Micro-piles have been used to increase the bearing capacity or to restrain settlement of existing shallow foundation. Recently, micro-piles are used to support the shallow foundation, to stabilize the slope and to resist the sliding of retaining wall. Using the micro-piles in geotechnical engineering, some investigators have studied the effective installing method by model test or field test. But most of previous studies are chiefly focused on the micro-piles in sand or clay layer. If a rock layer exists in soil, the installing length of micro-piles may be determined by the depth of rock layer. In this case, the stiffness of pile may be changed by the installing length of pile, and so the installing method has to be altered by the changed stiffness of pile. Model tests have been conducted to study the installation method of micro-pile in soil with rock layer. As a result, when the ratio of length of pile is below 50 ($L/d{\leq}50$), installing of micro-piles in vertical position is effective regardless of the depth of rock layer. If the depth of rock layer is deeper than soil failure zone and the ratio of the length of pile exceeds 50 (L/d>50), installing of the micro-piles in sloped position is effective.
A centrifuge model study is carried out to investigate the behavior of pile subject to negative skin friction induced by pile installation, ground water drawdown and surcharge loading. A single end-bearing pile is examined as the induced negative skin friction would induce the most severe stress on the pile structural material as compared to friction piles. In addition, the behavior of the pile under simultaneous negative skin friction and dead/live loads is examined. To facilitate detailed interpretations of the test results, the model setup is extensively instrumented and involves elaborate test control schemes. To further examine the phenomenon of negative skin friction on an end-bearing pile, finite element analyses were conducted. The numerical analysis is first validated against the centrifuge test data and subsequently extended to examine the effects of pile slenderness ratio, surcharge intensity and pile-soil stiffness ratio on the degree of mobilization of negative skin friction induced on the pile. Finally experimental and numerical studies are conducted to examine the effect of applied transient live load on pile subject to negative skin friction.
In this study, experimental work has been carried out to investigate the effect of lateral soil movement on passive piles. This paper consists mainly of two parts: the first, performance of a series of laboratory experiments on a single pile and one-row pile groups, and the second, comparison between the measured and the predicted results. In the laboratory experiments, a quadrilateral soil movement profile was imposed on model piles embedded in both sandy soils and weathered soils. The maximum bending moment and pile deflection induced in passive piles were found to be highly dependent on pile stiffness, pile spacing, relative densities and pile head fixity condition. It was shown that the group effect might either increase or decrease the maximum bending moment and pile deflection, depending on the aforementioned influence factors. Based on the results obtained, a spacing-to-diameter ratio of 7.0 seems to be large enough to eliminate the group effect, and a pile in such a case behaves essentially the same as a single pile.
Pipe pile walls are commonly used as retaining structures for excavation projects, particularly in densely populated coastal cities such as Hong Kong. Pipe pile walls are preferred in reclaimed land due to their cost-effectiveness and convenience for installation. However, the pre-bored piling techniques used to install pipe piles can cause significant ground disturbance, posing risks to nearby sensitive structures. This study reports a well-documented case history in a reclamation site, and it was found that pipe piling could induce ground settlement of up to 100 mm. Statutory design submissions in Hong Kong typically specify a ground settlement alarm level of 10 mm, which is significantly lower than the actual settlement observed in this study. In addition, lateral soil movement of approximately 70 mm was detected in the marine deposit. The lateral soil displacement in the marine deposit was found to be up to 3.4 and 3.1 times that of sand fill and CDG, respectively, mainly due to the relatively low stiffness of the marine deposit. Based on the monitoring data and site-investigation data, a 3D numerical analysis was established to back-analyze soil movements due to the installation of the pipe pile wall. The comparison between measured and computed results indicates that the equivalent ground loss ratio is 20%, 40%, and 20% for the fill, marine deposit and CDG, respectively. The maximum ground settlement increases with an increase in the ground loss ratio of the marine deposit, whereas the associated influence radius remains stationary at 1.2 times the pipe pile wall depth (H). The maximum ground settlement increases rapidly when the thickness of marine deposit is less than 0.32H, particularly for the ground loss ratio of larger than 40%. This study provides new insights into the pipe piling construction in reclamation sites.
Gravel Compaction Pile (hereinafter referred to as GCP) is a ground improvement technique by packing crushed stones on fragile clay ground, pressing it, and forming stakes on the foundation. Although many researchers have analyzed stress behavior of GCP composite ground on domestic GCP technique using laboratory experiment and field experiment, analyses of stress behavior according to the difference of stiffness of mat foundation loaded on the upper foundation of GCP composite ground have not been done actively. Therefore, this study aimed to identify the stress concentration ratio in accordance with the difference of basis stiffness by interpreting figures. To perform this, replacement ratio was changed and modelled using ABAQUS, software for finite element analysis and analyzed the stress concentration ratio, amounts of settlement, and maximum amounts of horizontal displacement of composite ground in accordance with the difference of stiffness. An analysis showed that the stress concentration ratio of rigid foundation was highly assessed than unloading of flexible foundation in case of unloading, while amounts of settlement under flexible unloading condition were slightly higher than under rigid condition. This indicates that the characteristic of stress behavior on the different stiffness of upper foundation needs to be clarified. In addition, the maximum horizontal displacement was generated in a constant level regardless of the difference of stiffness.
A series of model tests were performed to investigate the load transfer by soil arching in geosynthetic-reinforced and pile-supported(GRPS) embankment systems. In the model tests, model piles with isolated cap were inserted in the model container and geosynthetics was laid on the pile caps below sand fills. The settlement of soft ground was simulated by rubber form. The loads acting on pile caps and the tensile strain of geosynthetics were monitored by data logging system. At the given interval ratio of pile caps, the efficiency in GRPS embankment systems increased with increasing the height of embankment fills, then gradually converged at constant value. Also, at the given height of embankment fills, the efficiency decreased with increasing the pile spacing. The embankment loads transferred on pile cap by soil arching increased when the geosynthetics installed with piles. This illustrated that reinforcing with the geosynthetics have a good effect to restraint the movement of surrounding soft grounds. The load transfer in GRPS embankment systems was affected by the interval ratio, height of fills, properties of grounds and tensile stiffness and so on.
Precast concrete elements in accelerated bridge construction (ABC) extends from superstructure to substructure, precast pile foundation has proven a benefit for regions with fragile ecological environment and adverse geological condition. There is still a lack of knowledge of the seismic behavior and performance of the precast pile foundation. In this study, a 1/8 scaled model of precast pile foundation with elevated cap is fabricated for quasi-static test. The failure mechanism and responses of the precast pile-soil interaction system are analyzed. It is shown that damage occurs primarily in precast pile-soil interaction system and the bridge pier keeps elastic state because of its relatively large cross-section designed for railways. The vulnerable part of the precast pile with elevated cap is located at the embedded section, but no plastic hinge forms along the pile depth under cyclic loading. Hysteretic curves show no significant strength degradation but obvious stiffness degradation throughout the loading process. The energy dissipation capacity of the precast pile-soil interaction system is discussed by using index of the equivalent viscous damping ratio. It can be found that the energy dissipation capacity decreases with the increase of loading displacement due to the unyielding pile reinforcements and potential pile uplift. It is expected to promote the use of precast pile foundation in accelerated bridge construction (ABC) of railways designed in seismic regions.
The utilization of buildings can be improved by extending them vertically. However, the added load of the extension might require building foundations to be underpinned; otherwise, the loads on the foundations might exceed their bearing capacity. In this study, a preloading method was presented aiming at transferring partial loads from existing piles to underpinning piles. A pneumatic-type model preloading device was developed and used to carry out centrifuge experiments to evaluate the load-displacement behavior of piles, the pile-soil interaction during preloading, and the additional loading caused by vertical extension. The results showed that the preloading devices effectively transfer load from existing piles to underpinning piles. In the additional loading test of group piles, the load-sharing ratio of a pile increased with its stiffness. The load-sharing ratio of a preloaded micropile was less than that of a non-preloaded micropile as a result of the reduction in axial stiffness caused by preloading before additional loading. Therefore, a slight reduction of the load-sharing capacity of an underpinning pile should be considered if the preloading method is applied. Further, two full scale preloading devices was developed. The devices preload underpinning piles and thereby produce reaction forces on a reaction frame to jack existing piles upward, thus transferring load from the existing piles to the underpinning piles. Specifically, screw-type and hydraulic-jack type devices were developed for the practical application of foundation underpinning during vertical extension, and their operability and load transfer effect verified via full-scale structural experiments.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.789-799
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2019
The settlement hardly occurs in structures supported by pile foundation such as abutment, culvert but a cavity is formed in the lower part of a structure. As a result, soil discharged from the lateral ground to the cavity accelerates the settlement of the lateral ground of the structure, resulting in a larger settlement. Therefore, in order to prevent problems caused by cavity under the structure supported by pile foundation, soil Flow Protector (briefly called 'FLP'), which can be easily installed on the side of structure, was developed. In this study, an laboratory model test was carried out to prove the reduction effect of settlement and to estimate the optimal installation length of the FLP. As a result, the installation of the FLP reduced the settlement of the lateral ground and prevented the leakage of lateral ground soil into the cavity. If the stiffness of the FLP is small, the state or active earth pressure is generated in the upper part, which is not favorable for stability. But if the stiffness of the FLP is high enough, the passive earth pressure area is generated in the upper part, which will be advantageous for the stability. Also, the increased installation length of FLP is effective to reduce the settlement. And the ratio of the optimal length of the FLP to the box structure height (H = 250 mm) are flexible FLP 1.38, stiff FLP 0.73.
This paper presents the simplified but more rational analysis method for the prediction of additional internal forces induced in integral abutment bridges. These internal forces depend upon the degree of restraint provided tc the deck by the backfill soil adjacent to the abutments and piles. In addition, effect of the relative flexural stiffness ratio among pile foundations, abutment, and superstructure on the structural behavior is also an important factor. The first part of the paper develops the stiffness matrices, written in terms of the soil stiffness, for the lateral and rotational restraints provided by the backfill soil adjacent to the abutment. The finite difference analysis is conducted and it is confirmed that the results are agreed well with the predictions obtained by the proposed method. The simplified spring model is used in the parametric study on the behavior of simple span and multi-span continuous integral abutment PSC beam bridges in which the abutment height and the flexural rigidity of piles are varied. These results are compared with those obtained by loading Rankine passive earth pressure according to the conventional method. From the results of parametric study, it was shown that the abutment height, the relative flexural rigidity of superstructure and piles, and the earth pressure induced by temperature change greatly affect the overall structural response of the bridge system. It may be possible to obtain more rational and economical designs for integral abutment bridges by the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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