地基承载力计算困难。基于刚性桩复合地基承载极限状态时滑动面内桩土作用,推导出考虑桩土作用的复合地基承载力公式和天然地基承载力发挥系数公式,并分析了复合地基承载力和天然地基承载力发挥系数的变化规律。滑动面内桩土作用形式对复合地基承载力公式和天然地基承载力发挥系数公式无影响。计算表明,当内摩擦角较小时,复合地基承载力随基础宽度增大而减小,否则随基础宽度增大而增大。天然地基承载力发挥系数随桩间距、内摩擦角的增大而增大,随基础宽度、黏聚力的增大而减小,复合地基承载力深度修正系数可能小于1.0。地基土内摩擦角大于0时,复合地基极限承载力深度修正系数大于l.O.

木桩桩间土承载力系数及地基沉降系数反演计算

木桩用于小型工程软土地基处理,造价低、取材容易、施工便捷,因而得到广泛应用。木桩复合地基设计可按黏结材料桩复合地基计算,但现有桩基设计规范缺乏关于桩间土承载力发挥系数β和沉降经验系数φs的取值标准,而这两个值是复合地基设计的重要参数,直接影响工程的安全和造价。运用Plaxis软件模拟计算杉木桩复合地基竖向应力和沉降,并根据有限元计算结果反演β和φs这两个经验系数的取值,从而方便基层设计人员直接套用桩基规范公式进行木桩复合地基设计。考虑到木桩的这两个经验系数的取值可能受木桩类型、土层分布、土层物理力学参数等因素影响,因此木桩经验系数有待通过更多工程的计算分析和实际应用的积累得到完善。

长短刚性桩复合地基桩、土承载性状与厚径比相关关系试验研究

通过室内模型试验,实测得到了在等厚径比条件下,长短刚性桩复合地基长桩、短桩、桩间土的承载力发挥系数,得到了长桩、短桩、桩间土承载性状与厚径比的相关关系,长短刚性桩复合地基采用等厚径比,使长桩、短桩和桩间土承载力都得到充分发挥是很困难的,且短桩承载力发挥较长桩更为充分。在等厚径比试验结果基础上,对长短刚性桩复合地基变厚径比设计进行了研究探讨,认为长短刚性桩复合地基宜采用变厚径比设计,降低长桩厚径比、提高短桩厚径比,让长桩厚径比小于短桩。变厚径比设计可采用等褥垫厚度变桩径(长桩桩径取大值)或等桩径变褥垫厚度(长桩选用较薄褥垫)来实现。

高应力下水泥粉煤灰碎石桩复合地基桩间土的承载力发挥试验分析

依据西安黄土地区某工程的单桩复合地基静荷载试验结果,对水泥粉煤灰碎石（CFG）桩复合地基的承载性状及桩土的受力情况进行分析,发现在高应力水平下,桩土应力比随荷载增大而增大,到后期时增长幅度变小,桩间土承载力发挥较低,桩顶将承受约96%的绝大部分荷载,复合地基承载性状与单桩相似,然后根据试验数据反分析出桩间土承载力发挥系数β随着荷载的增大近似呈线性增加,高应力情况下β相较JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》取值偏低,计算复合地基承载力时桩间土承载力发挥系数β不宜盲目按JGJ 79—2012建议值取值。由数值模拟得出,在设计类似工程时可考虑垫层厚度选用300 mm,β值取0.6,为西安地区CFG桩复合地基设计提供参考。

考虑桩土变形协调的复合地基设计方法

目前在复合地基的设计中,由于采用桩体压缩模量计算得到的复合压缩模量偏大,造成复合地基加固区沉降被低估;另外桩和桩间土承载力发挥系数取值主观性较强,导致复合地基承载力计算结果偏大。针对上述两个问题,从复合地基形成机理出发,指出桩及桩间土共同直接承担荷载时必须保证桩土变形协调。桩土变形协调的条件是:(1)桩刺入垫层的深度不能超过垫层厚度;(2)桩宜设置为摩擦桩。在此前提下,分别计算桩及桩间土的沉降,利用桩土变形协调方法得到了桩土应力比和承载力发挥系数理论值,进而得到加固区的沉降计算方法。工程算例证实,从保证复合地基有效设计和工程安全的角度出发,应该根据桩土变形协调来进行复合地基设计计算。

基于桩土作用的刚性桩复合地基承载力计算方法

刚性桩复合地基承载力通常由单桩承载力、天然地基承载力、天然地基承载力发挥系数计算得到。现行规范对天然地基承载力发挥系数建议值不同且范围较大，导致复合地基承载力计算困难。基于刚性桩复合地基承载极限状态时滑动面内桩土作用，推导出考虑桩土作用的复合地基承载力公式和天然地基承载力发挥系数公式，并分析了复合地基承载力和天然地基承载力发挥系数的变化规律。滑动面内桩土作用形式对复合地基承载力公式和天然地基承载力发挥系数公式无影响。计算表明，不考虑桩土作用时，桩间土承载力稍大于天然地基承载力。当内摩擦角较小时，复合地基承载力随基础宽度增大而减小，否则随基础宽度增大而增大。当内摩擦角为零时，天然地基承载力发挥系数不随黏聚力变化，否则随黏聚力增大而减小。天然地基承载力发挥系数随桩间距增大而增大，随基础宽度增大而减小，随内摩擦角增大而增大。地基土内摩擦角等于0时，复合地基承载力深度修正系数等于1．0，否则大于1．0。

考虑堆载和桩载施加顺序的单桩负摩阻力模型试验研究

通过室内模型试验,研究堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。试验结果表明:先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点位置离桩顶最远,随桩载增加,中性点位置逐渐上移,最终中性点位置在桩顶以下0.5l附近,桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数为0.69。先桩载后堆载工况下,先施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小趋势,中性点出现并逐渐下移,最终中性点位置在0.41l附近,单桩承载力发挥系数为0.86。先桩载后堆载较先堆载后桩载桩基承载力发挥系数大,即桩基承载力安全储备小。以上分析表明,荷载施加顺序对基桩的负摩阻力分布有很大的影响,建议在实际工程中综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力。

不同加荷顺序下单桩负摩阻力模型试验研究

研究目的:基桩负摩阻力对桩产生下拉荷载,增大桩身轴力和端阻力,甚至导致桩身破坏。由于桩周土和桩体承受荷载后的沉降发展过程不同,桩载与堆载施加顺序必然对桩体负摩阻力产生较大影响。本文通过模型试验,研究不同桩端持力层条件下堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。研究结论:(1)先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点离桩顶最远,随着桩载增加,中性点逐渐上移,最终黄土和粗砂持力层中性点位置分别在桩顶下0.49l和0.56l处;桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数分别为0.69和0.57;(2)先桩载后堆载工况下,施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小的趋势,中性点出现并逐渐下移,最终黄土和粗砂持力层的中性点位置分别在0.41l和0.50l附近,单桩承载力发挥系数分别为0.86和0.69;(3)同种持力层情况下,先桩载后堆载的承载力发挥系数较先堆载后桩载的大,安全储备小,实际工程中应严格控制堆载宽度、集度及堆载边缘距桩中心的距离;(4)在实际工程中应综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力;(5)该研究成果可为堆载条件下桩基的设计提供参考。

输电线路直柱锚杆复合基础试验研究

针对安徽省南部丘陵山地存在的上覆砂质粘土、土层以下为风化岩层的输电线路工程地质条件,提出了环保型直柱锚杆复合基础。通过10组基础的现场施工与原位试验,得到了不同加载工况下基础的荷载位移曲线,分析了直柱锚杆复合基础的承载机理、设计方法与关键设计参数取值。研究结果可为直柱锚杆复合基础的设计与施工提供参考。复合基础施工宜采用"先直柱开挖、后岩体植筋"的作业流程。立柱嵌岩深度对复合基础的上拔承载力与水平承载力影响显著,复合基础上拔承载力计算中的上部立柱部分极限强度发挥系数取0.55~0.6,下部岩石锚杆部分极限强度发挥系数取1.0。复合基础的施工工艺可靠、承载性能良好,可在丘陵山区输电线路工程中试点应用。

红黏土地层微型CFG桩复合地基试验研究

微型CFG桩在广西桂林地区得到了广泛运用,为拓展研究CFG桩在红黏土土层中的运用,通过室外足尺微型CFG桩复合地基现场试验,对复合地基承载力经验公式中桩间土承载力强度提高系数、单桩承载力发挥系数以及桩-土应力比进行试验研究。试验结果表明:微型CFG桩桩长在1~4 m范围内,桩间土提高系数随桩长的增加而增加,但增加趋势逐渐减小;单桩承载力发挥系数随桩长增加而减小,桩长1~3 m时,单桩承载力发挥系数大于1,桩长大于等于3 m时,单桩承载力发挥系数小于1;桩土应力比在1~8之间,随着桩长增加而增加。

软土场地CFG桩复合地基适用性试验研究

本文在沉积了深厚软土地层的浙江沿海某电厂场地开展CFG桩复合地基适用性试验研究。通过对比单桩竖向抗压静载荷试验和复合地基静载荷试验成果,发现虽然承载力满足要求,但复合地基效果未充分发挥,桩间土承载力发挥系数β的最大取值约为0.5,远小于规范条文给出的0.9~1.0的经验值,CFG桩复合地基在深厚软土地基条件下适用性较差。给出了将褥垫层厚度适当增大,以提高桩间土体分担荷载比例的建议。

CFG桩复合地基承载性状试验研究

基于西安黄土地区某工程,通过埋设土压力盒,完成了竖向增强体、单桩复合地基静载荷试验,经数据分析,对CFG桩复合地基的承载性状及桩土的受力情况进行了探讨。结果表明:桩土应力比随荷载增大,最终趋于稳定;当荷载达到一定水平后,复合地基承载性状和单桩趋于一致,桩间土承载力发挥不足。并根据桩土共同作用机理,在高应力水平下,可考虑单桩作用机理或桩间土承载力发挥系数β相应取小值来计算复合地基承载力,为相关工程提供参考。

输电线路复合型基础的应用研究

针对我国山地或丘陵地区广泛存在的地表为粘土覆盖层、土层以下为微风化岩层的地质条件,提出了环保型掏挖+岩石锚杆复合型基础。界定了该复合型基础的适用范围,对其特点进行了阐述,并提出了今后主要的研究方向。通过2个试点工程的真型试验得到了其关键设计参数承载力发挥系数的取值,为其在输电线路工程中的推广应用提供参考。

自重湿陷性黄土地基中双向螺旋挤土桩复合地基设计参数的取值

在深厚湿陷性黄土中利用双向螺旋挤土桩成桩过程中的挤土效应,通过调整桩间距,不仅可以消除桩间土的湿陷性,还可以提高复合地基承载力。结合深厚湿陷性黄土上双向螺旋挤土复合地基的原位足尺试验,初步确定该施工工艺在湿陷性黄土地区复合地基应用中的相关参数。