基于有限介质孔扩理论的桩基承载力预测方法研究

挤土桩在沉桩过程中的挤土效应对其承载力有明显的提高作用,基于有限介质弹塑性小孔扩张理论提出一种新的挤土桩承载力的计算方法。通过Mohr-Coulomb屈服准则推导了有限介质球形孔和柱形孔扩张的统一解析解,分析了打桩过程中的贯入挤土作用,并建立了桩基承载力的计算模型。结果表明:小孔扩张过程中具有明显尺寸效应,对于柱形孔扩张,当外内径比大于110时,有限土体扩张的内壁孔压和塑性区范围与无限土体扩张的大致相同;球形孔土体外内径比大于25时与无限土体扩张曲线一致;将桩端部分简化为球形孔扩张模型,桩侧部分假设为柱形孔扩张模型,求解得到了沉桩施工中桩周土体的应力场变化及成桩后桩基承载力值。桩基承载力计算结果与现有理论解、规范计算值和工程现场实测值进行对比,验证了本文方法的可靠性,为挤土桩的承载力预测提供了一种新的计算方法。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

北京地铁浅埋暗挖施工对既有桥桩的影响分析

在隧道施工影响下,建（构）筑物的上部结构及其桩基础、地层、隧道施工四者处于一个共同作用的完整体系中,每一部分的工作状态都是四者协同工作、相互影响的结果。因此,应综合考虑各影响因素。首先,岩土体是隧道与桩基相互作用的重要媒介。地铁隧道浅埋暗挖施工时必然扰动地层,地层将施工产生的变形传递到临近桩基导致桩基承载力的降低,荷载变化通过桩基向上传递使上部结构产生沉降和变形。当变形超过一定程度时,将影响上部结构的正常使用和安全。因此,在施工影响下,对既有桩基进行分析和控制以确保上部结构的安全是隧道施工穿越既有桩基的关键。在对上部结构-桩基-地层-隧道施工四者相互作用关系、桩基变形机制以及注浆加固机制进行详细论述的基础上,采用2D－Sigma有限元软件模拟北京地铁5号线雍和宫站－和平里北街站区间过桥段浅埋暗挖施工对既有桩基的影响,得出桩基变形的一般规律。同时比较分析注浆前后桩基的不同响应,提出注浆加固地层的必要性及相关的工艺参数。最后,将桩基变形的预测结果与现场实测结果进行对比分析,两者规律基本一致。研究表明,注浆加固地层对减小桩基变形、确保上部结构安全是非常有效的,这将对以后的地铁施工具有指导作用。     

隧道开挖对邻近单桩竖向受力特性影响

在分析隧道开挖对邻近单桩竖向受力特性影响时,基于荷载传递法和Winkler地基模型,利用两阶段分析法通过迭代求解给出隧道开挖与邻近单桩相互作用的弹塑性解答。通过与离心机试验的短期和长期试验结果的对比,分析了隧道开挖对邻近单桩的竖向影响,从而验证该方法的合理性和适用性。讨论了隧道开挖情况下隧道中心线距地表的距离、隧道中心线与桩轴线的距离、平均地层损失比、桩长、桩径、桩身强度6种因素对邻近单桩竖向受力特性的影响,提出隧道开挖对邻近单桩的竖向受力特性的影响规律。结果表明：随着隧道中心线距地表距离的增加,桩身沉降和桩身轴力先增大然后逐渐减小;随着隧道轴线与桩轴线距离的增加,桩身沉降逐渐减小,桩身轴力增大到一定值后逐渐减小;随着平均地层损失比的增加桩身沉降不断增大,桩身轴力逐渐增大到稳定值。     

深覆盖岩溶地区高层建筑桩基优化实践

高度超过150 m的高层建筑,对地基基础的承载力要求较高,一般采用桩筏基础型式。位于深覆盖岩溶地区的桩基础,应充分发挥岩溶上覆地层的承载力,避开岩溶发育的不利地段,达到桩基优化的目的。文章结合深覆盖岩溶地区一高度为177 m的高层建筑项目,详细介绍了桩基优化设计、大面积工程桩施工以及桩端后注浆施工情况。项目采用桩端后注浆工艺并运用长短桩设计理念,将桩长由原设计的40 m优化至核心筒区域28 m及非核心筒区域23 m,试桩检测结果和塔楼沉降观测结果表明,单桩竖向极限抗压承载力和基础刚度均能够满足设计要求,且基础差异沉降较小,说明桩端后注浆技术能有效提高桩基承载力和基础刚度,采用长短桩设计理念可显著控制差异沉降,深覆盖岩溶地区可利用后注浆技术,充分发挥灰岩上覆地层的承载力,来规避穿越岩溶区域的桩基施工风险。      

旧桥拼宽嵌泥岩桩桩端后压浆减小桩基沉降的试验研究

拼接加宽桥梁桩的沉降与原有桥桩的沉降差对上部结构受力影响较大,需要控制新建桥桩的沉降。桩基后压浆技术可以固化桩底沉渣,改善桩侧泥皮性能,减小桩基沉降。而后压浆技术在泥岩地层的经验比较少,因此结合长平高速公路K94+920.9通道桥改扩建工程,对嵌泥岩钻孔灌注桩桩端后压浆减小桩基沉降效果进行试验。对后压浆桩及未压浆桩荷载位移特征、侧摩阻力发挥特征进行对比分析发现：嵌泥岩后压浆桩的沉降较未压浆桩各级荷载下平均沉降减小约40%,说明采用桩端后压浆减少桩基沉降效果明显;未压浆试桩全风化泥岩侧摩阻力在桩土相对位移达到约5mm时趋于稳定,全风化泥岩的侧摩阻力为120kPa左右,压浆桩全风化泥岩摩阻力达到240kPa,说明浆液上返范围内全风化泥岩的极限侧摩阻力提高了1倍;浆液水灰比为0.5,压浆压力为2MPa时,浆液最大上返高度为4m,可为该地区泥岩地层桩端后注浆桩设计及沉降控制提供参考。     

桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究

以桩的长径比l/d、桩间距与桩径之比s/d、注浆加固体厚度h为因素,以单桩极限承载力Qu与某一荷载下的桩顶沉降Sp为评价指标,设计L9(34)正交试验方案,采用有限元法进行了桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究,得出各因素作用效应的重要性次序和作用规律。研究表明,无论对桩基承载力还是对桩基沉降,桩间距与桩径之比都是最重要的影响因素,s/d较大时采用桩端后注浆来提高桩基承载力,减小桩基沉降,效果更显著;桩端后注浆使桩的端阻增大,承载性状改变,由摩擦桩逐渐过度为端承摩擦桩、摩擦端承桩或端承桩。     

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明：使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算...     

基于Mindlin解分析隧道开挖对近邻桩基的影响

预测隧道开挖对邻近桩基产生的附件内力和变形对隧道建设具有重要意义。传统弹性地基梁法忽略了相邻桩-土界面单元的相互作用和桩-土界面的塑性变形,其预测结果与实际有较大出入。基于Mindlin解考虑桩-土界面单元相互作用,假设桩-土界面为理想弹塑性体,根据摩尔-库仑准则得出桩侧土体的极限剪应力和极限土压力,可由本构方程得出隧道开挖引起的桩基附加内力和变形的塑性解。将该方法得到的塑性解与离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。新方法考虑了桩身相邻桩-土界面单元的相互作用,得到的附加变形较传统地基梁解大。最后,讨论了桩-土界面塑性变形对桩基附加内力及变形的影响,由于不考虑桩-土界面塑性变形,导致桩基附加内力和变形产生较大偏差,并且随着地层损失率增加,偏差增大。     

不同桩底地层超长桩工作性能的数值模拟

超长桩在大型桥梁和高层建筑中得到了越来越广泛应用。以某超长桩基础工程为例,采用三维有限元法分析了桩底地层对超长桩工作性能的影响。土体本构关系采用邓肯-张双曲线非线性弹性模型,混凝土、岩石采用线弹性模型模拟,桩土界面采用有厚度的薄单元模拟。结果表明：桩底地层不同时,桩端阻力和桩侧阻力的比例不同,但承载性状仍属摩擦型桩;桩顶极限荷载不同,但桩身失稳时的极限沉降基本相同;桩端阻力的发挥程度不同,但桩基失稳的原因都是桩侧土体的破坏。     

抗拔桩承载特性研究与三维数值仿真分析

随着城市建设的发展,地铁、地下停车场、地下商场等地下建筑更加普遍,且呈现多样化、复杂化、深入化的发展趋势,使得地下结构物的抗浮稳定性逐渐突显,其中设置抗拔桩是结构抗浮的主要工程措施之一。本文分析了抗拔单桩与群桩的地基破坏模式并揭示抗拔桩的工作机理,应用ABAQUS大型有限元软件对抗拔单桩模型以及群桩模型分别进行了数值模拟,从桩身应力、桩周土体、桩侧阻力等多个角度分析抗拔承载力的影响因素以及群桩效应,结合工程实例分析抗拔群桩距径比()对抗拔承载力及地基变形的影响。结果表明: 在上拔力作用下,单桩中的应力集中于轴心,沿半径及深度递减,桩侧摩阻力自上而下逐渐减小,但随着向上位移的增大而增大; 当基桩的距径比减小时,承载力折减系数增大,群桩效应显著,桩间土与桩有整体被拔起的趋势,不利于结构的抗浮稳定性; =3和=6可以作为划分群桩效应程度的界限。     

开挖卸荷条件下抗拔桩破坏机理及承载力分析

随着大型基础施工进度和地层限制等要求的提高,抗拔桩基础先于基坑开挖施工逐渐成为发展趋势。伴随着基坑开挖产生的大面积卸荷,抗拔桩受力状态和极限承载力将产生重大变化。本文将颗粒流数值模拟与极限平衡理论分析相结合,剖析开挖卸荷条件下,抗拔桩破坏机理和极限承载力特征。分析表明：抗拔桩周边土体的破坏特征为倒锥台形,存在线性破坏面和破坏角;开挖卸荷对桩周土的破坏角影响不大,但桩长对破坏角的影响显著;根据机理研究结果,建立理论分析模型,推导出较实用的抗拔桩承载力及其损失比理论公式,并针对前人的模拟试验结果对理论公式进行了检验。     

极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究

由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particle image velocimetry）技术,针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验,测得桩顶荷载-沉降曲线,研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明,在此试验条件下,扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍;极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。     

砂土中隧道开挖对邻近桩基竖向影响的简化计算方法

基于砂土中隧道开挖引起的土体竖向位移经验公式,分析隧道开挖对邻近桩基础的竖向影响。采用两阶段计算方法,将邻近桩基础视为竖向被动桩,依据砂土中隧道开挖引起地表及地表以下土体产生的沉降槽,考虑桩土相互作用的非线性,得到砂土中隧道开挖对邻近桩基础轴力影响的简化计算方法,并与土工离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。在研究过程中,分析了隧道覆盖层厚度、隧道直径、隧道与桩之间的距离、隧道土体损失率、桩长、桩径等因素。研究结果表明,桩身轴力随着覆盖层厚度的增加而减小,随隧道直径和土体损失率的增大而增加;隧道与桩之间距离为2.5倍隧道直径时对轴力的影响最大;随着桩长、桩径的增加,桩身轴力逐渐增加。     

隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析

隧道开挖会降低邻近桩基承载力,如何更为合理评价桩基水平附加响应是需要解决的问题。基于Pasternak双参数地基模型和三折线弹塑性荷载传递模型,采用两阶段分析法,并考虑侧向土体作用及地基土层的非均质特性,提出了更符合实际的单桩水平反应简化分析方法。通过与Winkler地基梁法及边界元法的对比分析,验证了方法的合理性。结合对单桩水平反应的多种影响因素进行参数分析,通过各因素相应的修正系数来对基准工况中单桩最大水平反应进行修正,得到计算工况中单桩的最大水平位移和最大弯矩。分析结果表明,桩基水平位移计算时可忽略侧向土体作用,而弯矩计算时应予以考虑;桩基计算工况的最大水平位移 最大弯矩 与平均地层损失比 呈现线性关系,而与隧道半径R、隧道轴线深度H、桩距隧道中心线距离x及桩身柔度系数 均呈现非线性关系。     

基桩极限承载力的改进变步长灰色预测模型研究

在深入研究桩土相互作用机理及基桩极限承载力变步长灰色预测方法基础上,针对现有基桩极限承载力灰色预测模型之基桩Q-S曲线导数与背景值确定方法的局限性与不足,结合Q-S曲线发展规律,提出了基桩极限承载能力的改进变步长灰色预测模型与方法,并初步探讨了基桩极限承载力灰色预测方法的精度与可靠性。通过工程实例计算并与同类方法计算结果进行比较分析,表明了所建模型的合理性。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明：在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。     

暗挖隧道与邻近结构物相互作用研究现状及展望

软土中采用暗挖方式开挖隧道往往会引起土体变形。由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有结构物的损伤不容忽视。同时,既有暗挖隧道周围结构物的施工也不可避免地会引起隧道的变形和受力。文章主要阐述了目前暗挖隧道施工引起的土体变形对邻近地面建筑物、桩基、地下管线、既有隧道和基坑的影响以及邻近结构物施工对既有暗挖隧道影响的研究成果,并提出了需要进一步研究的课题及研究方法。