软土地区组合荷载作用下单桩的承载特性及试验研究

基桩承受水平荷载并产生水平位移，改变了桩侧阻力的分布，进而对单桩的竖向承载特性产生影响；在存在水平位移的情况下，桩身产生挠曲变形，竖向荷载的作用会使桩顶产生附加弯矩并导致桩周土体抗力发生改变，从而影响单桩的水平承载特性。基于基桩实际经常受到水平、竖向和弯矩荷载（组合荷载）共同作用的事实，而目前工程上不考虑组合荷载的相互影响，且对荷载组合情况下单桩承载特性的研究结论不一致的现状，本课题进行了三次在不同情况下的室内模型试验，通过理论研究建立了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩承载特性分析理论，并结合现场试验和数值模拟对其进行了进一步的修正和补充，得出了考虑桩周土体性质和土体加卸荷效应的桩周土体水平反力、桩侧阻力和桩端阻力的变化规律，建立了组合荷载下桩身内力的分析理论，并给出了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩极限承载力建议公式。本课题的主要研究结论如下： （1）室内模型试验结果表明，水平和弯矩荷载对桩侧阻力的影响主要集中在地面以下10倍桩径范围，在该范围内，随着桩顶位移的增大，桩侧阻力不断减小。现场试验结果显示，该影响范围为地面以下0~15倍桩径深度。建议在工程设计中，应重点加强地面以下0~15倍桩径深度范围内的桩身配筋和桩周土体的加固，以提高单桩的抗弯能力和桩周土体抗力，减小桩身侧向位移。 （2）水平或弯矩荷载的增大，均会降低单桩的竖向极限承载力，但只有水平荷载大于相应水平荷载作用点位置的极限承载力的0.5倍时，这种降低程度才较明显。水平或弯矩荷载对单桩沉降的影响程度与其产生的水平位移大小正相关。 （3）在存在水平位移的情况下，竖向荷载的施加会产生P- 效应，导致水平位移的进一步增大，从而削弱了单桩水平承载力。 （4）室内模型试验表明，水平、弯矩和竖向荷载共同作用对单桩承载特性的影响存在组合效应。数值模拟结果显示，先施加竖向荷载再施加水平荷载时，当竖向荷载介于0.4~0.5倍竖向极限承载力时对桩顶侧移的减小作用最为明显。 2100433B

桩受组合荷载作用时，水平或弯矩荷载会使桩身产生弯矩和挠曲变形，竖向荷载也将由于桩身挠曲变形而产生一附加弯矩，这一附加弯矩又将影响到桩身挠曲变形。桩身发生绕曲变形时，同一水平位置桩身两侧土体一部分处于加载，而另一部分则处于卸载，使得同一水平位置桩身两侧摩阻力发挥机制不同，进而影响到桩身内力，即组合荷载桩的承载特性不仅取决于各荷载的大小，还取决于各荷载的相互关系。因而，采用小变形叠加原理对桩进行分析在机理上存在缺陷。随着桩基工程的大量使用，有必要在考虑土体加卸载效应和各荷载之间相互影响的基础上，对组合荷载作用下单桩的承载特性进行系统深入地研究。本课题采用室内模型试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，探讨组合荷载下考虑土体加卸载效应的土体水平反力、桩侧摩阻力及单桩内力特征，建立考虑各荷载分量相互影响的组合荷载下单桩承载分析理论。其成果对今后桩的设计、施工等具有重要基础理论意义和实际应用价值。

挤扩支盘桩是在普通灌注桩基础上研制出来的一种新型桩基础，它与普通钻孔灌注桩的主要区别在于支盘的设置和其特殊的挤扩工艺。由于这些支盘的设置，大大地提高了桩的承载力，减小了沉降量，因此具有可观的经济效益和社会效益。

《挤扩支盘桩承载特性及强度计算》基于现场静载荷试验和桩身应力测试，系统地研究了挤扩支盘桩在压力荷载、上拔荷载作用下的荷载传递规律，补充和完善了挤扩支盘桩的抗压、抗拔极限承载力的实用计算公式；通过室内支盘模型试件的荷载试验，测定了支盘的荷载一位移全程曲线，揭示了试验条件下的支盘破坏形态为斜压破坏，并建立了支盘强度承载力的计算模型；运用二维轴对称及三维有限元法，探讨了挤扩支盘桩单桩和群桩的承载变形性状，对挤扩支盘桩的支盘竖向临界间距、水平桩距和布桩方式的设计，提出了相应建议。最后还总结了挤扩支盘桩的强度计算与构造措施。

《挤扩支盘桩承载特性及强度计算》可为土建、交通等行业设计、施工与科研人员提供借鉴与参考。

多节旋挖挤扩DX 桩基（简称DX桩）是近年兴起的一种异型多承盘桩基形式，因其可显著提高桩基承载力、减少沉降、降低桩长及节约原材料，在高速公路、铁路、港口码头甚至大型LNG储油罐的桩基工程得到广泛应用。试验报告和工程应用均表明该桩型的优越性与发展潜力,因此对该桩的竖向承载性能与其设计方法研究，近年来已成为桩基工程研究人员的新热点。但因多承力盘的存在改变了传统等截面桩的荷载传递规律和沉降特性，桩土之间相互作用较为复杂，研究人员对DX桩荷载传递方式等科学规律的认识还很不充分。本课题拟通过一系列模型试验、理论分析与数值模拟等多种手段，对DX桩的荷载传递机理及承载特性进行研究，掌握承力盘、桩身与土体的相互作用规律，从而建立DX桩竖向承载力设计方法。研究成果将大大发展桩基设计理论。尤其当前我国高速铁路、公路工程中超长桩基越来越多，本课题研究成果及应用既具有重要的理论意义，又具有广泛的工程实用价值。

多节旋挖挤扩DX 桩基（简称DX桩）是近年兴起的一种异型多承盘桩基形式，因其可显著提高桩基承载力、减少沉降、降低桩长及节约原材料，在高速公路、铁路、港口码头甚至大型LNG储油罐的桩基工程得到广泛应用，收到了良好的经济效益和社会效益。试验报告和工程应用均表明该桩型的优越性与发展潜力, 因此对该桩的竖向承载性能与其设计方法研究，近年来已成为桩基工程研究人员的新热点。但囿于多承力盘的存在，桩的荷载传递规律和沉降特性与传统等截面桩相比，发生了明显的改变，多段侧阻力和多层端阻力共同承载的复杂荷载传递过程，使桩土之间的相互作用非常复杂，研究人员对DX桩荷载传递特性、承载机理及破坏模式等科学规律的认识还很不充分。因此，提高对DX桩荷载传递特性、承载机理及破坏模式等科学规律的认识，迫在眉睫。本课题结合工程现场试验、模型试验、理论推导及数值分析等手段，对DX摩擦桩及嵌岩桩的竖向荷载传递机理及承载特性进行系统研究，建立了DX 桩极限承载力、桩顶位移、桩身轴力等变化规律，确定了DX嵌岩桩竖向承载力的主要影响因素，明确了DX桩承力盘、桩身与土体的相互作用规律，系统揭示了DX桩的竖向承载机理，提出了DX桩的竖向承载力设计方法。研究成果大大丰富了桩基设计理论。尤其当前我国高速铁路、公路工程中超长桩基越来越多，本课题研究成果及应用具有重要的理论意义及工程实用价值。 2100433B