This paper presents an experimental study of the plugging effect on the capacity of open-ended piles installed in sandy soil. Full-scale tests, including dynamic and static axial-compression load tests, were carried out on three instrumented piles with different diameters (508.0, 711.2 and 914.4 mm). To measure the outer and inner shaft resistances acting on the piles, a double-walled system was utilized with instrumented strain gauges on the outside and inside walls of the pile. The results of field tests show that the inner shaft resistance was mostly mobilized at the location between the pile tip and 18-34% of the total plug length. It was found that the soil plugging in the lower portion has influence on the inner shaft resistance. In addition, it can be also demonstrated that the ratio of inner shaft resistance plus annulus load resistance to total resistance decreased with increasing pile diameters. The results of these tests show that the relationship between the degree of plugging and pile diameter is clearly established. Direct observations of the soil plugs were made and used to quantify both the plug length ratio (PLR) and the incremental filling ratio (IFR). Based on this result, it was found that the N value of the standard penetration test (SPT) is highly correlated with the IFR.
The pile driving process may lead to ground heaving, causing additional positive skin friction to act on the piles, compromising their stability. This study proposes a new pile foundation type that can reduce positive skin friction. This was investigated by designing and constructing a pile with a hydraulic cylinder which actively responds to ground deformation. The newly proposed pile design was compared against traditional piles in multiple model tests where ground heaving was simulated. In the tests, base load and total shaft resistance were measured during ground heaving and with expansion of the hydraulic cylinder. As a result of the tests, a very small amount of expansion of the hydraulic cylinder member completely reduced the positive skin friction and increased the base load. Excessive expansion of the hydraulic cylinder, however, generates negative skin friction beyond the zero skin friction state. Therefore, it is necessary to estimate the appropriate level of hydraulic cylinder expansion, taking into account the amount of ground heaving and the allowable displacement of the pile.
Post-grouting for the drilled shaft is known to remarkably increase the end bearing capacity of pile by consolidating and reinforcing the disturbed ground containing slime around the pile tip. However, the general design guideline for post-grouting has not been established yet in Korea. Especially in the domestic application, the post-grouting is employed just for repairing the pile with unacceptable resistance rather than for increasing the design resistance of pile. Therefore, little is reported about the effect of post-grouting on the pile resistance itself. In this study, the effect of post-grouting on the resistance of drilled shafts installed in the weathered rock in Korea was estimated by performing the bi-directional load tests on the piles with and without the post-grouting. The test results presented that the initial slope of end bearing-base displacement curve in the pile with post-grouting was 4 times higher than that without post-grouting. At the acceptable settlement (1% of pile diameter), the end bearing capacities of piles with and without the post-grouting were estimated to be 12.0 MPa and 7.0 MPa, respectively, which indicate that the post-grouting could increase the end bearing resistance of pile in weathered rock more than 70%.
In the land section of marine bridge construction site, to confirm the end bearing of large diameter drilled shaft constructed in the fault zone which was discovered unexpectedly, the hi-directional end loading tests were performed. The objectives of this study are to confirm the end bearing of the pile constructed in fault zone and the increasing effect of end bearing after grouting the base ground beneath the pile toe. After grouting the pile base ground, the settlement of pile base decreased considerably and the pile base resistance increased more than twice.
The distribution of shaft resistance is measured by the static load test with the strain gauge or stress gauge, so that the long-term load distribution must be considered for the pile design. However, the measurement by strain gauge generally assumes the 'zero reading', which is the reading taken at 'zero time' with 'zero' load and the residual stress, which is the negative skin friction(or the negative shaft resistance) caused by the pile construction, is neglected. Therefore, the measured value by strain gauge is different from the true load-distribution because residual stresses were neglected. In this study, the three drilled shafts were constructed, and the strain measurements were carried out just after shaft construction. As a result of this study, it is shown that the true load-distribution of drilled shaft is quite different with known load distribution and the true load-distribution of drilled shaft changed from the negative skin friction to the positive skin according to the load increment.
There has been growing agreement that geotechnical reliability-based design (RBD) is necessary for establishing more advanced and integrated design system. In this study, resistance factors for LRFD pile design using CPT results were investigated for axially loaded driven piles. In order to address variability in design methodology, different CPT-based methods and load-settlement criteria, popular in practice, were selected and used for evaluation of resistance factors. A total of 32 data sets from 13 test sites were collected from the literature. In order to maintain the statistical consistency of the data sets, the characteristic pile load capacity was introduced in reliability analysis and evaluation of resistance factors. It was found that values of resistance factors considerably differ for different design methods, load-settlement criteria, and load capacity components. For the total resistance, resistance factors for LCPC method were higher than others, while those for Aoki-Velloso's and Philipponnat's methods were in similar ranges. In respect to load-settlement criteria, 0.1B and Chin's criteria produced higher resistance factors than DeBeer's and Davisson's criteria. Resistance factors for the base and shaft resistances were also presented and analyzed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6C
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pp.359-366
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2008
The load distribution and deformation of pile subjected to axial loads are evaluated by a load-transfer method. The emphasis is on quantifying the effect of coupled soil resistance that is closely related to the ratio of pile diameter to soil modulus $(D/E_s)$ and the ratio of total shaft resistance against total applied load $(R_s/Q)$, in rock-socketed drilled shafts using the coupled load-transfer method. The proposed analytical method that takes into account the soil coupling effect was developed using a modified Mindlin's point load solution. Through comparisons with field case studies, it was found that the proposed method in the present study estimated reasonable load transfer behavior of pile and coupling effects due to the transfer of shaft shear loading, and thus represents a significant improvement in the prediction of load deflections of drilled shafts.
It is known that the response of piles is affected by the shape of pile as well as soil conditions. In order to investigate the characteristics of the axial responses and bearing capacities of non-displacement tapered and cylindrical piles in sands, 12 model pile load tests using a calibration chamber were conducted on model tapered and cylindrical piles, which were specially manufactured to measure the base and shaft load capacities independently. Results of the model tests showed that the shaft load of tapered piles continuously increased with pile settlement, whereas the shaft load of cylindrical piles reached ultimate values at a settlement equal to 4% of pile diameter. Therefore, taper piles have greater shaft loads than cylindrical one at the same settlement. It is also observed that the total load capacity of tapered piles is lower than cylindrical piles for dense sand but is greater than that of cylindrical piles for medium sand. The ultimate unit base resistance of tapered piles was greater than that of cylindrical piles for lateral earth pressure ratio greater than 0.4, and the shaft resistance was greater than that of cylindrical piles irrespective of lateral earth pressure ratio.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.1
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pp.51-61
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2018
Foundation of tower structures such as wind turbine, pylon, and chimney have to resist considerably large overturning moment due to long distance from foundations to load point and large horizontal load. Pile foundations subjected to uplift force are needed to economically support such structure even in the case of rock layer. Therefore, this research performed the laboratory model tests with the variables, W/C ratio and sand proportion, to evaluate the effect of the mix proportion of grouting material on shaft resistance. In the case of cement paste, maximum and residual shaft resistance were distributed in uniform range irrespective of the changes of W/C ratio. However in the case of mortar, they were decreased with increasing W/C ratio, while they were increased and then decreased with increasing sand proportion. In the case of no sand, the maximum shaft resistance was about 540~560kPa regardless of the W/C ratio. When the sand proportion was 40%, it was about 770~870kPa depending on W/C ratio, which was about 40~50% higher than that without sand. The optimum proportion found in this research was around 40% of sand proportion and 80~100% of W/C ratio.
Application of Limit State Design in geotechnical engineering has become world-widely popular. While LRFD code in the North America presents geotechnical load and resistance factors, the values of resistance factors proposed by these methods are still unstable with limited application. CPT has been widely used for the pile design and various methods have been proposed to estimate the bearing capacity of piles. In this paper, resistance factors for representative pile design methods based on CPT results are evaluated. Field pile load test and CPT results were collected and analyzed in order to obtain necessary statistical data and resistance factors. Resistance factors of the base, shaft, and total capacity are estimated. From fisrt order second moment (FOSM) analysis, resistance factors of $0.30{\sim}0.55$ are estimated for total load capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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