考虑深基坑开挖效应的超长灌注桩桩身压缩综合系数的理论分析

对于深基坑坑底以下的工程桩,受开挖效应影响,桩侧摩阻力分布与常规条件下差异较大。基于超长钻孔灌注桩的足尺试验和数值分析结果,研究了常规和基坑开挖条件下试桩不同侧摩阻力分布导致的沉降特性差异。研究结果表明,超长钻孔灌注桩在工作荷载下一般端阻比较小,桩侧摩阻力的分布形式直接决定了桩身压缩综合系数。无深基坑开挖影响时,规范推荐的桩身压缩综合系数计算超长桩桩身压缩量是可行的。但在深基坑开挖条件下,钻孔灌注桩桩身压缩综合系数取值可比现行规范基于不考虑基坑开挖效应的推荐值大20%,不考虑深基坑开挖影响可能导致桩顶沉降被低估。此外,在深开挖条件下,超长钻孔灌注桩的桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d的增大而减小;而常规条件下,桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d变化的规律不明显。     

高层建筑桩基础双套筒工艺消除侧摩阻的施工探讨

钻孔灌注桩及后压浆技术广泛应用于高层建筑桩基础工程中,受场地条件及工期要求等限制,往往在基坑开挖阶段便插入桩基工程施工及检测,以便尽早为工程桩的设计提供参数.在基坑尚未开挖到基底的工况下施工的试验桩,会在基底以上部分产生空桩,空桩部分的桩侧摩阻力会对试验数据产生影响.双套筒施工试验方法能有效消除空桩部分产生的侧摩阻力,实现了近地表进行试桩的施工与检测.北京市通州区某试桩工程采用了双套筒施工工艺,有效地消除了空桩部分的侧摩阻,达到了预期试验效果,可为今后类似工程提供参考.     

开挖卸荷对既有群桩竖向承载性状的影响分析

既有建筑下增层开挖对已有桩基础的影响不同于基坑开挖对坑内桩基的影响。基于工程实例验证的有限元参数,用硬化土弹塑性模型模拟土体,用接触面单元模拟桩土相互作用,建立了桩筏基础-地基-增层开挖三维有限元模型,对增层开挖后群桩基础的竖向承载性状进行研究。分析了桩顶刚度、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻比以及土体回弹的变化规律,并研究了不同桩端土体刚度和增层开挖深度对这些参数的影响。结果表明,增层开挖后群桩中不同基桩表现出不同的承载性状,增大桩端土体刚度可明显提高单桩承载力和端阻比临界值;随着增层开挖深度的增加,侧阻和端阻的发挥程度也随之提高。研究结果有望为地下室增层开挖施工中的结构托换变形控制和补桩设计提供依据。     

大口径钢管斜桩竖向承载特性数值模拟与现场试验研究

目前对倾斜桩现场试验的研究比较少。结合东海大桥风电场二期项目,对40#和41#风机桩位处的4根(2根直桩,2根倾斜桩)试桩用自平衡法进行了竖向承载力现场试验。在试验之前运用有限元软件ABAQUS在合理建模及选取土体参数的条件下对直桩及倾斜桩进行了前期分析,计算结果与后期试验结果接近,将计算及试桩结果进行了分析对比得到:(1)在该工程场地条件下,有限元计算及试验结果均表明斜桩(倾角12°)的竖向极限承载力小于直桩的竖向极限承载力;(2)有限元结果表明,倾斜桩在轴向荷载的作用下,背斜侧土体的沉降值及沉降范围要明显大于向斜侧;(3)试验表明,有限元分析及土体参数的取值是比较合理的,可以为类似工程前期分析提供参考;(4)试验结果表明,2根直桩的极限承载力小于设计值,2根斜桩的极限承载力大于设计值,2根斜桩的桩端阻力所占比例高于2根直桩,桩侧阻力所占比例低于2根直桩。     

基于现场载荷试验的单桩沉降简化计算

基于桩在竖向荷载作用下的桩轴力分布函数,分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律,其计算结果与实测结果较为一致。从单桩Q-s曲线入手,确定各级荷载下桩端平面以下地基土的变形特性曲线,利用该变形曲线可以方便地计算单桩沉降量,其计算结果与实测的单桩载荷试验曲线一致。利用轴力分布函数计算各级荷载下的桩身压缩量和桩端沉降量,进而获得单桩沉降量,其计算结果与按现场测试的轴力分布和侧阻力分布计算的单桩沉降量规律一致,计算结果偏小,能够满足工程要求。     

基于黄河冲洪积地层试桩试验优化 桩基承载力设计的研究

以山东东营某工程为例,基于黄河冲洪积地层试桩试验成果,对试桩试验、试桩单桩极限承载力实测值与预估值相差较大（6.36%～20.19%）的原因进行分析。建立在相同桩顶标高（-5.7 m）条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高（可以换算成桩长）的关系曲线,对工程桩桩基承载力设计方法进行优化。根据桩基检测结果,优化后的工程桩在相同桩长、桩径条件下单桩极限承载力实测值与预估值承载力相比提高约10%,达到发掘地质条件的潜力、减少桩数、节省工程造价的目的。相关试验方法、优化桩基承载力设计的方法可为类似地质条件的工程设计及建立区域桩基承载力数据库提供借鉴。     

桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响

以荷载传递法为基础,研究了桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响。采用考虑桩侧软化的三阶段荷载传递函数,并以三折线模型模拟桩端土劣化或沉渣的影响,通过静力平衡条件建立微分控制方程。以桩端沉降和端阻力为边界条件,并将桩侧双曲线段的非线性两阶常微分方程转化为积分方程,并用数值方法求解,可以得到桩身任意截面的沉降、轴力和侧摩阻力。通过参数分析,研究了不同桩端刚度和不同沉渣厚度下灌注桩的荷载-沉降曲线和桩侧摩阻力的分布情况,讨论桩端条件对单桩荷载传递特性的影响。对两组相邻试桩的工程实例进行分析计算,结果表明,该方法能较好地反映实际情况。     

苏通长江大桥北引桥二期试桩试验研究

苏通长江大桥北引桥二期试桩工程采用自平衡试桩法对4根桩进行了测试,其中2根采用U管桩端压浆技术。根 据未压浆桩端阻实测值与计算结果的比较,计算值偏大,实测值为计算值的0.75～0.95倍。未压浆桩发挥端阻所需位移分别 为16mm、38mm,压浆桩发挥端阻所需位移有所减少,分别为12mm、21mm。压浆后桩端阻力测试值是未压浆桩端阻力测试值 的2.46～3.32倍,是规范计算值的2.46～2.50倍。压浆后,桩端阻力在总荷载中所占比例明显提高,由14.42%～15.39%提 高到22.83%～27.22%。桩端压浆对桩侧摩阻力有较大影响,其显著影响范围约为桩端以上14.27m～19.12m,且发挥摩阻 力所需位移明显减小。     

基坑开挖时立柱桩的沉降计算

在基坑工程中,立柱桩和工程桩形成了长短桩复合桩基础。通过有限元法模拟桩侧摩阻力分布的变化,认为在这种复合桩基础中短桩（工程桩）的存在会影响到长桩（立柱桩）桩侧摩阻力的分布。根据剪切位移法得到考虑短桩影响的计算方法,并将被影响后的长桩桩侧摩阻力分布形式做了等量简化,使之适用于Geddes应力法。提出了利用Geddes应力法计算长短桩复合桩基础沉降的方法,并编制了相应的计算程序PLS,根据实际工程资料进行验算的结果与实测数据基本一致。     

不对称基坑开挖过程中的沉降变形与数值模拟分析

为控制不对称基坑开挖形变、保障基坑稳定性和安全性,开展不对称基坑开挖过程中的沉降变形与数值模拟研究。以西安某地铁坑中不对称开挖工程为例,选取桩体水平位移、桩顶沉降、地表沉降和周围建筑物沉降4个变形指标,对其施工进行监测和Plaxis 3D有限元模拟。研究发现：随着基坑开挖,桩身水平位移不断增加,其最大值为8.23mm;桩顶沉降呈波动趋势,最大值为0.45mm;地表沉降也不断增加,最大沉降值8.81mm,且靠近基坑侧土体沉降较远离侧高15%左右,承载建筑物一侧土体的水平位移较未承载侧高12%;周围建筑物沉降量随着离基坑距离的减小而增加,最大值为9.4mm。通过对比分析发现4个变形指标的实测和模拟结果虽略有差异,但变化趋势基本一致,且4个指标的变形均处于变形控制范围内,不对称开挖过程基坑十分安全和稳定,说明该工程选择的桩-撑联合支护方式能有效控制不对称开挖过程的基坑变形,且在坑中坑不对称开挖工程中使用数值模拟方式能确定基坑开挖方案的安全性。     

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。     

深基坑排桩支护结构空间共同变形分析

考虑深基坑支护结构中圈梁、腰梁、排桩、支撑和地基的空间协同作用,建立了基于共同变形理论的有限元三维分析模型,明确了土压力及地基等效刚度的计算方法。结合工程实例,分析了带圈梁的排桩支护结构的内力、位移及土压力分布规律,并与二维平面分析结果进行了比较,验证了计算模型的合理性和三维分析的必要性。     

深埋隧洞爆破开挖扰动损伤效应的数值模拟

爆破开挖扰动是深埋隧洞损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据隧洞岩体钻爆开挖过程分析了爆炸荷载及开挖荷载瞬态卸荷对岩体的扰动作用,基于LS-DYNA动力有限元程序,提出了利用施加节点反力模拟待开挖隧洞岩体的约束作用,通过控制节点反力的变化过程以模拟开挖荷载瞬态卸荷,采用爆炸荷载变化曲线模拟爆炸作用过程的爆破开挖扰动数值模拟方法,并利用该方法模拟分析了爆破开挖扰动对围岩的损伤效应,结果表明,应力重分布对围岩损伤最大,隧洞围岩损伤区主要由围岩初始应力重分布所导致,爆炸荷载作用将增大围岩损伤区范围,考虑开挖荷载瞬态卸荷作用的围岩损伤区最大,且地应力越高,开挖荷载瞬态卸荷作用对围岩的损伤效应越显著     

Analysis of axial pile-soil interaction in clay

A method for predicting the maximum mobilized side resistance and unit shaft resistance-displacement curves (load transfer functions) on piles in clay is described. The method was derived using a numerical solution to model pile installation effects and a finite element scheme to model pile loading. Results of three well-documented pile load tests on steel piles were used to develop intermediate steps and final solutions, and the method was verified by comparing predicted results to two other load tests. An expression is proposed to represent load transfer functins for use by practitioners for the design of bridge and other foundations in clay.     

深基坑工程软托换技术影响因素分析

“软托换”是近年来工程实践中总结出来的一种新概念,其工作原理是根据基坑与既有建筑物的相对位置(距离)、建筑物重量、基土工程性质、可能产生破坏的类型和破坏的范围,以荷载传递和应力转移的原理为指导思想,设计用更少量的托换结构构件来达到防倾、抗倾的目的。以深基坑软托换工程为研究对象,借助Plaxis ver7.2有限元分析软件,对既有建筑物情况下的深基坑开挖过程采用锚杆静压桩进行软托换设计,并进行有限元模拟,以此来研究软托换对支护结构内力和变形的影响。通过有限元分析可以看出：基坑离既有建筑物的距离、软弱层厚度是影响软托换效果的重要因素。     

考虑基坑开挖影响的群桩基础竖向承载性状数值分析

对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,用接触面单元模拟桩-土相互作用,利用ABAQUS建立桩筏基础--地基--基坑开挖三维有限元分析模型。对基坑开挖影响下的群桩基础竖向承载性状进行了分析,讨论了桩顶反力分布、桩身轴力、桩侧摩阻力以及开挖引起的桩身水平位移及其弯矩的变化规律,并进行了考虑基坑开挖与不考虑基坑开挖的群桩基础竖向承载性状的对比分析。通过研究,取得了基坑开挖对高层建筑桩筏基础影响的基本认识,这些认识对于改进桩筏基础设计理论有一定的参考意义。     

黄土高边坡土钉-预加固桩复合支护体系性状分析

土钉-预加固桩复合支护技术已在基坑及边坡工程中取得了大量应用,但在黄土高边坡开挖中的应用相对较少。基于详细的现场监测数据并辅以有限元数值计算,分析了边坡开挖过程中支护体系受力及变形随时间和空间的变化规律。结果表明：预加固桩的水平位移随着时间的推移与开挖深度的增加呈增大趋势,并最终趋于稳定,同时,桩身剪力及弯矩亦随开挖的进行而不断增大;剪力最大值的位置不断下移,说明边坡的潜在滑动面有不断向下扩展的趋势。与深基坑支护桩的土压力分布相比,土钉-预加固桩复合支护体系中桩后土压力随开挖呈不断减小的趋势,但桩前土压力随着开挖深度的增加,有增有减。随着施工开挖深度的增加,土钉所测得的应力有着明显的增大,说明土钉对抑制坡体变形起到了一定作用。在预加固桩的影响下,桩上方坡体的最危险破裂面为圆弧状,其剪出口位于预加固桩桩顶处。开挖深度较浅时,土钉对整体稳定性的贡献较大,而随着开挖深度的变大,预加固桩的加固效果开始占主导地位。     

缺陷桩荷载沉降性状的非线性有限元分析

采用有限元法对断桩,扩径,缩径等缺陷桩进行分析,得出这类桩荷载沉降性状及其摩阻力与端阻力发挥特性等方面的一般性规律,对桩的设计与施工均有一定的指导意义