深厚嵌岩超长单桩承载性能研究

为了解深厚嵌岩超长单桩的承载性能,以戛洒江特大桥4号墩桩基(采用超长群桩基础,基桩嵌岩段超过50 m)为背景,采用FLAC3D仿真计算软件建立有限差分模型,计算桩顶竖向荷载作用下,不同桩长(71,81,91 m)和桩径(1.5,1.8,2.0,2.2 m)组合单桩的沉降、荷载~沉降变化规律以及竖向荷载分担比例。结果表明:该桥桩身弹性压缩所占桩顶沉降的比例均超过60%,深厚嵌岩超长桩的桩顶沉降大部分由桩身弹性压缩引起;增大桩径对提高深厚嵌岩单桩承载力的效果明显;增加桩长不能明显提高单桩承载力,且增加桩长会增加桩顶沉降;深厚嵌岩超长单桩的桩顶荷载主要由嵌岩段侧阻承担,其荷载分担比例均超过60%;类似地质情况桩基设计时,可适当选择较大的桩径、较短的桩长。     

深厚软土区超长群桩有效桩长确定方法

将单桩有效桩长概念延伸至深厚软土区超长群桩基础中以确定其有效桩长.首先,引入剪切位移法推导得出群桩中各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,并考虑因各桩的存在所引起的位移折减效应,建立了基于桩-桩相互作用的桩侧单位厚度土等效刚度系数表达式.在此基础上,基于荷载传递法建立了各基桩的荷载传递微分方程,并考虑超长桩的荷载传递特性,建立了群桩有效桩长与桩顶容许沉降量之间的关系式,从而得出基于沉降控制的深厚软土区超长群桩有效桩长计算方法,并通过算例验证了该方法的可行性.最后,基于该方法对影响深厚软土区超长群桩有效桩长的各主要设计参数进行了对比分析.结果表明:桩顶荷载、桩土相对刚度及桩径对群桩有效桩长的取值较为敏感,其中,群桩有效桩长随桩顶荷载、桩土相对刚度的增大而呈非线性增长,但随桩径的增大而减小;桩间距对群桩有效桩长的影响相对较小.     

基于试桩实测规律的大直径钻孔桩荷载传递分析

为建立适合黄河中下游以中密~密实粉土、粉细砂及可塑~硬塑粉质黏土为主要冲积地层条件的大直径钻孔桩承载变形计算分析方法,基于郑州市三环快速路工程6个场地18根试桩现场试验结果,在分析桩侧摩阻力和桩端阻力随桩土相对位移和桩端位移发挥规律的基础上,建立大直径钻孔桩桩侧荷载传递模型和桩端承载模型,并给出计算参数取值;通过工程实例计算分析验证计算方法的可行性与合理性,在此基础上,改变桩径、桩长等参数,进一步计算分析该场地条件下大直径钻孔桩承载及变形规律。结果表明:大直径钻孔桩桩径越大,Q-s曲线拐点越明显;荷载较小时,增加桩径对提高大直径钻孔桩承载变形性能的影响更显著;大直径钻孔桩承载性能的提高幅度随桩长增大明显减小,通过增加桩长来提高大直径钻孔桩承载性能存在有效性之问题;未注浆大直径钻孔桩呈现较明显的刺入破坏模式,桩径越大,桩长越小,发生刺入破坏时桩顶沉降变形越小;桩端后注浆可提高大直径钻孔桩有效桩长,随桩长及桩径增大,提高单桩极限承载力量值越大。     

用三维有限元法对超长单桩承载性能的研究

为了研究超长单桩与普通单桩承载性能的异同,基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS,对均匀土中超长单桩的承载性状进行了分析研究。具体分析了桩长、桩径对超长大直径桩承载性能的影响,桩长越长,单桩极限承载力越高,同样荷载条件下桩顶位移越小,但这种提高的趋势变缓;桩径越大,相应桩的极限承载力越低;桩顶荷载位移曲线基本呈缓变型。桩身压缩量随桩长增加而增加,随荷载增加的变化基本上呈线性变化,但是桩长越长,这种变化表现出非线性,即桩身压缩量随桩顶荷载增加的趋势变大。     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程，通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析，并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响；通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形，探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响，随着桩长、桩径的增加而增大；随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时，增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段，管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加，横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大，纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时，较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm，水平向位移减小0.56 mm。经比较，中间无桩的跨越隧道方式更优。     

长短桩复合地基承载性能分析

桩与土的空间作用效应,使长短桩复合地基承载性能与单桩承载性能之间存在显著差异。通过现场静载试验和三维数值计算,对长短桩复合地基承载性能进行了研究分析。结果表明:长短桩复合地基静载试验中,3.5 m管桩的桩土应力比在2到3之间,而5.5 m管桩的桩土应力比在6到8之间;随着桩数的增加,四桩复合地基变形沉降值要大于等同条件下单桩复合地基的变形沉降值;长短桩群桩效应系数为0.616,长短桩复合地基可以弱化群桩效应;随着桩数和桩长的增加,桩土应力比随之增大。受刚性基础下的影响,复合地基中长桩的桩土应力比相对较大,降低了桩间土体受到的荷载值,从而使复合地基整体变形沉降值较小。研究成果可以为相关工程技术人员提供参考。     

群桩水平承载特性关键影响因素数值模拟研究

通过群桩水平承载力现场试验和数值模拟的对比分析,确定了数值计算在管桩水平承载特性研究中的合理性和适用性,并着重分析了桩径、土体模量和竖向荷载对管桩群桩水平承载特性的影响规律,研究结果表明,群桩效应系数随着桩径、土体模量和竖向荷载的增加逐渐增大,数值计算得到的群桩效应系数高于规范法,研究结果可为群桩在设计和施工过程中提供参考和指导。     

多雨冲沟区桥梁桩基横向承载特性模型试验研究

多雨冲沟区桩基础所处环境特殊,冲刷、冲击等横向荷载因素影响桩基础承载力的发挥。为探明该区域桩基础横向承载特性,通过采用自主研发的多雨冲沟区桥梁桩基础室内小比例模型试验平台,最大程度地表征原型的桩土材料、桩土边界条件等技术状态,尽量还原桩基础在实际环境中的受力过程,科学模拟多雨冲沟区桥梁桩基在横向荷载下的受力变化情况。分析桩基础在不同的桩长、冲沟坡度以及桩边距条件下,横向承载力、桩身最大弯矩及其截面位置的变化规律,提出不同斜坡度数下桩基有效桩长的折减系数,给出相关工程技术建议。研究结果表明:随着桩长的增加,桩基的横向承载力逐渐增大,但桩长越长,承载力变化幅度越缓;桩长相同的情况下,坡度越大,桩基础的横向承载力越小。建立了桩基有效桩长计算公式,实践时需考虑不同坡度对应的折减系数;坡度增大,相同条件下的桩基有效桩长逐渐变小。桩身最大弯矩及其截面位置随坡度及桩长的增加而增大,增幅随坡度增大而降低。工程实际上建议:复杂环境下的桩基础处于坡度较大位置时,需适当增加桩顶前缘至岩层坡面间的安全距离,必要时进行边坡专项防护,并对已破损及破碎的岩体采取加固措施。桩基截面配筋计算时,需适当提高距桩顶(20%～30%)桩长范围内的桩基配筋率,坡度大、桩周岩体缺失多等情况需进一步进行专项设计及特殊防护,保证桩基施工安全及后期正常使用。     

设置裙边与桩的沉箱复合基础及承载性能研究

为研究一种底板周圈设置裙边、底板中部设置桩的新型沉箱复合基础的承载性能,尤其是裙边与桩对承载性能的影响机制,基于缩尺模型试验验证的FLAC3D接触面单元与桩结构单元数值分析方法,建立了琼州海峡跨海大桥西线实际地层中的沉箱复合基础三维数值模型,研究了裙边与桩的尺寸参数(裙边高度、桩长、桩径、桩数)和组合方式对沉箱复合基础竖向及水平向承载性能的影响。结果表明:裙边能约束箱底塑性区的开展与贯通,有效提高了沉箱的水平极限承载力,对底面尺寸125m×75m的沉箱基础,单独设置壁厚2m、高度6m的裙边后,设计荷载下裙边可分担47%的水平荷载和26%的竖向荷载;桩端落在相对较好持力层的桩可分担较多的竖向荷载,有效提高沉箱的竖向刚度、控制差异沉降,对底面尺寸125m×75m的沉箱基础,单独设置52根、直径2m、桩长72m、桩端进入4-2硬塑粉质黏土层的群桩基础后,设计荷载下群桩可分担67.8%的竖向荷载和37%的水平荷载;裙边与桩组合设置后,沉箱复合基础的竖向及水平向承载力得到进一步提高,设计荷载作用下,群桩承担64%的竖向荷载和31%的水平荷载,裙边承担14%的竖向荷载和52%的水平荷载。研究成果可为琼州海峡跨海大桥深水基础设计提供重要参考。     

旋喷搅拌加劲抗拔桩原位试验研究

旋喷搅拌加劲抗拔桩(抗拔桩)具有良好的抗拔承载性能，近年来已在多个实际项目中得到推广应用。然而，由于该抗拔承载机理试验研究成果不多，工程界仍按照常规抗拔桩或抗拔锚杆的模式进行抗拔桩的承载力和变形计算。现开展了一系列抗拔桩的现场抗拔原位测试试验，着重分析桩长、锚板数目等因素对该桩抗拔承载力与变形的影响。现场试验结果表明：在抗拔桩达到极限承载状态之前，其单桩荷载-变形关系曲线呈陡降形态；当锚固段桩长一定时，适当减少自由段桩长，可提高抗拔桩的初始抗拔刚度；增加锚板数量不一定能够显著提高抗拔桩的极限抗拔承载力。     

预应力高强混凝土管桩单桩承载力及荷载传递特性研究

在现场试验的基础上,对预应力高强度混凝土管桩单桩承载力荷载传递特性进行了三维数值模拟分析.模拟结果表明:在其他条件相同的情况下,预应力高强度混凝土管桩单桩极限承载力、轴力和桩身侧摩阻力在一定范围内随桩长和桩径的增加而增大.     

夯扩碎石桩群桩承载性状研究

对2个初始直径为0.76m、桩长为2.79m和5.10m的夯扩碎石桩群桩进行载荷试验,并采用三维拉格朗日有限差分程序建立数值模型,模拟其夯扩和载荷试验分级加载过程,并分析了桩土应力比、群桩效应和桩间土单元的应力路径。结果表明:数值分析很好地模拟了夯扩碎石群桩的夯扩过程,群桩夯扩成桩后最大垂直位移位于桩间土中心且表现为地面隆起;计算和实测的荷载-沉降曲线基本一致;2个不同桩长的夯扩碎石桩群桩在各级荷载下的桩土应力比都比较接近,其值在3.8～6.5之间;群桩效应跟桩长与承台宽度比L/Bc相关,群桩负效应随L/Bc的增大而减弱;2个不同桩长的群桩桩间土单元在夯扩过程中其水平应力大于垂直应力,单元应力处于临界破坏状态;夯扩作用在桩间土中产生预应力,提高了土体刚度和夯扩碎石桩的承载能力,靠近桩端的土体单元预应力受桩端夯扩效应影响而增大。     

水平荷载作用下斜桩群桩的有限元分析

采用三维有限元数值方法对斜桩群桩在水平荷载作用下的承载特性进行了研究,对比了相同布置形式的3×3直桩和斜桩群桩的各项响应差异.分析结果表明,在3倍桩径桩间距条件下,斜桩群桩中基本不存在与直桩群桩相类似的群桩效应.斜桩群桩由于较好地发挥了基桩的轴向承载特性,故而整体抵抗水平荷载的能力显著高于直桩群桩.     

竖向荷载作用下现浇X形桩群桩相互作用特性数值分析

现浇X形桩基础广泛应用于高速公路、市政道路等工程软土地基处理,但对于其群桩相互作用特性研究尚不多见。文中应用有限差分软件FLAC3D建立了X形桩和圆形桩的群桩三维模型,并采用现场数据验证了该模型的合理性。引入双桩相互作用系数来定量计算受荷桩和被动桩的相互作用,并且研究了被动桩位置、桩数、桩土模量比和桩间距对群桩相互作用的影响,从而揭示了现浇X形桩的群桩效应。结果表明:桩位和桩间距对现浇X形桩群桩相互作用影响较大;桩数对X形桩群桩相互作用系数影响较小。荷载较小时,桩土模量比和桩距对X形桩群桩相互作用系数有较大影响;随荷载增大,桩土模量比变化对X形桩群桩相互作用系数的影响减弱。现浇X形桩群桩的相互作用远大于等截面积圆形桩,且与等外包圆形桩相似,这对考虑群桩效应进行X形桩基础设计时有参考意义。     

运用FLAC模型分析PHC管桩群桩效应

运用FLAC模型模拟了承台荷载作用下的PHC管桩群桩,得出了荷载-沉降曲线,并与现场所得曲线进行对比分析,结果证明二者吻合较好。然后采用该模型分析了在桩数不变的情况下,桩长L、桩距Sa等对群桩效应及其系数η的影响。结果表明:桩基极限承载力随L和Sa的增长而逐渐增大,但其幅度逐渐减小;η随L的增长而减小,而幅度逐渐降低;η与Sa近似一种线性增长的关系,但幅度随Sa的增大而逐步减缓。     

新疆伊犁河大桥大型群桩基础试验与数值研究

依托新疆伊犁河大桥,基于其单桩静载自平衡试验结果,通过单桩有限元数值模拟与静载试验反演分析,确定土性参数,对大桥施工阶段群桩承载性状作了现场监测,并用ANSYS对承台群桩基础与土体共同作用进行三维弹塑性有限元分析,数值模拟所得群桩中各单桩桩顶和桩底反力与现场监测成果较一致。在用静载试验和现场监测成果验证数值分析的正确性下,用数值分析对群桩在各荷载工况下的单桩反力分布情况、承载变形曲线作了深入分析。结果表明,群桩基础受力处于合理的范围,几乎无不均匀沉降,基础下不同部位桩的受力随上部荷载的增加而有所调整,但最大与最小轴力差相对变化不大。所得结果可为类似的设计工作提供可靠的理论依据和参考。     

桩基对既有高铁隧道群变形影响的数值分析

某拟建地铁停车场运用库上跨高铁隧道群,基础采用桩基础形式,共24根,位于两高铁隧道之间。桩基与隧道的最小净距为3 m,同时近距离跨越三条高铁隧道群。由于高铁隧道顶土体松散、桩顶荷载大、桩距隧道近等特点,桩基施工及桩基荷载可能对隧道产生影响。建立了三维有限元数值模型,模拟了桩基础承担的荷载通过桩土作用,对既有隧道结构应力、变形产生的影响,同时分析了群桩基础叠加效应对既有隧道的影响。     

深厚软基区桥梁桩基竖向承载特性

为了探明深厚软基区桥梁桩基竖向承载特性,采用理论分析与数值仿真方法,建立了深厚软基区桥梁桩基础三维空间模型,分析了不同工况下桩基础的竖向极限承载力、桩端阻力及桩侧阻力的变化规律。研究结果表明:随着软土厚度的增大,桩基竖向极限承载力逐渐减小;当桩端位于非软土层时,随着软土厚度的增大,桩侧阻力减小显著,但桩端阻力无明显变化;当桩端位于软土层时,随着软土厚度的增大,桩端阻力与桩侧阻力均减小,桩侧阻力占极限承载力的比重逐渐增大;当桩基穿越软土层,且桩长大于40m、桩径大于1.2m时,表现出超长桩和大直径桩的特性。     

嵌岩桩抗拔的有限元研究

以非线性有限元分析为基础,对嵌岩桩在上拔荷载作用下承载性状的主要影响参数嵌岩深度、桩岩强度、桩长、桩径等,作了较全面的分析与探讨,可供设计、施工和科研参考。     

超大直径空心独立复合桩基与群桩承载力对比

为研究超大直径空心独立复合桩基的承载特性,确定其合理的结构形式和尺寸参数,采用数值模拟的方法,对比分析了超大直径空心独立复合桩基与传统群桩基础在竖轴向荷载、横轴向荷载下承载特性的异同。结果表明:超大直径空心独立复合桩竖轴向承载力与对应群桩基本一致,但在横轴向承载具有更优异的能力;复合桩的竖向极限承载力中端阻力占比明显大于群桩,应注意桩端承载力的验算;为合理提高复合桩的承载力,应控制桩径D10m并保持L/D≥6,尽可能通过桩侧阻力的增长提高承载力。