振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用 (Ⅰ):开发研制与设计

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的专利技术，是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型，可有效地提高地基承载力和减小地基沉降。笔者介绍了振动沉模现浇混凝土薄壁管桩的技术原理、加固机理、施工设备、施工工艺及其设计与质量检测方法。该桩型具有承载力高、质量可靠和工程造价低等优点，具有较大的推广应用价值。     

路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

边界条件对土层粘弹性地震反应的影响

边界条件是土层粘弹性地震反应必须考虑的问题。对于地表面，一般作为自由边界，而对于地下深处基岩面，边界条件有两种处理方法：一是静止边界，二是非静止边界的。首先给出了在时间域内单层地基一维土层粘弹性地震反应封闭解析解，然后从理论上分析边界条件对土层粘弹性地震反应的影响，认为采用静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程符合天然地震记录形式，而采用非静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程初始阶段出现较大幅度的振荡现象，随着土层厚度增加，这种振荡现象逐渐减弱直至消失。当土层阻尼较小或剪切波速增长时，振荡现象加剧；当土层阻尼比较大或剪切波速减小时，振荡现象减弱。此外，采用非静止边界进行土层地震反应计算，表现出随着土层厚度的增加，土层对基岩输入地震动的放大作用逐步转化为吸收作用。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。     

桩承式加筋路堤的现场试验及数值分析

对一桩体面积置换率为8.7 %的低置换率桩承式加筋路堤进行了现场试验及三维有限元分析。现场主要进行了桩、土荷载分担,孔压、沉降及侧向水平变形等内容的观测。将观测数据与常规设计方法及三维有限元分析结果进行了对比研究,在此基础上对设计方法的适用性进行了分析。研究结果表明,路堤填土的土拱效应造成荷载向桩体转移,这种荷载转移大幅度减小了在软土层中产生的超孔隙水压力。当填土高度大于2.5 m时,土拱效应的应力折减系数可用Russell和Pierpoint或Hewlett和Randolph提出的土拱效应分析方法进行计算,其结果与三维有限元分析也较相符,但在路堤高度较小时,只有Russell和Pierpoint方法与实测结果相接近。路堤施工过程中,实测的水平变形与沉降之比仅为0.2左右,这表明采用桩承式加筋路堤不仅可减小沉降,而且可减小水平向的变形,提高路堤的稳定性。     

PCC桩负摩阻力作用机理初探

负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中。PCC桩（现浇混凝土薄壁管桩）技术是河海大学自主研发的新型地基加固处理技术,而目前对PCC桩负摩阻力研究成果较少。结合以往研究实心桩的成果和PCC桩自身的特点,基于太沙基固结理论,探讨了PCC桩负摩阻力作用机理。研究表明,在PCC桩内部不产生负摩阻力,可以用原有方法计算外部负摩阻力,推导出其将在今后试验进一步验证。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基沉降简化计算研究

PCC桩是一种主要应用于软土地基处理的刚性桩。以PCC桩复合地基为研究对象,基于PCC桩-土-垫层所组成的一个工作体系,考虑桩-土-垫层体系的工作特性及相互影响,对PCC桩进行分析提出了一种PCC桩复合地基模量计算方法,进而推导出PCC桩复合地基的桩土应力比、沉降简化计算公式。同时,运用工程实例进行验证。计算结果说明提出的解答是合理的,能够满足实际要求。     

路基荷载下PCC刚性桩复合地基沉降简化计算

将路堤荷载作用下的刚性桩复合地基变形,简化为只有竖向变形,水平变形可以忽略,然后,应用土体的平衡、几何、物理方程,建立沉降计算的控制方程。桩土界面的接触条件按位移协调或产生滑移变形两种情况分别建立,采用有限差分法离散求解,可得桩、桩周土各自的沉降变形、桩土界面的摩擦力分布。与有限元分析和现场实测结果的对比表明,该简化方法具有较高的准确性,可以方便地应用到工程实际。     

边坡地震稳定性时程分析方法

考虑到在地震过程中,边坡的稳定安全系数最小值出现在某一瞬间,用这个值评价边坡在地震荷载作用下的抗滑稳定性不太合适,提出了用最小平均安全系数作为评价指标,并给出了相应的计算方法,即利用安全系数最大振幅的0.65倍作为平均振幅来反映安全系数随地震波动变化的过程。利用最小平均安全系数对某一堆石坝的动力抗滑稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了比较。     

桩承式路堤土拱效应简化分析方法

为了加强对桩承式路堤中土拱效应的理解,采用有限元方法对不同桩间距、填土高度和内摩擦角的情况进行了参数敏感性分析。计算结果表明,对于填土高度与桩净间距之比H/(s-a)≤1的低路堤,填土中的破坏面为通过桩边缘的竖直面;而对于H/(s-a)≥1.5的高路堤的情况,最终填土中将发展成类似经典地基承载力理论中的由弹性楔体、径向剪切区和被动破坏区组成的区域。基于有限元得到的破坏模式,建立了土拱效应的二维简化分析方法,并与有限元和文献收集得到的试验数据进行了比较。结果表明,由于采用了合适的破坏面假设,简化方法的计算结果可靠合理。