桥梁桩基穿越溶洞的荷载传递机制试验研究

为探明公路桥梁桩基穿越溶洞的荷载传递机制,开展了回填法处理溶洞时桩基荷载传递机制现场试验,结合数值仿真方法,研究了回填法处治溶洞时穿越不同高度溶洞的桩基竖向承载特性和荷载传递机制,提出了不同洞高下回填材料引起的桩侧负摩阻力最大值及其分布范围占比的变化规律。结果表明：岩溶区桩侧负摩阻力的产生受溶洞类型的影响,填充型溶洞桩侧土体沉降较小,可为桩基提供较小的正摩阻力;非填充型溶洞桩侧土体沉降较大,桩侧表面会产生负摩阻力;采用回填法处理溶洞后,穿越溶洞桥梁桩基的竖向极限承载力随洞高增加而逐渐减小;洞高由3 m增加至12 m时,桩基竖向极限承载力对应的桩侧负摩阻力分布范围占洞高的比例由0%增加至27.14%。建议在实际设计中采用回填法处理溶洞时,应考虑穿过溶洞桥梁桩基在溶洞范围产生的桩侧负摩阻力对桩基竖向承载特性的影响;洞高为3～12m时,建议在溶洞顶面以下0、0.106H、0.214H、0.271H(H为洞高)范围内按负摩阻力计算桩基承载能力,以确保溶洞处治后回填材料固结沉降期间桥梁桩基承载安全。     

深埋串珠状溶洞的超高层基础设计案例分析

超高层建筑对地基稳定性、地基承载力和地基变形的要求非常高。2007年某市拟建超高层建筑,详勘揭露地表80 m以下地层中分布深埋串珠状溶洞,溶洞顶板厚度薄,串珠状溶洞在水平方向和垂直方向的分布情况及连通性等方面的不确定性较多,若建筑基础浅埋,则地基承载力无法满足设计要求;若建筑基础深埋,则因套管回收及溶洞处理等问题施工的可行性差。设计原则最终确定为基础浅埋方案,首先初步确定满足地基稳定性的前提条件,随后工程设计及施工各专业围绕单桩承载力问题进行讨论并修改专业方案,最终决定应用当时的创新工艺−灌注桩后注浆工艺解决单桩承载力问题。该工程终于在2010年得以推进。工程一期建成后平均沉降与不均匀沉降均很好地满足了规范要求。此次多专业技术联动是勘察设计施工技术一体化的一次成功尝试,相比目前质量进度管理一体化更具前瞻性,也是今后技术优化一体化的发展方向。     

超长桩荷载传递机理研究

本文在分析超长桩实测资料的基础上，对现有的荷载传递函数进行修正，并用实例计算说明修正后的荷载传递函数能很好地反映超长桩的荷载传递机理。     

深圳葵涌西立交桥桩基溶洞的处理方法

以深圳葵涌西互通式立交桥为例，简要介绍桥梁桩基础施工中几种常见溶洞的类型判定及处理方法。     

柔性基础下群桩复合地基荷载传递规律及计算

复合地基沉降及荷载传递规律的研究是复合地基理论中一项非常重要的研究内容,然而对群桩复合地基的沉降及荷载传递规律的研究,在理论上很不成熟。在采用文[1]推荐的竖向变形模式及文[2]推荐的径向变形模式的基础上,利用弹性理论及桩-土位移协调条件建立了桩及桩周土的控制微分方程,并由此推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。通过算例将该方法所得结果与有限元结果进行了对比,同时也与模型实验结果进行了比较。算例及模型实验结果均表明：该方法对分析柔性基础下群桩复合地基的荷载传递规律及加固区的变形具有足够的精度,且该法计算工作量小,便于工程应用。     

基于改进荷载传递法计算降水引起的基桩沉降

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重,若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算,其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式,引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解,结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算,获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法;采用理论推导的基桩沉降解析解,并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法,分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析;有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差,但两种方法计算结果的变化规律基本一致,验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。     

小型溶洞对隧道稳定性的影响分析

根据钻探、物探资料,拟建南京地铁3号线滨江路站—五塘村站沿线穿越的灰岩地层中有数量较大的洞径为2～3m的小型溶洞。通过对该地区地质背景的分析发现,岩溶明显受断裂构造控制,溶洞发育规模小但数量多,对开挖后隧道的围岩稳定性有一定的影响。采用数值分析法研究了小型溶洞尺寸、与隧道位置关系等不同因素对隧道围岩稳定性的影响。计算结果表明,当溶洞尺寸和位置变化时,围岩塑性区也发生变化,塑性区面积随着溶洞尺寸的增大而增大。溶洞位于拱肩时塑性区面积最大,对围岩的稳定性影响大,位于拱腰时最小。隧道开挖后拱顶和拱底处最易破坏,相近条件下串珠状溶洞比单个溶洞的危害性要大。     

桩端荷载与地震耦合作用下溶洞顶板的破坏特征及安全厚度计算

桩基支撑于溶洞顶板的情况时有发生,研究地震作用下桩端溶洞顶板的稳定性具有重要意义。根据相似定理和分离相似设计方法,基于振动台模型试验对顶板厚度及溶洞直径变化下桩端顶板的动力响应特征进行了研究。结果表明,桩端溶洞顶板在地震作用下的破坏模式与顶板厚度及溶洞尺寸大小密切相关,一定顶板厚度情况下溶洞尺寸较小时(洞径l≤2d,d为桩径)表现为剪切破坏,而洞径较大时(如l≥4d)为显著的冲剪破坏,洞径越大,冲切块体积所占比例越大;基于振动台试验得到的岩溶顶板破坏模式,结合拟静力法构建了可考虑岩体特性、地震烈度及桩径大小影响的最小顶板安全厚度理论计算模型。通过算例分析表明,最小安全厚度相比静力条件下要大,且随地震烈度的增强而增大,相同条件下冲-剪破坏的计算值均大于剪切破坏情况,说明地震环境下溶洞尺寸越大,所需顶板厚度越大。其成果可为实际工程中岩溶顶板安全厚度的计算提供理论基础。     

桥梁桩基主动托换中顶升荷载的简化计算

以福州地铁1号线盾构隧道下穿洗马桥的桩基主动托换工程为依托,针对桥梁上部结构-桩身-土体三者共同组成的复杂超静定结构,运用数值模拟方法和现场实测数据,分析了在不同顶升荷载作用下复杂超静定结构的内力与位移响应,重点讨论了托换过程中上、下部结构的相对刚度及其对顶升荷载的影响;根据顶升荷载作用点以下桩身轴力接近0的条件,确定了桥墩盖梁与薄壁桥台梁两种典型工况下的桩基顶升荷载分别为1 800 kN和2 600 kN。现场监测结果表明,顶升过程中上部结构的位移值和桩身轴力变化值,均与计算结果吻合较好。在此基础上,提出基于上、下部结构刚度比的顶升荷载简化计算方法,研究结果可为类似复杂超静定结构的桩基主动托换工程提供参考和借鉴。     

考虑时效作用的桩基承载力计算方法研究

采用空间轴对称固结有限元结合修正剑桥模型，用柱形孔扩张对沉桩过程进行模拟，求出不同时期桩周土中的应力，从而得到不同间歇期桩侧的最大摩擦力。应用荷载传递法对桩基承载力进行计算，结合桩周土体剪切强度、应力状态的变化，得到了考虑时效影响的桩基承载力的计算方法。实例计算表明，结果较合理。     

超厚细砂地层大直径后压浆桩荷载传递计算与分析

为了研究超厚细砂地层大直径后压浆桩的荷载变形特性,基于石首长江公路大桥8根大直径钻孔灌注桩现场静载荷试验结果,分析大直径后压浆桩的荷载传递特性,采用BoxLucas1函数的荷载传递模型,在考虑浆泡半径和桩身水泥结石体厚度的基础上建立了后压浆桩荷载-沉降关系的计算方法,并给出了不同土层桩侧、桩端增强因子经验取值范围,通过工程实例验证了方法的合理性;基于实际工程通过改变桩长及桩径,进一步计算分析超厚细砂地层大直径桩承载特性的变化规律。结果表明,该方法能较好地给出后压浆桩荷载-沉降关系的范围,可采用计算结果的下限作为工程设计使用;大直径桩承载性能随着桩长或桩径增加逐渐提高,桩径一定时,大直径桩的承载性能提高幅度随着桩长增加而逐渐趋于缓慢,且桩长达到一定值时,端阻所占比例几乎为0,表明通过增加桩长来提升大直径桩的承载性能受到有效桩长的影响;而桩端、桩侧组合后压浆技术能改善大直径桩的有效桩长问题,并能显著地提高大直径桩的极限承载力和端阻力所占比例。     

单桩沉降计算的荷载传递法讨论

在对现有的单桩沉降计算的荷载传递法进行了详细讨论的基础上，着重对荷载传递法在桩－土滑移、桩端沉降计算等问题处理上，提出了新的看法，并对荷载传递法进行了改进。     

软岩中混凝土灌注桩荷载传递初步分析

根据现场实测资料,把嵌岩段作为一个空间体系来考虑,分析了嵌岩段荷载传递性状,提出参数k的确定方法,初步分析了嵌岩桩的荷载传递机制。     

PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

基于剪胀效应的桩底嵌岩锚杆荷载传递分析法

针对基桩竖向承载力自锚法测试体系中桩底嵌岩锚杆的受力特点,基于锚固体-岩石作用的剪胀机制,建立了适合于桩底嵌岩锚杆的荷载传递函数,并由此推导出锚杆临界锚固长度的解析解。然后,基于该解答探讨了桩底嵌岩锚杆锚固段摩阻力沿锚固长度的分布规律及其影响,并提出可近似考虑各因素综合影响效果的? 值。工程算例对比分析结果表明,其计算结果与实测值吻合较好。     

砂土地层中桩基受力特征试验分析

我国长江中下游沿岸地基中分布有较厚的砂土层,砂土层是桩基的良好持力层。该地区砂性土埋藏浅,厚度大,往往夹杂粉土或粉质黏土,一般随深度增大,砂土变密实。已有研究成果中,针对桩身穿过多层砂土条件下桩基承载力的研究较少。砂土地基中打入桩试验结果表明,砂性土的状态对打入式预制桩的施工产生很大的影响,在松散或稍密的砂性土中沉桩一般比较容易,而在中密或密实的砂性土中则较为困难。本文通过某电厂工程灌注桩现场静载试验,研究了砂土地基中桩身沉降随荷载变化规律,分析了桩身轴力随地层深度变化特征及不同土层的桩侧摩阻力。设计钻孔灌注桩桩径为800mm,桩长为47.2m,桩身混凝土强度等级为C35,桩身穿过9层土层,由现场3根桩静载试桩结果可知,荷载与沉降关系呈非线性,Q-s曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和整体破坏3个阶段, 15m深度以下的粉细砂层侧摩阻力对桩身轴力影响较大, 15m以上粉质黏土和淤泥质土对桩轴力影响较小。根据Q-s曲线确定单桩极限载荷约为4800～5400kN,平均值为5201kN,可满足设计要求,地基中下部砂土层承载力较大,砂土侧摩阻力大于黏性土的侧摩阻力,最大可达到70kPa。所得结论可为该类地基进一步的理论研究及工程设计提供有益的参考。     

水泥粉喷桩荷载传递规律的试验研究

通过水泥粉喷桩的现场足尺试验,测试了极体的应力-应变关系,推算出极侧摩阻力、轴力变化曲线。结果表明,荷载沿桩身的传递有一定范围,桩体的变形、应力、侧摩阻力主要集中在临界桩长范围内,而各量变化梯度在浅部较大。桩侧摩阻力的发挥与极土相对位移有关。桩体破坏也发生在浅层,破坏形式为环向拉裂和桩体横向压碎。     

多层地基中超长桩荷载传递机理的非线性计算方法

目前超长桩的理论远远落后于实践,分析超长桩的受力性能,提出合理的承载力计算模式及相应的计算参数是目前急需解决的问题.论文基于超长桩试验资料,提出与超长桩桩侧土工作性状相适应的弹性-软化-稳定三阶段荷载传递模型;桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性;桩身引入混凝土的Rusch模型,以考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状.通过桩身任意处微段竖向受力平衡,建立考虑桩身混凝土弹塑性关系的桩土体系荷载传递基本方程,在综合考虑桩侧土软化稳定和桩端土非线形的基础上得到与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷栽传递分析方法,并根据模型编制了相应的C语言程序进行实例分析.计算得到的荷栽-沉降曲线与实测的曲线吻合较好.本文方法适用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律.经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该法简单、可靠,且具有较好的适用性.     

桩的荷载传递机理分析

荷载传递函数法是桩荷载传递机理分析的重要方法之一。针对桩－土共同作用过程中的桩周土体分别处于弹性与塑性状态的划分,以天然地基抗剪强度随深度线性增长的规律,由荷载传递函数的基本微分方程解得荷载传递的解析表达式,并以实例说明这种分析思路的实用性。