刚性桩复合地基与临近基坑支护结构相互影响的离心模型试验

目前缺乏复合地基与临近基坑支护结构相互影响的相关研究。为了研究复合地基及其支护结构受侧向开挖的影响,通过两组相同荷载相同支护结构、不同置换率的复合地基侧向开挖离心模型试验,分析了桩轴力及侧摩阻力、桩土应力比、桩间土竖向应力、桩弯矩和支护结构弯矩随开挖的变化规律,及其受置换率变化的影响。结果表明:桩轴力、桩土应力比、桩弯矩及支护结构弯矩随开挖递增,桩侧摩阻力及桩间土竖向应力受开挖影响较小,桩身上部摩阻力方向向下,桩身下部向上,支护结构弯矩最大值位置随开挖逐级下移;距基坑的距离决定桩弯矩的大小和变化形式,在距基坑较近处因桩土不均匀沉降明显,桩顶上刺入褥垫层,褥垫层对桩顶有水平约束,引起桩上部负弯矩;除置换率对桩间土竖向应力影响较小外,上述各项力学性状均因置换率的增大而减小,其中支护结构弯矩减小程度最大,表明复合地基置换率增大能够有效改善复合地基和支护结构受力性状,增强其侧向基坑开挖安全性。     

路堤荷载下现浇X形桩复合地基承载特性数值分析

以江苏省南京长江第四大桥北接线工程N1标段现浇X形桩软基加固段为工程背景,建立了路堤荷载作用下现浇X形桩复合地基数值分析模型,开展了现浇X形桩复合地基承载机理的分析,并采用现场实测沉降曲线验证了分析方法的合理性.就填土期和运营期地基土固结对现浇X形桩桩身轴力和桩侧摩阻力的影响进行分析,探讨了褥垫层模量、褥垫层厚度、桩体模量、桩端土模量对桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比的影响.结果表明:随着路堤的填筑和地基土的固结,桩土应力比先快速后缓慢增加并逐渐趋于稳定,中性点逐渐下移;褥垫层模量和厚度的增加对调节现浇X形桩桩土应力分配有明显的作用;由于现浇X形桩为摩擦刚性桩,桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,桩端土模量和桩体模量对桩身轴力和中性点位置的影响较小;路堤荷载下现浇X形桩的桩土应力比可在30左右,褥垫层模量建议取为20～50 MPa,厚度为30～50 cm.     

基坑开挖对超深软土复合地基桩体的影响研究

复合地基中素混凝土桩是一种易脆性折断的桩体。为研究场地真空预压及基坑开挖作用下超软超深软土区域桩体的受力特征,本文采用数值计算分析了真空预压及基坑开挖作用下素混凝土桩的轴力、弯矩和剪力变化规律。结果表明：越靠近基坑开挖侧,桩体位移越大,近基坑侧桩身上部至下部轴力逐渐减小,而弯矩主要分布在群桩的两侧并随开挖的进行逐渐增大;轴力和弯矩最大值出现在桩身1/3处,分别达到了85kN和13.5kN·m/m,剪力最大值处在开挖面标高位置为5.5kN/m,桩体的承载能力验算表明受拉侧会出现断裂。最后基于超软超深软土区域素混凝土桩的成桩特点,提出了防止桩体断裂的施工措施。     

刚性基础下长短桩复合地基桩桩相互作用机制的模型试验

为了进一步了解刚性长短桩复合地基桩桩桩相互作用机制,本文通过室内模型试验,对比分析了单桩复合地基与四桩复合地基的荷载-沉降曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比和桩顶上刺入的试验结果。单桩复合地基与四桩复合地基中,各桩在位于距桩顶1/3桩长处出现轴力拐点和桩侧摩阻力中性点。但由于长桩与短桩相互作用,四桩复合地基中长桩的轴力出现第二个轴力拐点和桩侧摩阻力中性点,而短桩受到影响较小,且随着荷载的增加,短桩对长桩轴力的影响逐渐减小。     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

深基坑开挖对扩底抗拔桩承载性能的影响

有限元数值模拟研究表明,基坑开挖土体回弹在扩底桩桩身引起较大的轴力,桩身的中性点位置靠近扩底端。在考虑基坑开挖影响时,桩身的真实轴力远较未考虑基坑开挖影响时大,且轴力的最大点并非在桩顶加载部位,在设计时应充分注意到这一特点给予桩身足够的配筋量。与轴力相应,在基坑开挖后,桩侧表面即存在较大的摩阻力;若忽略该部分摩阻力的存在,将导致对上拔荷载作用下桩侧摩阻力估计的较大偏差。承受上拔荷载后,扩底桩桩端阻力承担了37%左右各级荷载的增量,体现了扩底端在抗拔荷载作用下的有效性。     

柔性基础下复合地基模型试验研究

应用室内模型试验,对柔性基础下复合地基的桩间土应力、桩体轴向应力、桩顶应力进行了测试,研究不同工况下的变化规律,结果表明桩体轴向力在基础以下两倍桩径深度以内基本相等,从两倍桩径深度以下到有效桩长处,桩体应力随深度的增加而减小;桩土应力比随着桩底持力层强度的提高而增大,随着上部荷载的增加而逐渐趋于稳定。     

素混凝土桩复合地基荷载传递机理的试验研究

为研究带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程 ,设计了一组足比例尺单桩复合地基试验 ,在桩身内埋设钢弦式应力计测出了桩身轴力 ,并由此得出桩侧摩阻力。从实测结果与散体桩、无垫层带台单桩的桩身轴力、侧摩阻力分布对比分析可以看出 ,三者传力机理是不同的。与散体桩相比 ,素混凝土桩复合地基中荷载沿桩身全长传递。与无垫层带台单桩相比 ,桩侧摩阻力从加荷开始在桩周上部土层即出现负摩阻 ,使得桩身轴力最大点不在桩顶而在中性点处。带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小 ,同时中性点位置逐渐上移 ,相当一部分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐渐变为正摩阻力。该负摩阻力使桩从加荷开始就承担较大荷载 ,并使桩下部的摩阻力也能得到充分发挥 ,进而使桩在全过程都发挥了作用。同时 ,桩周土体的承载力也得到增强     

欠固结土中单桩负摩擦效应研究

本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应,建立了桩和土体协同作用的三维计算模型,对桩土沉降过程进行了内力和变形计算,分析了不同欠固结土厚度和桩顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚度为定值时,桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小,桩顶荷载越大,"中性点"位置越靠近地面(即上移),欠固结土厚度越大,"中性点"位置越远离地面(即下移);桩体轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势,轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置,即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应,受桩顶荷载大小的影响,轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大,土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大,土体的沉降量也逐渐增大,但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。     

钢管桩逆作复合基础竖向承载性能试验研究

为了研究砂性土中钢管桩复合基础的承载特性,设计了模型桩系列试验。结果表明:对于单桩复合基础,封桩前阶段的荷载全部直接由承台底砂土承担,封桩后阶段桩体达到极限承载力之前,桩体分担的荷载占荷载增量的73.5%～92%,当桩的承载能力达到极限后,随着荷载的继续增加,桩分担的荷载比例较之前衰减明显,而土体分担的荷载比例增加。钢管桩八桩复合基础中,桩身轴力在桩身上部的衰减梯度明显小于中下部,角桩衰减速率最大,边桩次之;桩身摩阻力自上而下逐渐发挥,桩顶以下1.55 m处摩阻力达到最大;每级荷载作用下,角桩的侧阻力大于边桩。钢管桩群桩复合基础的竖向承载力远大于相对应的高承台群桩承载力。     

不同桩长对无持力层刺入工况下刚性网格–桩加固路基的影响

 根据刚性桩复合地基和桩承式路堤在有持力层刺入工况下的薄弱部位,分析刚性网格–桩复合地基中张拉网、刚性网格和附加桩对薄弱处的加固作用,研究有、无持力层刺入2种工况下刚性网格–桩复合地基受力和变形在不同桩长影响下的变化特征,对刚性网格–桩复合地基是否适用于无持力层工况进行可行性探讨。研究结果表明：在无持力层刺入工况下,刚性网格–桩复合地基大部分边桩弯矩和剪力较大,当桩长缩小,其分布区域向路堤中心方向扩散;当桩长增加,大部分桩桩体荷载比增大,边桩弯矩及剪力、路堤沉降和路堤外侧竖向变形减小;可通过增加桩长,利用PTC管桩放宽中桩截面,减小附加桩桩径,使刚性网格–桩复合地基实现优化并适用于无持力层刺入工况。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

深层搅拌桩复合地基沉降变形研究

通过现场复合地基静载荷试验和桩土应力比的测试,探讨了水泥土复合地基桩距拉大以后桩土应力比和承载变形机理。对桩距s=(2.57~2.64)d的复合地基而言,由于搅拌桩周侧摩阻力的充分发挥,桩间土中的应力不会相互叠加,使复合地基的加固区形成较为坚实的“加筋复合垫层”,从而有效扩散应力,使得复合地基的沉降量大大减小。     

夯实水泥土楔形桩复合地基承载特性试验研究

 针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组等截面桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究4组复合地基在相同条件下的平均沉降和平均桩–土应力比随荷载变化的规律以及荷载传递规律。试验结果表明：夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩–土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩–土应力比较夯实水泥土等截面桩复合地基的大;随侧壁倾角的增大,夯实水泥土楔形桩桩身轴力的衰减速率不断增大,随荷载传递深度不断减小,楔形桩的工作性状远优于等截面,且侧壁倾角越大,桩体的性状能得到较好地发挥。     

现浇X形桩复合地基静载荷试验研究

结合南京市桥北污水处理厂软土地基处理工程,开展了现浇X形桩单桩、单桩复合地基和多桩复合地基的静载荷试验研究,现场测得其荷载-沉降关系曲线、桩身轴力与桩侧阻力、桩土荷载分担与桩土应力比、桩侧阻力与桩端阻力的分布规律,重点论述分析了多桩复合地基竖向承载力的变化特性和规律。试验研究结果表明:X形桩单桩承载力、单桩及多桩复合地基承载力均符合设计要求;布桩间距、布桩方式及桩长是影响单桩复合地基承载力的主要因素;多桩复合地基的受力特性及变形规律与单桩复合地基基本相同;多桩复合地基桩侧阻力的整体分布规律符合传统圆形桩特点,且中性点位置在桩长的1/4～1/3处;在满足设计要求时,桩土荷载分担比例桩约为63%、土约为37%,桩土应力比约为27;桩的最大侧阻力值是桩承载力值的73.2%,具有典型的摩擦桩的特性。试验研究成果为X形桩复合地基在市政构筑物软土地基处理设计和施工应用提供了可靠的参考依据。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。     

Internal force calculation and supporting parameters sensitivity analysis of side piles in the subway station excavated by Pile-Beam-Arch method

The Pile-Beam-Arch (PBA) excavation method is widely used in subway station construction for it greatly reduces ground settlement caused by excavation. The stress state of side piles is extremely complex in the supporting system of the subway station excavated by PBA method. This paper deduces the internal force calculation formula for side piles under the most unfavorable loading state with the vertical force considered. Testing apparatus which can model the actual loading state of side piles are designed. Single-factor sensitivity analysis is conducted by means of the reduced-scale model test and numerical simulation to study the three supporting parameters (i.e. pile diameter, pile spacing and buried depth). Results indicate that: the additional bending moment induced by the vertical load at the pile top should be considered in internal force calculation of side piles; values from the deduced theoretical calculation formula agree with the test values; horizontal displacement of the pile body reduces significantly and the bending moment increases greatly with the increase of pile diameter or the decrease of pile spacing; the pile bottom basically meets the constraint condition of the fixed end when the buried depth is two times of the excavation depth. Under the test conditions of this paper, critical sensitivity values of three supporting parameters, i.e. pile diameter, pile spacing and buried depth, are respectively 32 mm, 2d (pile diameter) and 2h (excavation depth). It’s more economical and effective to adopt the scheme of increasing pile diameter than the scheme of narrowing pile spacing when there’s a high requirement for displacement control of side piles.     

深基坑开挖对坑底桩受力变形特性的影响研究

随着基坑开挖深度不断加大,基坑开挖过程对已施工坑底工程桩的受力和变形影响不容忽视,针对该问题,对深开挖条件下桩基进行了桩身内力及位移的工程现场实测。对比分析不同位置及不同长度的坑底桩基在开挖过程中的受力和变形规律。结合工程建立三维数值分析模型,基桩采用钢筋混凝土损伤模型,探究了基坑开挖深度、桩的相对位置等因素对桩身轴力、桩土侧摩阻力和桩身刚度的影响规律。结果表明：基坑开挖过程中,桩身受拉力作用;桩身混凝土在产生塑性应变前,桩身拉力随开挖深度增加逐渐增大;桩身混凝土应变超过极限拉应变后,拉力开始逐渐降低,桩身塑性区侧摩阻力变化显著。此外,坑底桩位置和桩长是影响其受力变形特性的重要因素。相同位置处,长桩的桩顶竖向位移更小;靠近基坑中心部位的桩顶竖向位移大,桩身塑性拉应变区较大。