南宁盆地特殊地层静压随钻跟管桩适应性及单桩承载力特性研究

为了研究静压随钻跟管桩在南宁盆地特殊地层的适应性及单桩承载特性,对现场4根直径800mm的静压随钻跟管桩进行静载及低应变反射波法试验。研究结果表明:各地层中的试验桩承载力均能满足设计要求且均属于Ⅰ类桩,桩身回弹率较高,说明各试验桩仍具有较大的承载潜力;未进行破坏性试验时各地层中单桩承载力综合增强系数均大于1.00,以经验公式确定静压随钻跟管桩的单桩竖向承载力时应乘以相应的增强系数。基于以上研究,将静压随钻跟管桩工艺应用于实际工程,经验收检测表明,各项目受检基桩的桩身质量完好,承载力均满足设计要求,且仍具有一定的承载力富余量,良好的实际工程应用效果表明该工艺具有良好的适用性以及较高的推广使用价值。

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5~18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%~50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。

随钻跟管桩桩-土接触面作用机制大型直剪试验研究

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型工程桩,其设计方法在工程实践中已得到应用。但是研究现状表明,关于DPC侧摩阻力方面仍有几个关键问题需要专门研究:多个界面导致的结构层破坏模式不清楚、注浆加固机制有待明确和侧阻力参数的精确性有待加强。针对上述问题,开展了DPC桩-土接触面作用机制和破坏模式的大型直剪试验研究。选用粉质黏性土与中密砂土作为代表桩周土,共完成了14组DPC桩-土接触面大型剪切试验,包括8组未注浆及6组注浆试验。基于试验结果,明确了破坏面位于注浆体-土体层的破坏模式;采用线性Mohr-Coulomb强度理论获得了注浆前后接触面剪切强度参数;将试验结果进行了对比,通过对比,揭示了注浆加固机制。试验成果加深了实践中DPC桩设计与施工的理解。

大直径随钻跟管桩竖向抗压承载性能试验研究

随钻跟管桩是一种桩侧后注浆的非挤土PHC管桩桩型,是近年研发出的新型大直径桩基础。为了研究这种新桩型的竖向抗压承载性能,对现场5根直径1m的随钻跟管桩进行静载和高应变承载力试验。研究结果表明:以静载试验结果为校核标准,高应变承载力检测误差可控制在±10%以内;嵌岩0.5m的随钻跟管桩极限承载力可达到20000kN,比同等直径泥浆护壁灌注桩的承载力经验计算值大13%~23%;桩侧后注浆工艺和桩端嵌岩深度能有效提高随钻跟管桩的侧阻力发挥,实测值比灌注桩的规范计算值大28%以上;虽然现场4根随钻跟管桩均嵌入中风化花岗岩0.5m,但端阻比小于30%,呈现摩擦型桩的承载性状。试验成果有助于进一步揭示随钻跟管桩的竖向抗压承载机理,可为其工程设计与工艺优化提供依据。

随钻跟管桩竖向承载性能原位试验与室内物理模拟试验对比研究

随钻跟管桩(简称DPC桩)是一种钻孔-沉桩-排土同步进行的无泥浆排放的节能环保型大直径(800~1400 mm)新型非挤土PHC管桩。开展了现场原位试验、理论计算分析及物理模拟试验,对比分析了这种新桩型的承载性能优势、桩侧摩阻力分布特征、荷载传递特性。得到如下结论:(1)原位静载试验中,DPC桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩,桩侧摩阻力占比高达67.84%~72.85%,DPC桩的承载性能与注浆效果密切相关,相对于同等条件下的钻孔灌注桩、锤击法管桩,其竖向承载力分别提高了33.42%、23.16%,DPC桩的桩底沉渣厚度较小时,其荷载-位移曲线为缓变形(1号桩),否则为陡降形(2号桩);(2)室内物理模型试验中,各桩型均未嵌岩条件下,DPC桩、钻孔灌注桩、锤击法管桩3种桩型的荷载-位移曲线均为陡降形,DPC桩的承载力相对于钻孔灌注桩提高了18.60%;(3)不同的成桩工艺下桩的摩阻力差距较大,随钻跟管桩的桩侧摩阻力最大,钻孔灌注桩次之,锤击法管桩最小,这与物理试验钻孔灌注桩桩侧模拟泥皮密切相关;所有桩型桩侧摩阻力沿桩身深度分布规律均表现出了两头小中间大的规律;随着荷载增加,桩侧摩阻力逐渐下移,直至桩基破坏;(4)模型试验中随钻跟管桩桩侧摩阻力为6061.65 N,占其极限承载力(8147.62 N)的74.40%,模型试验同样得出随钻跟管桩是一种以发挥桩侧摩阻力为主的摩擦端承桩。

考虑桩底沉渣的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究

随钻跟管桩施工不能完全清除桩底岩土沉渣,从而影响桩基端承力。为揭示桩底沉渣对随钻跟管桩承载力的影响机制,开展了考虑桩底沉渣影响的随钻跟管桩竖向承载特性模型试验研究。试验结果表明:在密砂地层中,具有桩端水泥土扩大头的随钻跟管桩,其桩顶荷载-沉降曲线为缓降型,而模拟试验的其他管桩均为陡降型;桩底沉渣降低随钻跟管桩的极限承载力在22%以内,且其桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,承担占比超过90%;与存在一定厚度沉渣的钻孔灌注桩相比,随钻跟管桩的桩底沉渣对降低承载力的影响相对较小;靠近桩端的轴力随着沉渣厚度的增加而减小,沉渣越厚,减少的幅度越明显;桩端水泥土扩大头施工可提高随钻跟管桩约37%的承载力,且桩端阻比均小于15%。现场原位测试(桩长为15.5 m,长径比为15.50)和室内模型试验(桩长为1 m,长径比为15.87)结果均表明:存在桩底沉渣时,随钻跟管桩是以发挥侧摩阻力为主的端承摩擦型桩。研究成果有助于进一步加深对随钻跟管桩承载性状的认识。

考虑塌孔的随钻跟管桩承载性能物理模拟试验研究

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型的非挤土管桩基础,在钻进—成孔—沉桩的过程中桩侧塌孔会影响桩侧注浆液的流动路径和注浆效果,最终影响桩侧摩阻力的发挥。开展了DPC桩桩侧塌孔条件下的注浆及静载物理模型试验,分析了塌孔对DPC桩承载性能、荷载传递特性、桩侧摩阻力分布规律的影响,定量表征了注浆体的三维几何尺寸和空间点位信息,揭示了塌孔影响桩侧摩阻力发挥的原因。得到如下结论:(1)桩端未嵌岩的条件下DPC桩的荷载–位移曲线均为陡降型,DPC桩的承载本质属性为端承摩擦桩。(2)注浆后塌孔所形成的孔洞被浆液充填从而引起桩侧摩阻力增大,坍塌渣土填充桩土–间隙引起注浆液的绕流易造成桩侧摩阻力下降。(3)塌孔影响了桩–土间隙中浆液的流动规律,改变了桩侧注浆体覆盖桩身的面积和厚度,这是其影响桩侧摩阻力发挥的重要原因;桩侧注浆体的面积与厚度是影响桩侧摩阻力发挥的重要因素;桩侧摩阻力与注浆体体积具有较好的三次函数关系。

深基坑支护用大直径预应力混凝土管桩抗弯性能试验及应用研究

通过优化非预应力和预应力钢筋的布置,提高桩身混凝土强度等级,改进端板材质、构造等措施,研发出了更高抗弯性能的大直径混合配筋预应力混凝土管桩,适用于对管桩抗弯、抗剪性能要求更高的深基坑工程。而锤击、静压等常规预应力管桩施工工艺在遇到深厚软土层、不均匀风化岩层时容易出现管桩断桩、偏移、噪音大等问题。本文通过工程实践,采用无泥浆护壁、低噪音的大直径随钻跟管桩施工技术,可以有效解决复杂地质情况下预应力管桩施工工艺存在的此类问题。

大直径随钻跟管桩套箍对桩头质量的影响分析

针对采用大直径随钻跟管桩工法施工的管桩桩头是否需要加套箍的问题进行了详细探讨,分别从桩头开裂弯矩、抗拉力、夹持力几个方面进行了综合分析。提出了有套箍大直径PHC管桩桩头的正截面开裂弯矩计算公式和抗拉力计算公式,表明在大直径随钻跟管桩设计制作中取消套箍是切实可行的。

嵌岩大直径随钻跟管桩的竖向抗压承载特性研究

桩端嵌入中、微风化岩的大直径随钻跟管桩是利用专用钻机在成孔的同时沉入大直径PHC管桩,桩端灌注混凝土封底,桩壁外侧灌注水泥浆形成的一种无泥浆护壁的环保型管桩基础。基于现场试验数据,采用位移反分析理论深入分析了管桩与水泥注浆土体界面力学参数,进而通过三维有限元-无限元组合方法正演计算分析,研究了逐级静载荷作用下大直径随钻跟管桩桩身混凝土损伤发展、演化的变化规律。验证了2条试验桩的失效模式,以及ABAQUS损伤塑性本构模型的有效性。研究认为:提出的桩土界面参数的反演分析模型准确可靠,数值模拟仿真效果较好;静载荷试验确定的大直径管桩极限承载力正好接近桩身混凝土初始压缩损伤所对应的荷载。

桩端型式对嵌岩随钻跟管桩承载性能的影响

随钻跟管桩是一种新型的预钻成孔大直径PHC管桩,桩端可嵌入中微风化岩层形成嵌岩桩。为揭示桩端型式对嵌岩随钻跟管桩承载性能的影响,结合混凝土塑性损伤模型、接触面黏结模型和等效Hoek-Brown准则的Mohr-Coulomb模型,建立ABAQUS有限元数值分析模型,重点分析孔底形状、桩靴尺寸、混凝土封底等因素。结果表明:在无混凝土封底条件下,对于孔底形状为柱形锥尖槽,桩端阻力比可达50%以上,槽深(15~30cm)影响有限,但对孔底形状为梯形锥尖槽,桩端承载力弱化明显,仅为柱形锥尖槽的61%;开口钢桩靴易引起基岩接触面的惭进式破坏,桩靴厚度由24 mm增加到40~130 mm,桩端阻力比由54%提高到60%~76%,但增大桩靴厚度会影响排土,合理的桩靴厚度应通过现场试验确定;对于带桩靴的嵌岩随钻跟管桩,封底混凝土是提高承载性能的有效措施,若封底混凝土下部存在渣土,将弱化PHC管桩的桩端承载性能;最后,提出提高嵌岩随钻跟管桩承载性能的改进措施。

修正剑桥模型在DPC桩—土结构层中的应用分析

针对DPC桩—土结构层开展大型直剪试验,基于试验分析,在考虑DPC桩—土结构层注浆影响上引入临界应力比,构建了可描述应变软化的修正剑桥模型应力应变方程。直剪试验表明DPC桩—土结构层剪切特性表现为剪切软化,具有明显的峰值强度和残余强度,呈现出明显的结构性,其特征与超固结的黏土的剪切应力应变曲线特性类似。推导出的修正剑桥模型能较好的解释实验结果,所得出的结论对DPC桩的设计有一定的指导意义。

桩侧注浆结石体定量表征物理模拟试验

自主研发了1套随钻跟管桩桩侧注浆物理模型试验系统,定量表征了桩侧形成的注浆结石体。得到如下结论:浆液的厚度表现出下部厚上部薄、远离出浆口位置变薄靠近注浆口位置变厚的变化规律,这与浆液的黏滞性及浆液自重造成的压力损失密切相关;以出浆口所在轴线为对称轴,两侧浆液的厚度并不是严格的对称关系,右侧浆液的厚度大于左侧浆液的厚度,这与浆液和土体的非均质性有关;单孔静压注浆时,如果未设置排气孔,则在出浆口对面的一侧空气容易被浆液密封从而导致出浆口对面一侧注浆效果较差,这充分说明了随钻跟管桩桩侧布置出气管的重要性;随着距离出浆口的水平距离越来越远,浆液的厚度也越来越小,且高程越大浆液厚度下降的速度越大;如果模型桩的直径足够大,1个注浆口就很难满足注浆的要求。

基于三维扫描技术的桩-土注浆界面精细化模型重构与三维有限元数值分析

以节能环保型大直径随钻跟管桩基础为工程背景,运用高精度三维激光扫描技术,获得随钻跟管桩的桩-土注浆界面三维点云坐标信息,建立随钻跟管桩的桩-土注浆界面三维精细化模型重构,并基于通用有限元软件Midas,开展了剪切试验数值分析,以揭示随钻跟管桩-土注浆界面在不同位置处的构造特点与剪切特性。结果表明:采用三维扫描技术能得到注浆界面的几何构造特征,以及注浆界面的粗糙度分布规律,并且通过三维扫描技术得到的点云数据转化为有限元模型进行力学性能分析是可行的;该技术方法为桩基精细的承载机理分析提供了有效手段。研究成果也可为深入研究桩-土注浆界面的粗糙度定量表征提供新思路。