自重湿陷性黄土浸水对桩基受力的影响分析

假设桩侧自重湿陷黄土浸水变形曲线符合指数形式,推导出了摩擦桩在桩侧土浸水后处于弹性阶段时,单桩侧摩阻力、中性点位置以及桩身轴力的解析表达式。分析了自重湿陷性黄土浸水对桩侧摩阻力及桩身轴力分布的影响,为桩基设计提供依据。     

大厚度自重湿陷性黄土场地桩基负摩阻力计算方法研究

针对大厚度自重湿陷性黄土场地桩基负摩阻力的计算问题。首先,根据现场浸水试验沿深度实测沉降量与Boussinesq的竖向位移解的相似性,提出由地基总的自重湿陷量,计算桩周任意深度土层沉降量的方法;其次,考虑土体剪应力-剪应变的非线性和桩-土相对位移沿径向的变化关系,提出可以同时考虑土的非线性和极限抗剪强度的桩-土荷载传递函数;根据桩身单元的静力平衡,建立了桩身荷载传递计算模型,可计算桩身轴力、桩侧摩阻力、中性点位置和桩顶沉降量。将计算的结果与现场桩基浸水试验实测结果进行对比,表明了所提计算方法的有效性。研究结果可为湿陷性黄土场地桩基设计提供新方法,也可为其他场地桩基承载力计算提供参考。     

隧道开挖引起邻近单桩沉降的理论解

采用两阶段法计算隧道开挖引起的自由场地土体沉降,通过连续分布的土体弹簧来模拟桩土间的相互作用,计算出桩周的负摩阻力,并考虑桩基的端承效应,对隧道施工对邻近桩基附加沉降和附加轴力计算进行了理论研究。     

地面水对黄土地区桥梁桩基承载力影响试验研究

黄土因其特有的工程性质,使位于黄土地区的桥梁桩基础在桩周土受地面水浸湿后产生湿陷变形,该变形引起桩的负摩阻力,降低了桩的承载力。通过陕西芝川河特大桥桩周浸水前、后的荷载试验,对黄土区域桩基浸水前、后的承载性状进行了分析研究,揭示了地面水对黄土区域桥梁桩基承载力性状具有较大的影响;分析了桩及桩周土浸水期间的沉降变化规律。研究成果对黄土区域公路桥梁桩基础的设计与施工具有重要理论价值与指导意义。     

湿陷性黄土桩基承载性状的浸水载荷试验研究

结合西安市东二环—北二环立交工程,在自重湿陷性黄土场地上进行了钻孔灌注桩大型原位浸水载荷试验。通过对立交工程桩基未浸水、浸水前及浸水后三种工况的载荷试验,对桩基的极限承载力和沉降量进行对比研究,分析了桩基负摩阻力强度值及其分布规律,研究成果对黄土区域桥梁桩基础的设计和施工具有重要理论价值和指导意义。     

黄土地区桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究

黄土的工程特性和地层分布具有其自身的特点,黄土地区桥梁桩基桩-土-承台共同工作的研究越来越受到工程界和学术界的关注.在总结国内外研究现状的基础上,通过现场测试和离心试验研究,利用数值仿真技术,结合理论推导,对黄土区桥梁桩基桩-土-承台共同作用进行系统分析:博士学位论文(1) 基于Visual Fortran平台,对大型通用有限元软件Marc进行二次开发,研发了更适用于分析桩基和岩土问题的系列用户子程序包,主要包括:模拟地基初始应力及其释放子程序、移动分布荷载子程序、参数随工况变化的非线性弹性本构关系子程序、接触面单元子程序和动态接触状态子程序等.(2) 进行黄土地区桥梁桩基现场静载试验,试验中布设了百分表、弦式钢筋应力计和混凝土应变计等测试仪器,对各级荷载下的桩顶沉降、桩身轴力、桩端反力及桩侧摩阻力进行现场测试和分析;同时进行现场浸水试验,对黄土湿陷区干燥状态及浸水状态下单桩竖向承载特性变化情况进行研究,揭示地面浸水对黄土区域桥梁桩基承载力性状的影响:分析桩及桩周土浸水期间的沉降变化规律.(3) 建立分析桥梁桩基单桩空间轴对称有限元模型;结合此模型提出计算自重湿陷性黄土地区合理桩长的方法--叠加法,得出当中性点上、下土层摩擦力分布形式相同时,应增加的桩长与摩擦力的分布形式无关,而只与极限摩擦力的大小有关的结论.运用此方法分析自重湿陷性黄土湿陷特性对桩基承载性状的影响规律,结果表明:在极限荷载时,中性点深度与桩长有关;湿陷系数对桩剩余承载力的影响是非线性的;定量给出中性点深度及应增加桩长的范围.基于剪切位移法并利用弹性理论,推导自重湿陷性黄土条件下桩基沉降、轴力及中性点计算公式,并与工程实测进行对比验证.(4) 考虑桩周土体及桩-土接触的非线性,建立分析群桩的三维空间有限元计算模型,分析各种土体和桩体参数条件下群桩基础的承载性状及各参数对群桩效应的影响;对Vesic法进行改进,克服了原公式不能考虑群桩桩长的缺点;通过初应力释放子程序,模拟黄土的自重湿陷,并进一步分析负摩阻力条件下的群桩效应.(5) 利用研发的子程序间相嵌套并结合Marc软件中的死活单元功能,解决了钻孔灌注桩整个连续施工及加载过程数值模拟几个关键问题,利用所建模型结合工程实例分析钻孔灌注桩的钻孔、泥浆护壁、混凝土灌注、混凝土凝固及加载全过程,并对施工过程中地基位移及应力变化规律进行分析.分析表明:孔位钻进及混凝土灌注过程中所产生的地基土应力释放和应力重分布现象,在数值模拟中不能忽略,未考虑施工过程计算的桩的承载力值比实测值偏大.(6) 研制了在离心机运转过程中从事轴向加载的桩基离心试验设备,该设备由加载控制系统、带测试元件的模型桩及位移和应力量测系统等几部分组成,在离心机上进行了9组单桩和群桩的模型试验,研究不同地基条件下桥梁单、群桩的受力特性,着重分析黄土湿陷沉降条件下负摩阻力的群桩效应.     

湿陷性黄土特性对桥梁桩基础的影响

针对湿陷性黄土的工程特性,分析了其对桩荷载传递规律的影响,并探讨了黄土地区桥梁桩基浸水前后的受力特性,总结了黄土地层中桩基设计需注意的问题,提出了消除负摩阻力的技术措施,避免湿陷性黄土给工程造成破坏。     

由桩底土蠕变引起的桩基沉降简易计算方法

简化的Mesri蠕变模型参数简单 ,所需的三个参数可通过常规的三轴流变试验获得。本文采用该模型描述桩底土的蠕变行为 ,用桩的Mindlin附加应力公式计算桩基桩端平面下的附加应力 ,建立了一套计算桩基工后沉降的简单实用的方法 ,同时对相应桩基的工后沉降进行了现场长期监测。计算结果和监测结果的对比表明计算结果可用于初步设计     

后注浆灌注桩在湿陷性黄土中的试验研究

在自重湿陷性黄土地区,通过现场试验及监测对比了普通灌注桩和桩端后注浆灌注桩在设计荷载作用下的桩身轴力和桩侧阻力的变化情况,并通过桩基(竖向)静荷载试验对各试验桩进行了承载力检测。结果表明,位于该湿陷性黄土场地的干作业钻孔灌注桩在后注浆后承载力明显提高,桩身中性点位置下降,同时提供了桩端后注浆灌注桩承载力估算时桩侧阻力增大系数的取值。     

特殊浸水下桩基负摩阻力试验研究

为妥善解决湿陷性黄土地区负摩阻力引起的桩基承载力下降问题,以消除桩周黄土湿陷性为出发点进行新途径和新方法的探索,采用非传统的特殊浸水方式分别对混凝土灌注桩、微型钢管砂浆复合桩进行了现场试验。结果表明:桩顶受荷时采用注水孔与试坑相结合浸水量较大,浸水段桩侧以负摩阻力为主,最大值达319.62 kPa,局部出现正摩阻力;成桩过程中采用泥浆循环浸水量较小,桩周土体在桩顶受荷前完成部分湿陷,受荷后桩侧以正摩阻力为主,局部出现负摩阻力,且数值较小,最大值为32 kPa;特殊浸水条件下桩周土体沿桩身分段湿陷,桩侧出现多个负摩阻力峰值及中性点,正、负摩阻力交错分布;桩基负摩阻力的大小受浸水方式、加载方式、浸水固结时间的综合影响,建议在桩基施工过程中采用合理的施工工艺对桩周土体预先进行微量浸水,消除部分黄土湿陷,以避免由于地下水环境改变而引发的桩基承载力下降。     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的试验研究

为明确碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的效果,依托某深厚湿陷性黄土地基处理工程,开展了碎石桩加固地基的系列试验研究。通过多种方式检测了加固后地基土体的物理力学参数、承载能力及沉降变形,并分析其变化规律。试验结果表明:采用碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基,桩身的密实度在松软土层较低,在坚硬土层较密实,且相同深度的桩身密实度随桩间距的减小而提升;碎石桩对深度1～3 m内的桩间土有较好的挤密效果,对深度3 m以下土层则无显著影响;碎石桩能有效加固湿陷性黄土地基,可消除地基土湿陷性,经加固后的复合地基承载力特征值可提升56.25 %～152.78 %,压缩模量可提升62.90 %～152.78 %,而地基土的干密度和孔隙比与处理前的平均参考值相比则变化较小;桩间距对地基土体的处理效果有较明显的影响,减小桩间距可降低地基土层的后期沉降量;试验区合理的碎石桩置换率为7 %。研究结果可为碎石桩处理深厚湿陷性黄土地基的工程方案及预期目标的设计提供参考。     

软土地区大吨位超长试桩试验设计与分析

温州350 m超高层中超长桩加载2800 t的试桩静载试验设计与分析表明：在地表土质承载力较低场地进行大吨位堆载试验时,可选择桩梁式堆载支墩–反力架装置来完成试验。对超长桩来说,在最大加载条件下,实测桩端阻力仅为桩顶荷载的25%左右,超长桩表现为端承摩擦桩性状。在使用荷载下,桩顶沉降的90%以上来自桩身压缩,在进行超长桩设计时,要充分考虑桩身质量对试桩沉降的影响。同时,桩底沉渣清除的干净与否,也直接影响超长桩的沉降。超长桩桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有较弱的强化效应,因此在超长桩承载力计算时,不同深度土层的桩侧阻力和桩端阻力都应乘以相应不同的修正系数。试验结果显示淤泥土、淤泥质黏土、淤泥夹粉砂土中极限侧阻充分发挥所需的桩土相对位移阀值分别约为5～7 mm、6～8 mm和8～10 mm。     

灰土挤密桩加固湿陷性黄土地基效果分析

结合兰州至重庆铁路工程兰州市榆中县境内的湿陷性黄土地基的加固,从复合地基承载力,桩身灰土的压实系数,桩间土挤密系数等相关数据出发,对灰土挤密桩加固大厚度自重湿陷性黄土场地铁路地基的效果做了分析,达到了预期的处理效果。     

复合地基桩间土应力估算及其在湿陷性黄土地基的应用

本文采用桩与土共同作用的线性分析方法 ,解得复合地基桩土分担荷载 ;再利用集中力作用下土中应力解(Mindlin 193 6)求得桩在土中某点产生的应力 ,利用矩形均布荷载作用下土中应力分布解求得桩间土荷载在土中某点产生的应力 ;最后叠加得到土中某点的附加应力。根据“土中某点的附加应力与饱和自重应力之和小于该点湿陷起始压力 ,则该点不湿陷”的准则 ,分析湿陷性桩间土的承载力在复合地基中的利用价值     

预应力高强混凝土管桩在湿陷性黄土地基中的应用设计研究

高层建筑的迅速发展,大柱网的普遍使用,使得结构设计对地基强度和变形的要求越来越高,以往在湿陷性黄土地区广泛应用的灰土垫层法、灰土挤密桩法等地基处理方法难以满足设计要求。以具有完整的现场荷载试验资料和沉降观测结果数据的工程实例为依托,对预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)在湿陷性黄土地基中的设计应用进行较详细的理论分析、研究和探讨,认为根据土工参数估算的单桩竖向承载力特征值偏于保守;并提出基于单桩载荷试验得出的试桩曲线,考虑上部结构、基础和地基协同工作时的沉降分析计算方法。     

挤扩支盘桩在湿陷性黄土地基中的浸水试验

通过对湿陷性黄土中的3根挤扩支盘桩进行预浸水静载荷试验。结果表明,支盘桩荷载-沉降曲线为缓变型,具有较好的承载性能,荷载传递规律与在非湿陷性黄土地基中具有相似的性质,桩身各段承载力的发挥具有明显的顺序性。试验结果为湿陷性黄土地基中支盘桩的应用提供了依据。     

黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨

 隧道穿越自重湿陷性黄土地层时,可能遭受浸水作用下地基湿陷变形的附加作用而产生结构破坏。针对隧道衬砌结构的湿陷性黄土地基,结合隧道围岩及地基的自重湿陷变形特征,首先,提出浅埋隧道围岩压力、衬砌结构自重荷载构成基底压力和隧道两侧基底面分布土层自重共同作用下地基土的附加应力计算方法,以及考虑地基土自重应力的湿陷压缩应力计算方法。其次,在基本物性与构度、构度与结构压缩屈服应力、孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和结构压缩屈服应力比值关系的基础上,建立自重湿陷系数和湿陷系数的计算方法。依据大厚度自重湿陷黄土场地不同埋深范围黄土具有不同自重湿陷系数门槛值的特征,得到了场地的自重湿陷变形和隧道地基的湿陷变形的计算方法。最后,通过数值计算分析,模拟隧道地基湿陷变形不同沉降差作用下衬砌结构应力场和塑性域发展,随着不均匀湿陷变形的增加,隧道衬砌结构塑性区范围不断增大,并结合铁路路基沉降控制标准,建议隧道地基湿陷变形0～5 cm为一级、5～10 cm为二级、大于10 cm为三级。     

深厚软土超长预应力高强混凝土管桩轴向受力性状的试验研究

通过在管桩的钢筋笼里面添加带应变计的附加钢筋,对珠海保税区深厚软土地基中超长预应力高强混凝土(PHC)管桩进行了轴向静载试验和桩身轴力的测试,探讨了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向承载特性和荷载传递机理。结果表明在深厚软土地基中,超长PHC管桩表现出端承摩擦桩的承载性状,因此应当选择压缩性较小的土层作为持力层;超长PHC管桩的桩端土刚度对桩侧摩阻力的发挥有极大的影响,提高桩端土刚度对桩侧摩阻力有明显的增强作用;适当地增加桩长可以提高桩基的极限承载力;在长细比较大的超长PHC管桩设计中,除了从极限承载力和桩顶沉降来考虑外,还应该注意桩身强度的影响;同时,在沉降计算中,要充分考虑桩身压缩引起的沉降。该试验方法和试验结果对今后PHC管桩的研究和设计应用具有重要的指导意义。