堆载下隔离桩对群桩承载及变形特性影响分析

工程建设和工业厂房日常使用中经常存在大面积堆载.隔离桩能阻隔堆载下的地应力传播,削减堆载对周边的影响,这一点已得到学者们的认可;但大面积堆载下隔离桩对群桩承载能力及其变形特性的影响,尚缺乏系统研究.本文通过建立多个考虑桩土相互作用的有限元数值模型,定义了隔离桩对群桩极限承载力提高效应系数和堆载下群桩承载力降低率两个指标,分析了隔离桩的存在对群桩竖向承载力、桩间地表土体沉降及承台沉降的影响.发现设隔离桩能提高群桩竖向承载力约15%,降低承台沉降约1/5,抑制桩间地表土体沉降达2mm,促使隔离桩与最外侧基桩间地表土体微拱.研究成果可为正确认识隔离桩的作用提供参考.     

堆载和桩顶荷载组合作用下的桩土响应分析

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明:负摩阻力主要出现在0.37~0.64倍桩长位置;当堆载小于或等于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下先增大后减小并逐渐过渡到正摩阻力;当堆载大于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下逐渐减小然后过渡到正摩阻力;桩体最大轴应力与堆载和桩顶荷载具有明显的二元线性相关性;中性点位置变化规律受桩顶荷载和堆载组合值的影响,根据此规律得出二元方程式,可用于快速估算中性点的位置。     

不平衡堆载下单桩水平承载性状的数值分析

工程桩周围经常会存在不平衡的堆载现象,大面积填土引起的荷载对相邻建筑物桩基的影响主要集中在三个关键问题：负摩阻力问题、被动桩问题和土体的蠕变效应与时变效应问题.本文采用有限元软件ABAQUS对新吹填区不平衡堆载的桩土模型进行有限元计算,从堆载高度、距离和宽度三个方面对不平衡堆载的单桩水平特性的影响进行了比较分析,可为实际工程提供一定的参考.     

基桩下拉荷载的计算

基桩的下拉荷载是由于桩侧存在负摩阻力而引起的。因此,要计算下拉荷载,应先确定负摩阻力标准值。依据相关资料归纳总结了负摩阻力产生的原因和条件,阐述了负摩阻力标准值的计算过程,列出了减小负摩阻力的工程措施,供工程技术人员参考。     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响,但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式（倒楔形面和扩大头）变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV（Particle Image Velocimetry）技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的;本文试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

软土地基桩侧表面负摩阻力解析模型

考虑了桩土的相互作用，利用太沙基固结理论建立了桩侧表面负摩阻力非线性解析模型，在此基础上分析了软土地区桩倒表面负摩阻力的影响因素．结果表明，桩体特性、土体特性、桩土界面强度、堆载及土体结构性等对桩基负摩阻力均有不同程度的影响．为类似地层条件下桩基础承载力的设计提供有益参考．     

桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为了研究桩土之间的相互作用机理,利用数值方法建立桩土计算模型,分析桩顶荷载作用下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置的变化规律以及桩周土体的位移.研究结果表明:桩侧负摩阻力沿桩身先增大后减小,并逐渐过渡到正摩阻力;随着桩顶荷载的增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点位置上移;桩体轴力沿桩身呈现先增大后减小的趋势;受到桩侧摩阻力的作用,位于地表的桩周土体沉降受到一定影响,其影响范围随桩顶荷载的增大而减小.     

考虑固结效应的高填方夯实地基桩侧负摩阻力计算方法

依托在高填方夯实地基上进行的桩侧负摩阻力现场试验,根据负摩阻力测试结果,提出考虑固结效应的高填方夯实地基桩侧负摩阻力计算方法。该方法对高填方地基强夯加固区与非加固区分段进行侧摩阻力计算,采用太沙基一维固结理论计算桩侧土沉降,反映固结效应对桩侧摩阻力的影响,利用土-混凝土界面直接剪切试验得到桩土荷载传递函数,反映桩土相对位移对侧阻力发挥程度的影响,采用有限差分法求得计算公式的数值解,并将计算结果与现场试验结果对比分析。结果表明,采用文中推导的公式计算的桩侧负摩阻力沿深度的变化趋势与现场试验测试结果一致,现场实测桩侧负摩阻力值约是理论计算值的1/2,工程应用时可将理论计算的桩侧负摩阻力值乘以0.5的折减系数。     

苏通大桥主塔墩基础群桩效应研究

在苏通大桥主塔墩群桩基础与土体共同作用三维非线性有限元方法分析的基础上,研究了群桩效应对高桩承台底面受力与变形特性、基桩轴力分布、桩侧摩阻力、桩底土附加应力的影响以及桩数变化对群桩效率系数的影响,拟合得出了苏通大桥基桩轴力和群桩效率系数的计算方法.结果表明,在桩径和桩距一定的条件下,群桩效率系数的变化幅度随桩数的增加逐渐减小,并最终趋于定值.     

列车动荷载影响下深基坑支护结构变形及隔离桩隔振效果研究

随着城市轨道交通迅速发展,深基坑工程在已运营地铁旁施工已较为常见。为研究列车动荷载作用下深基坑支护结构变形规律以及评价隔离桩的隔振效果,以武汉市华中科创产业园超大深基坑工程为背景,采用激振力函数模拟计算列车动荷载,通过FLAC3D有限差分软件模拟分析列车动荷载以及隔离桩对深基坑支护结构变形的影响,并将现场监测数据与数值结果对比分析,验证数值模拟方法的可靠性。研究结果表明：激振力函数模拟列车动荷载输入数值模型得到的基坑支护结构变形规律与现场实测基本一致;列车动荷载对基坑支护结构变形影响较小,列车动荷载作用下地表沉降和围护桩变形各增加了1.3mm、3.6mm;隔离桩对列车动荷载具有较好的隔振作用,使地表沉降和围护桩变形分别减小了28%、6.8%。研究成果具有一定的实际推广价值,能为类似工程提供参考。     

嵌岩桩水平承载力地基反力Matlock法分析

嵌岩桩在海上风电、跨海大桥等结构中的应用十分广泛,但在嵌岩桩水平承载特性方面的研究仍有较多不足。弹性地基反力法中的m法在我国是用于计算水平承载桩承载力时应用最多的方法,但地基反力m法针对嵌岩桩缺少合理的取值方法。本文基于现场试验数据建立并验证有限差分数值模型,通过数值模拟与参数分析,研究了岩体力学参数和桩基参数等因素对桩岩相互作用的影响,提出了m法中地基反力系数比例系数的拟合计算公式。通过现场试验数据对文中提出的方法进行了验证,计算结果与实际情况较为相符,通过与其它方法比较,本文提出的修正m法相对非线性的p-y曲线法具有取值计算较为简便的优势。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩,研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

基坑底部抗拔桩对下卧隧道群竖向变形影响分析

以杭州市某河道开挖为背景,利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,研究了河道开挖过程中,抗拔桩对抑制下卧隧道群隆起的作用效果。结果表明,抗拔桩长度越长,隧道隆起越小,当桩长超过一定长度,其抑制隧道隆起的作用削弱;隧道纵向一定范围内的隆起受抗拔桩的影响,此范围外几乎无影响,且隧道埋深越大,其受影响的范围越小;基坑两侧抗拔桩对抑制隧道隆起作用较小,因此适当减小基坑两侧抗拔桩的长度,形成长短结合的抗拔桩,对于减小隧道隆起,同样效果显著,且在一定程度上降低了工程造价;推导非等长抗拔桩下,隧道抗浮验算公式,计算简单,便于应用。     

灌注螺纹桩承载机理与计算方法

通过室内模型试验和数值分析研究了灌注螺纹桩的竖向承载机理.室内模型试验和数值反分析结果表明,灌注螺纹桩承载力取决于土体抗剪强度,承载力达到极限值时,桩周土体出现竖向剪切带.采用数值方法进行了参数分析,研究接触面属性、土体抗剪强度和螺纹桩构造尺寸等不同因素对其承载力的影响,进而分析承载机理及其规律.结果表明,影响螺纹桩竖向承载力的关键因素为土体抗剪强度指标、螺纹桩螺距和螺牙宽度.在此基础上提出了螺纹桩承载计算公式,并用现场试验和数值分析结果进行了验证.     

混凝土管桩水平受力性状有限元分析

根据文克尔地基模型,假定地基土的水平抗力系数沿深度成线性变化,利用有限单元法对水平荷载下混凝土管桩的水平位移、桩身弯矩等变形特性及其影响因素进行分析。通过对桩径、桩周土水平抗力系数的分析发现：桩径对桩顶水平位移的影响较大,对桩身弯矩的影响较小;而土体水平抗力系数对水平位移和弯矩都有较大的影响。此外,对具有相同有效截面积实心桩和管桩的水平抗力性进行比较,结果表明,相同条件下,管桩的水平抗力效果较好。     

旋喷搅拌加劲桩抗拔试验及荷载传递分析

介绍了高压旋喷搅拌加劲桩与普通锚杆之间的异同及其工程应用情况。总结了江苏省靖江市某基坑工程旋喷搅拌加劲桩抗拔试验过程和抗拔试验加载-卸载曲线。采用双曲线荷载传递函数对单根加劲桩进行了荷载-位移分析;并与试验结果进行了对比。在荷载传递函数的基础上,提出了单根加劲桩周边土体的变形计算公式、土体剪应力的衰减模式;继而分析了单桩的影响范围,给出加劲桩最小间距确定方法来避免群桩效应。     

群桩基础的可靠性分析

用一维高斯随机场理论，研究了钻孔灌注桩极限承载力的统计参数。相关函数法和方差函数法被用来计算土层的相应范围，通过静力触探和静载荷试验确定钻孔桩的极限承载力的统计特性。考虑到群桩效应，通过桩基础的沉降量来计算其效应，而且单桩和群桩的可靠度由Monte-carlo法来确定。最后与不考虑随机场理论的结果进行比较，系统地研究了桩基础在竖向荷载作用下的可靠度。