打桩对桩周土体阻尼系数的影响

目前大直径超长桩的可打入性分析的准确性是打桩施工顺利进行的重要保障,打桩过程中土阻力预测是其中的关键一环。近几年高应变动测技术迅速发展,凭借其突出优势成为动力沉桩分析的新方法。结合高应变动测试验采用CAPWAP软件对打桩过程中土阻力进行分析,被广泛应用于海洋桩基监测和承载力评估中。CAPWAP程序中涉及的土阻尼系数Js和Jt对承载力计算影响非常大,是非常重要的参数,阻尼系数的取值直接影响承载力计算的准确性。为得到更准确的阻尼系数,对东海某工程2根桩进行全程高应变动测试验,并利用CAPWAP软件对其中一根桩的实验结果进行分析,对桩周土体阻尼系数做了研究,认为同打桩过程中的桩侧阻尼系数并非一成不变的,而是随着打桩的进行存在减小的趋势。     

大直径桩波动方程可打性分析及应用

利用波动方程分析程序模拟某超大跨海工程大直径钢管桩的打桩过程,并根据实际桩-土-锤系统参数进行可打性分析,确定桩-土-锤系统性能及桩的运动和受力状况。波动方程分析可采用不同的打桩锤模拟计算,得到锤击数、承载力、桩身拉应力和压应力结果。通过比较,选择最佳的打桩锤并制定合理的沉桩标准,估计总的打入时间。     

塑料套管混凝土桩挤土效应现场试验

结合申嘉湖杭高速公路练杭段加固软土地基工程开展了塑料套管混凝土桩挤土效应的现场试验研究。设地表观测点观测桩打设过程中桩周土体隆起情况;采用绑定仪器的方形木桩等效模拟塑料套管混凝土桩研究不同时刻桩侧挤土压力和孔隙水压力的变化。结果表明打桩过程中在距桩中心约2.2倍沉管外径处地面隆起量最大,约为沉管外径的17.2%;打设完成第一根相邻桩(距离1.6 m)桩侧土压力及孔隙水压力增大10%～20%,其后随着打设桩距木桩距离的渐远,两次打桩后的土压曲线和孔压曲线变化不大,仅在下部桩端处变化较大;场地内桩打设完毕后,沉桩引起的超孔隙水压力逐步消散。根据实测数据建议塑料套管环刚度控制在8～16级。     

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。     

插桩过程对临近平台桩基础的影响研究

由于大型自升式钻井船的插桩位置通常距离海上钻井与采油平台较近,桩靴的插入过程可能会对临近平台的桩基础承载力和稳定性产生不利影响。以实际工程为背景,运用球孔扩张理论推导挤土效应产生的水平附加应力大小及其范围;提出一种近似考虑动力挤土效应的拟静力数值模拟方法,分析桩靴下沉到不同深度处时的桩基承载力、桩身应力和最大水平位移,并与静力分析结果进行对比。研究表明,桩靴插入过程对周围土体产生巨大的挤压和扰动作用,使得桩基承载力降低,桩身应力变大,最大水平位移增加;与静力法计算数值相比,由挤土效应导致的单桩承载力下降6%~8%,桩身应力增大30%~80%,桩身最大变形量增长1倍。     

基于静动法的大直径超长桩承载力实测分析

大直径超长桩在海洋工程和桥梁工程中应用广泛,但目前常用的测试方法均有各自的局限性。针对普通静载费时费力,自平衡测试方法研究不够完善等不足,基于马来西亚槟城二桥工程,采用现场实测方法对砂土地层中大直径超长嵌岩桩的静动法测试进行研究。通过对同一根桩上的自平衡法测试结果进行对比,分析静动法测试大直径超长桩承载力的适用性。通过对比发现,静动法测试结果用传统卸荷点法和分段卸荷点法处理得到的等效静承载力比自平衡法大30%左右;且由于土动摩阻和孔隙水压力影响,静动法测得的桩身摩阻力也大于自平衡测试结果,需要进行修正。     

基于OpenSees的桩-土-桥墩相互作用非线性数值分析模型

基于OpenSees数值分析平台,建立了群桩-土-桥墩非线性数值分析模型。模型中桩-土水平向相互作用和桩-土竖向相互作用、桩底-土竖向相互作用分别通过p-y、t-z与q-z零长度弹簧单元模拟。模型中同时考虑了群桩效应与纵筋在墩底的应变渗透和粘结滑移的影响。结合群桩基础拟静力试验结果,对数值模型的准确性进行了验证,在此基础上对土体参数特性对桩基滞回性能的影响规律进行了分析。结果表明:所建立的数值分析模型可对群桩基础滞回曲线和骨架曲线进行较为准确的模拟分析,验证了模型的可靠性。反复荷载作用下,前桩处土体的反应明显大于中桩处;土体由软黏土变为硬黏土时,墩顶侧向承载力与刚度显著增加,但土体的非线性反应减弱。     

基于API规范的液化土层桩基p-y曲线修正计算公式

基于小型振动台拟静力试验和往返动荷载试验,将得到的静力p-y曲线及滞回曲线与基于静力方法提出的API规范方法进行对比研究,指出了采用目前API规范中的折减系数方法进行液化土层中桩基横向承载力计算时与实际不符并导致工程设计无法接受的原因。进行四种不同相对密度可液化土中大型振动台桩?土?承台动力相互作用大型振动台试验,考虑到API规范方法在工程中的广泛应用性和可接受性,在不改变其基本模式前提下,提出其中土体初始模量和极限土阻力两个修正参数,以地震波输入下的振动台试验对构建的公式进行验证,结果较为吻合。     

液化微倾场地群桩-土动力相互作用p-y曲线特性

基于OpenSees计算软件建立液化微倾场地群桩-土动力相互作用有限元模型,分析液化微倾场地饱和砂土p-y曲线特性,系统研究了场地倾斜角度、桩径、地震作用幅值和基桩位置对饱和砂土动力p-y曲线特性影响。研究表明:土体即将液化时,桩基土反力达到峰值;土体液化后,土体表现出了流体特性;土反力峰值、桩土相对位移峰值和初始刚度随场地倾斜角度增加而增大;桩径越大,液化砂土的耗能效应越明显;随着地震作用幅值的增加,桩土相对位移峰值和土反力峰值也随之增加;液化微倾场地上坡桩受到的土体侧向流动力大于下坡桩。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和柱身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩（以下简称PCC桩）的水平承栽特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明：表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

Characteristics of non-uniform cross-section piles in drivability

A numerical analysis of pile driving for tapered piles is presented in this paper. A three-dimensional finite difference analysis for tapered angle and geometry effects has been used on pile driving response of tapered piles. The simulation considers an idealization for pile–soil system in drivability. The vertical pile is assumed to have linear and elastic behavior. It is also assumed that the soil is elasto-plastic material and its failure stage is controlled using the Mohr–Coulomb failure criterion. At the soil–pile contact surfaces along the pile shaft and pile toe, slip is allowed to occur during the driving procedure using interface elements. Quiet boundaries are used to prevent waves traveling in the lateral and vertical directions for the soil. Cylindrical, fully tapered, and semi-tapered piles were analyzed. The results obtained from numerical analyses were compared with those obtained from available laboratory tests and also other available numerical data, resulting in a satisfactory agreement. The results have shown that among piles of the same length and material volume, with increasing the taper angle from zero (representing a cylindrical pile), the driving stresses decrease and the permanent pile toe settlement (set) increases. These are interesting in pile driving and are on the safe side for driven piles and increasing the driving efficiency. It has also been found that the geometry of the pile can generally influence the pile drivability. Generally speaking, tapered and partially tapered piles offer better drivability performance than cylindrical piles of the same volume and length.     

钢管桩单桩复合地基加固隧道软土地基试验研究

为了对宝兰客运专线王家沟隧道软弱地基进行加固处理,并了解加固后的桩基受力状态,通过现场试验及数值模拟,研究钢管桩单桩复合地基的荷载沉降特性及钢管桩轴力、桩侧摩阻力以及桩身弯矩的变化规律。研究结果表明:由现场试验所得的P-s(荷载-位移)、s-lgt(位移-时间的对数)以及s-lgp(位移-荷载的对数)曲线没有明显可以确定极限承载力的特征点,根据规范采取控制沉降的方式给出极限承载力特征值为200 kPa,并可以此作为设计依据。根据数值模拟中钢管桩的总沉降量以及荷载沉降"归一化曲线",数值模拟可以作为现场试验的必要补充。数值模拟结果显示:桩身轴力呈"D"状分布,最大值为59.8 kN;在距桩顶2 m桩长范围内有负摩阻力产生,其余部位均为正摩阻力,负摩阻力最大值约为130 kPa,正摩阻力最大值约为50 kPa,且桩身中性点并不唯一;桩身上部有弯矩产生,但数值很小,对钢管桩稳定性的影响可以忽略。     

多桩型复合地基作用机理与动力特性研究

对由碎石桩和CFG桩构成的多桩型复合地基的作用机理进行分析,通过数值模拟,对多桩型复合地基的动力特性进行研究,探讨桩型配比、桩径、桩长、CFG桩桩体刚度和碎石桩桩体渗透性等设计参数对多桩型复合地基动力特性的影响。研究结果表明:相同条件下地震期多桩型复合地基的动变形小于碎石桩复合地基而大于CFG桩复合地基,震后沉降量相对较小,在工程设计时碎石桩与CFG桩的桩型配比宜为4∶5;随桩体长度、桩体直径和CFG桩刚度的增加,多桩型复合地基地震期的竖向动变形逐渐减小;随碎石桩桩体渗透性的增加,多桩型复合地基中的超动孔隙水压力减小,震后沉降量降低。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了桩顶与承台结合处截面为深水高桩桥墩的薄弱环节。在此基础上,分析了桩基直径、河床冲刷与淤积程度、桩基倾斜角度、桩身配筋率、水下砂土内摩擦角对深水高桩桥墩抗撞能力的影响。     

Dynamic characteristics of lateral load-deflection relationships of flexible piles

Most offshore platforms are supported on long and large-diameter piles with variable wall-thickness along the length, and soil properties varying with depth. The design and analyses of these piles are made by modelling the soil-pile system with a beam-on-Winkler foundation. Therefore, evaluation of appropriate soil-pile springs for use in such analyses is a matter of concern. Fundamental characteristics of dynamic lateral load-deflection relationships for piles were studied analytically considering the soil-pile-structure interaction under seismic loading conditions. The soil layer was assumed homogeneous, linearly elastic with hysteretic type material damping, and overlying a rigid base. A superstructure with multi-degrees of freedom was supported by a single vertical pile hinged at the rigid base. Parametric studies were carried out to identify the influence of the system parameters on the behaviour of the dynamic lateral load-deflection relationships of piles. The lateral load-deflection relationships vary considerably with depth and are influenced not only by the dynamic properties of soil but also by the structural properties of a pile and loading conditions. These lateral load-deflection relationships can be used to define the soil-pile springs for the seismic response analysis of a soil-pile-structure system, and the results can be extended to problems with soil profiles with layering and non-linearity.     

A numerical and experimental study of hollow steel pile in layered soil subjected to vertical dynamic loading

This paper presents an investigation of the nonlinear behaviour of single piles subjected to varying levels of vertical dynamic load. A good number of tests are performed for the understanding of the dynamic behaviour of single hollow steel piles embedded in layered soil. Experimental results are validated with results obtained from a nonlinear numerical analysis using commercially available Finite Element Method (FEM) based software. The results of numerical analysis and experimental investigations showed that the length of pile has significant influence on resonant frequency and amplitude of the pile foundation. It has also been found that the slippage of pile from the surrounding soil considerably affects the resonance frequency and amplitude of the soil–pile foundation system.     

Research on Dynamic Interaction Characteristics of Soil-pile-steel Frame Structure

利用振动台模型试验和有限元数值模拟的方法对土质地基-群桩-钢框架结构体系动力相互作用的规律和特征进行研究,并讨论了基桩长径比对于体系动力相互作用特征的影响。试验地基土体模型为均匀粉质黏土,剪切波速约为213 m/s;群桩基础由9根长2.0 m、直径0.1 m的基桩3×3对称布置;上部结构模型简化为三层钢框架结构。本文研究结果表明:土-桩-钢框架结构体系的阻尼比相较固定基础情形有所增加,输入相同地震动时其地震反应小于固定基础情形;动力相互作用体系中运动相互作用的贡献与惯性相互作用相当,不应忽略;随着基桩长径比的增大,运动相互作用增大,钢框架结构的加速度反应增大。     

软土地区航道开挖对桥梁桩基变形影响研究

以京杭运河二通道海宁段东西大道桥某桥梁桩基为研究对象,针对陆上航道开挖穿越密集交叉点重要桥梁工程的建设施工和安全防护的科学和技术难题开展研究。运用现场勘察、室内试验和三维数值仿真技术,对研究区深厚软土地质条件下的航道开挖进行模拟计算,分析航道开挖卸载过程中邻近桥梁桩基水平偏转位移,并重点探究桥梁桩基受邻近航道开挖关于不同桩长、桩径对桩基水平偏移的影响规律。结果表明：航道开挖工程势必会引起土体扰动而造成桩基偏移,对于超长桩来说,增大桩径对于桩基水平承载力的提升与控制桩基水平倾斜帮助有限;对于软土地区桥梁桩基来说,其桩长应大于临界值,否则桩基水平承载力不足以抵消土的开挖扰动对于桩的影响力,使得桩的水平倾斜急剧增大,使之发生破坏。研究成果可为后续相类似的工程及施工提供参考依据。     

大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

深入分析土-大直径扩底灌注桩体系动力相互作用机理是地震工程的重要研究内容。本文采用快速拉格朗日FLAC~(3D)有限差分程序建立地震荷载作用下扩底桩-土和等直径桩-土动力相互作用体的三维数值模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Mohr-Coulomb弹性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间采用"切割模型"法设置桩土间接触面。输入5·12汶川地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算与分析。结果表明:扩底桩的抗震性能优于等直径桩;与具有显著差异的加速度时程曲线相比,扩底桩对位移动力响应并不敏感。     

地震作用下预应力混凝土管桩运动响应三维数值分析

基于黏弹性人工边界,建立上部结构-桩-土的共同作用三维有限元模型,分析地震作用下预应力混凝土管桩的运动响应特性。分别针对预应力混凝土管桩的桩径、双层软硬土剪切波速比值、上覆土层厚度、上部结构荷载等影响因素进行数值计算。参数分析表明:在地震作用下,桩径的增大会导致桩身整体弯矩相应增加,特别是桩身土层分界面处增大明显;软硬土层剪切波速比及上覆土层厚度的增加,引起土层分界面处桩身峰值弯矩增加;固定桩头条件下,桩头与桩身软硬土层分界面处均会产生较大的运动弯矩;上部结构的惯性荷载对固定桩头的内力有着较大影响,对桩身深处段弯矩影响较小。本文研究结论可为预应力混凝土管桩抗震设计提供有益的理论参考。