考虑邻近建筑物影响的内撑式排桩基坑支护局部破坏研究

基坑开挖与周围环境相互影响,而邻近建筑物对基坑支护体系局部破坏的影响鲜有研究。通过内撑式排桩支护砂土基坑模型试验,研究了坑外有、无建筑物两种情况下基坑开挖、支撑局部破坏和桩后砂土渗漏对内撑式排桩基坑支护体系受力及变形性能的影响。试验结果表明：受邻近建筑物的影响,随基坑逐渐开挖,平行于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移增大,而垂直于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移减小,同时基坑中部内支撑轴力明显增大,角撑次之,边撑反而减小;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩及反弯点影响较大,而对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小;局部内支撑破坏引起的坑外地面沉降较小,而内支撑连续破坏导致坑外地面产生显著沉降,影响范围为0.12~0.23倍开挖深度,同时临近的未失效支撑轴力显著增大,易引发连续破坏;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较大,对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小。当桩后砂土出现渗漏时,对平行于邻近建筑物长边的支护桩影响更为明显。     

局部破坏对内撑式排桩支护基坑影响的模型试验

为降低实际工程基坑失稳事故发生率,通过室内模型试验研究了支撑失效、土体渗漏等局部破坏对内撑式排桩支护基坑的影响机理。试验结果表明：支撑轴力随基坑开挖加深而增大,靠近基坑中部的支撑轴力增量最大,坑角附近最小;支撑局部失效时,一部分荷载通过围檩传递到邻近支撑,另一部分荷载转换为支护结构的位移协调。当支撑全部失效后,支护结构整体刚度降低,支护体系变为悬臂排桩支护,支护桩位移、弯矩及坑外土体沉降量较支撑全部失效前明显增大;桩后局部土体发生渗漏时,土体迅速垮塌流进坑底形成土堆,同时坑外产生大范围的塌陷区,对周边环境及施工影响较大。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明①水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。②水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。③竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。④负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

考虑渗流作用的深基坑桩锚支护结构内力和变形研究

以天水市某深基坑为研究背景,对预应力锚索内力、支护桩侧向位移及基坑周边地表沉降进行 了监测;采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ有限元分析软件,分别建立考虑渗流和不考虑渗流两种深基坑开挖支护分析 模型,对深基坑开挖过程中桩锚内力和变形过程进行了模拟计算,进一步探讨了在渗流作用下深基坑位 移、内力随基坑开挖深度的变化规律。结果表明:在桩锚支护结构体系下,有限元分析结果与实际监测 结果的预应力锚索内力、支护桩侧向位移及基坑周边地表沉降变化趋势基本一致,均随着基坑开挖深度 的增加呈现增大趋势,直到基坑开挖完成后逐渐趋于稳定;对比分析表明考虑渗流作用分析结果较不考 虑渗流作用更为不利。     

动荷载对微型桩深基坑开挖稳定性的影响

为研究动荷载对临近桥梁微型桩深基坑开挖稳定性的影响，以中国“一带一路”重点贡献项目格鲁吉亚E60高速公路Ubisa-Shorapani(F3)标段工程为主要依托，通过数值模拟分析列车荷载对基坑土体、支护结构内力及变形影响，并将数值计算结果与现场监测数据对比分析。结果表明：相对于无列车荷载，考虑列车荷载作用下近侧桩体最大位移和土体最大沉降分别增大14.5%、20%,基坑整体安全系数减小0.1,在开挖过程中应充分考虑列车荷载对基坑稳定性的影响。不同列车荷载施加方式下，首道支撑所受影响显著，各道支撑轴力变化幅度随开挖从上到下逐渐减小。列车荷载距离基坑边界5 m时近列车侧土体最大沉降比20 m条件下增大3.61 mm,且当距离为20 m时土体沉降几乎不受列车荷载影响，基坑稳定性较好。动荷载时速为120 km/h、距离为5 m情况下桩体内力受荷载影响较大，弯矩及最大弯矩位置深度随荷载距离减小逐渐增大，最大弯矩相比无列车荷载时增大210 kN·m。     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

既有施工基坑加深开挖下复合桩锚支护结构分析

介绍了一种用于加固既有施工基坑加深开挖的复合桩锚支护结构,并使用有限元方法对复合桩锚支护结构变形与基坑整体稳定性进行了深入研究。研究结果表明:随着新旧支护桩间距增大,新桩与旧桩最大水平位移均减小;随着新桩支护高度增加,新桩最大水平位移增大,而旧桩最大水平位移基本不变。基坑整体稳定性安全系数随着新旧支护桩间距增大而增大,而与新桩支护高度基本无关,新旧支护桩间距对基坑滑裂面形式起控制作用。既有施工基坑加深开挖采用复合桩锚支护结构加固时,可通过增大新旧支护桩间距和减小新桩支护高度来控制基坑变形和提高基坑整体稳定性。监测数据表明该基坑支护结构加固设计方法是可行的,具有一定的参考价值。     

锈蚀钢筋混凝土方桩水平承载性能退化规律

为研究锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能的退化规律,根据Fick第二定律,建立氯离子在钢筋混凝土方桩中的扩散模型,并根据初始和边界条件,求得扩散方程的解析解。依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土方桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度。基于Faraday定律,对钢筋混凝土方桩钢筋的锈蚀深度和保护层锈胀开裂时间进行预测。在此基础上,通过引入钢筋混凝土方桩桩身抗弯刚度退化系数,进而对海洋环境下锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能进行分析。结果表明:海洋环境下由于氯离子的扩散引起的钢筋锈蚀对于钢筋混凝土方桩的水平承载性能有显著影响;随着暴露时间的增加和暴露条件的恶劣,桩身抗弯刚度明显退化,桩身负剪力、桩身水平位移和桩身弯矩的最大值逐渐增大;荷载条件相同情况下,与桩身剪力以及弯矩相比较,暴露时间对于桩身的水平位移所起到的作用更为明显。研究成果可为海洋环境下钢筋混凝土桩基础的设计提供参考。     

水利工程中大直径PHC管桩承载力试验研究

结合某一水利工程大直径PHC管桩的地基处理应用,开展了单桩竖向抗压静载试验和单桩水平静载试验,并通过在管桩预制阶段安装钢筋应力计,研究分析了静载试验中桩身的荷载传递规律。研究表明：本工程中混凝土强度C80、外径800 mm、内径580 mm的PHC管桩的单桩竖向抗压承载力极限值不小于2 880 kN,桩顶荷载几乎全部由桩周侧摩阻力承担,桩端阻力发挥较小,属于典型的摩擦型桩。桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力均随着竖向荷载的施加而逐渐增大,并沿深度呈衰减分布。水平荷载下的桩身弯矩呈弓形分布,最大弯矩发生在距桩顶约0.2～0.3倍桩长截面处,单桩水平临界荷载值在150 kN左右。     

不同施工工序对围护结构及周边环境的影响

为了深入研究在不同施工工序下基坑开挖对基坑围护结构的内力和位移及周边环境的影响,运用岩土有限元软件Midas GTS分别模拟了广州某采用桩-锚索支护的高层建筑基坑在不同施工工序下的开挖过程,以及在进行底板施工时不对称堆载对基坑的影响,从而得到了基坑围护结构内力、变形及地表沉降的分布规律。计算分析结果表明:不合理的施工工序对基坑围护结构的内力和位移及地表沉降产生了较大影响,尤其是围护结构水平位移及地表沉降,这使得基坑的稳定性处于不利的状态;该基坑在锚索及时发挥作用比不及时发挥情况下,桩体最大弯矩减少率≥41.77%,地表沉降减少率≥32.75%;基坑底部不均匀堆载使得左、右侧桩体最大弯矩相差＞5%,桩体水平位移相差＞10%。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要的参考。     

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础双向承载结构分析

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础将同时承受上部结构传递的竖向荷载与流水冲击产生的水平荷载,结构受力较平地桩基而言更为复杂。结合某工程实例,通过现场静载荷试验与数值模拟对比,分析了竖向荷载对桩顶位移及桩身应力的影响,研究了钢-混凝土复合桩的应力及桩身弯矩变化规律。结果表明:在竖向荷载及水平流水荷载作用下,柱顶竖向位移约为水平位移的2倍,且当竖向荷载超过300 k N时,桩顶竖向位移显著增加;桩身弯矩呈"S"型分布,桩身上段存在较大负弯矩,且对后桩影响更加明显;外钢管、内部混凝土与内嵌工字钢三者协同受力,荷载传递性能良好;内嵌工字钢在钢混段与嵌固段交界处出现应力集中现象。研究对斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础具有参考价值。     

肋式支护结构支护性能分析与位移预测

肋式支护结构是由钢板桩和与钢板桩刚性连接的肋板组成的新型基坑支护结构,已有工程案例证明其支护性能较好,然而其支护机理尚缺乏深入研究及试验佐证。运用有限元数值分析方法研究了肋式支护结构在基坑开挖过程中的变形和受力特征以及基坑的稳定性,与实测数值进行了对比;分析计算了不同肋板宽度和间距对结构水平位移和稳定性的影响规律,提出了肋式支护结构最大水平位移预测公式,可用来预估实际支护结构的可能位移值。研究结果表明：对于同一个实例工程,相较于传统钢板桩结构,采用肋式支护结构时结构位移和内力显著减小,在肋板宽度为1.60 m、肋板间距为0.80 m时板桩最大水平位移可减小71.56%,板桩弯矩分布得以改变,桩身弯矩大幅减小,基坑稳定性更高;增设肋板不仅使结构抗弯刚度大幅提高,而且能够产生较大的锚固拉力来抵抗前排钢板桩所受的主动土压力。     

不同超挖厚度对围护结构及周边环境的影响

为了深入研究基坑开挖过程中超挖厚度的不同对基坑围护结构的内力和位移及周边环境的影响,运用岩土有限元软件Midas GTS模拟了在不同超挖厚度下深基坑开挖过程,从而得到在不同超挖厚度下基坑围护结构内力、变形及地表沉降的分布规律。计算和分析结果表明超挖厚度对基坑围护结构的内力和位移及地表沉降产生了较大影响,尤其是围护结构水平位移及地表沉降;在超挖的影响下桩和锚索不能同时起到维护的作用,使得超挖下桩后土体变形较大,基坑的稳定性处于不利的状态。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要参考。