http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987114001364

Piles are long, slender structural elements used to transfer the loads from the superstructure through weak strata onto stiffer soils or rocks. For driven piles, the impact of the piling hammer induces compression and tension stresses in the piles. Hence, an important design consideration is to check that the strength of the pile is sufficient to resist the stresses caused by the impact of the pile hammer. Due to its complexity, pile drivability lacks a precise analytical solution with regard to the phenomena involved.In situations where measured data or numerical hypothetical results are available, neural networks stand out in mapping the nonlinear interactions and relationships between the system's predictors and dependent responses. In addition, unlike most computational tools, no mathematical relationship assumption between the dependent and independent variables has to be made. Nevertheless, neural networks have been criticized for their long trial-and-error training process since the optimal configuration is not known a priori. This paper investigates the use of a fairly simple nonparametric regression algorithm known as multivariate adaptive regression splines(MARS), as an alternative to neural networks, to approximate the relationship between the inputs and dependent response, and to mathematically interpret the relationship between the various parameters. In this paper, the Back propagation neural network(BPNN) and MARS models are developed for assessing pile drivability in relation to the prediction of the Maximum compressive stresses(MCS), Maximum tensile stresses(MTS), and Blow per foot(BPF). A database of more than four thousand piles is utilized for model development and comparative performance between BPNN and MARS predictions.     

Real-time monitoring of SPT donut hammer motion and SPT energy transfer ratio using digital line-scan camera and pile driving analyzer

In order to investigate the effect of standard penetration test (SPT) hammer impact on the energy transfer ratio (ETR) and sampler penetration, the behavior of hammer and anvil is monitored by using a high-speed digital line-scan camera and the stress wave is measured by using a pile driving analyzer during SPTs. By analyzing the motions of the hammer and anvil, which are digitized using the image processing algorithm, two types of secondary impact are observed to exist. Type-I secondary impact is caused by the rapid downward anvil movement at time t ₁ + 2L/c and the re-contact of the following hammer on the rebounding anvil. Type-I secondary impact is dominant for N value smaller than 25 and it contributes to the ETR and additional sampler penetration. The time elapsed to type-I secondary impact decreases as N value increases. Type-II secondary impact is induced by the restrike of the pushed-up hammer on the resting anvil. Type-II secondary impact is dominant for N value greater than 50 and it has no influence on the ETR and the sampler penetration. The time elapsed to type-II secondary impact increases with the increase in N value.     

基于GRLWEAP的桩基可打入性影响因素研究

桩基的可打入性分析对桩的设计十分重要。实际工程中精确的可打入性分析可以避免由于未能将桩打入设计入土深度而导致的截桩和桩头损坏等事故,也能避免在桩的贯入深度已经超过设计贯入深度时仍不能满足设计承载力的情况发生。为精确桩基的可打入性分析,研究了影响桩基可打入性的多种敏感因素,采用正交实验法设计了32组试验,由GRLWEAP软件完成试验,得出打桩分析结果。结合渤海某油田平台工程实例得出桩基可打入性影响因素敏感度规律,即桩基可打入性影响因素敏感度由大到小依次是打桩能量、桩径、地质条件、桩长、垫层厚度、桩壁厚、停锤时间、停锤位置、桩段数量。     

复合地基中褥垫作用机理研究

利用数值试验的方法, 系统研究了 4 种模量的代表性群桩复合地基( 极柔性桩、一般柔性桩、半刚性桩、刚性桩) 施加褥垫后的承载性状, 分析了褥垫在复合地基中的加固机理与作用。 提出利用褥垫层对复合地基承载力进行优化设计的基本方法与思路。     

海洋石油平台超长桩拒锤分析及工程实例

桩基础是海洋石油平台常用的基础形式,受海上环境的限制通常分段制造、运输和锤击贯入,各桩段通过焊接连为整体,若接桩等造成停锤时间较长,后继打桩可能产生拒锤现象。打桩过程中桩周土体会积累很大的超静孔隙水压力,使桩周一定范围内土体发生水力劈裂现象,导致桩周土体排水固结及强度恢复速度加快,停锤时间越长,土体强度恢复程度越大,造成后继打桩困难甚至拒锤。提出了一种通过疲劳因子? 考虑停锤期间土体强度的恢复,利用GRLWEAP软件计算后继打桩贯入所需锤击数并判断拒锤风险的分析方法。将工程实例和实测结果进行了对比,文中方法计算得到后继打桩贯入锤击数和实测值接近,表明其可行且应用性较强,可为工程设计和施工提供指导。     

大直径超长桩打桩过程中桩周土体的疲劳与强度恢复

大直径超长桩的出现给海上的打桩施工增加了难度和复杂性,也使得打桩分析和预估锤击数具有重要的意义。研究表明,当连续进行打桩施工时,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度降低,土体产生了疲劳,沉桩相对容易,使得桩体的贯入度与锤击数较预测偏低;当施工停止一段时间后,土体固结排水,强度得到恢复甚至提高,导致继续打桩时难度增加,锤击数增高或出现无法继续贯入的现象。结合一维应力波动理论、桩-土相互作用模型、土体的有效应力原理和固结理论,提出了模拟土体疲劳和强度恢复的数值分析方法,对采油平台的桩基工程进行了打桩分析,计算结果与实测数据吻合较好,说明提出的数值模拟方法具有可靠性。     

厚垫层-砂桩复合地基现场试验研究

以瓯江北口大桥南锚碇巨型沉井场地地基处理为科研背景,研究厚垫层-砂桩复合地基的适用性及其承载力的影响因素,针对不同的垫层材料、垫层厚度和砂桩间距共进行了9组静载试验。为得到砂桩施工对周围已完成砂桩的影响程度,还进行了砂桩施工相互影响试验。试验结果表明：厚垫层-砂桩加固软土地基效果非常好,是大型沉井地基处理较为理想的方式;垫层含水率、垫层材料和垫层厚度对其承载力的影响程度均大于砂桩间距;砂桩施工过程对周围已完成砂桩的影响和对周围土体的影响具有很大差别,利用传统沉桩挤土理论分析砂桩施工对周围已完成砂桩的影响将产生较大偏差;砂桩施工对周围已完成砂桩会产生较大影响,最大影响范围主要集中在地表以下1/3桩长范围内,影响程度与土层的种类和性质有密切关系,土性越好,影响程度越小;可利用增大砂桩间距和已有砂桩的阻隔效应减小影响程度。     

动力打桩一维波动方程的改进及其工程应用

对桩的可打入性进行准确的分析和预测是打桩施工的关键环节,同时也关系到整个工程的进度与成败.近年来,在海洋工程和港口工程中都出现了大直径、超长桩,由于这种桩的重量大对桩的可打入性有显著影响,考虑桩身自重和桩周土阻力,对打桩分析的一维应力波动方程进行改进、推导.采用有限差分法求解波动方程,编制计算程序结合实际工程进行打桩分析,分析结果与实测数据吻合较好,表明经改进的动力打桩一维波动方程能很好的预测桩的可打入性及打桩过程中桩身应力分布情况.     

CFG桩复合地基褥垫层三维弹塑性分析

在CFG桩复合地基中, 褥垫层的设置厚度和模量对于复合地基的承载及变形特性有较大的影响。本文建立了CFG桩复合地基的三维弹塑性数值分析模型,研究了当采用不同厚度和模量的褥垫层时,复合地基沉降、桩端沉降、褥垫层压缩量和桩土应力等参数的变化规律。结果表明复合地基沉降和褥垫层压缩量随着垫层厚度的增加而增大,而随着垫层模量的增大而减小;垫层厚度和模量的变化对于桩端沉降的影响较小,从工程角度可认为桩端沉降不随垫层厚度与垫层模量的变化而变化;桩土应力比随垫层厚度的增大而减小,随垫层模量的增大而增大。本文建立的分析模型还可进一步对CFG桩复合地基的其他参数进行相应的分析计算,分析结果可以为复合地基的设计和施工提供相应的理论依据。     

Determination of Bearing Capacity for Piles with CASE Method

A method named CASE method is presented for determining the statically axial bearing capacity of piles from dynamic measurements of force and acceleration performed under the impact of a large hammer. The basic equation for calculating resistance against pile penetration is derived. The examples of field measurements are given. In order to use CASE method effectively, it is necessary to determine “damping ”constant by comparison the pile bearing capacity from static method with that from CASE method, or by changing hammer weight or dropping height to cause the Vb to close on zero and to obtain the static bearing capacity of pile.     

凯司(CASE)法确定桩的承载力

本文介绍了用测量大锤撞击作用下的力和加速度以确定桩的静态轴向承载力的凯司(CASE)法。介绍了推导计算桩贯入阻抗力的基本方程,并给出了现场测量的例子。要有效地使用这种方法,就要将其测得的承载力与静力法测得的桩承载力对比来确定“阻尼”常数,或通过改变锤重和落距使V_b。趋近零,获得桩的静承载力,并求得“阻尼”常数。     

Dynamics of pile driving by the finite element method

It is proposed that the dynamics of pile driving based on the one-dimensional theory of wave propagation be analyzed by the finite element method. This approach enables one to continuously interpolate the displacement, velocity and acceleration profiles throughout the pile length. In contrast to the finite difference technique presented by E. A. L. Smith [1] and the finite element procedure presented by I. M. Smith [2] in which initial conditions are defined on the basis of a prescribed hammer velocity, the method presented herein defines initial conditions on the basis of a prescribed impact force versus time curve at the pile/hammer point of contact. Applications of the proposed technique to typical pile driving problems on an elastoplastic soil and using an implicit time-integration scheme are discussed using a numerical example.     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

垫层对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响研究

根据静载荷试验和数值模拟的结果,研究垫层厚度对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响规律。针对珠海地区广泛存在的淤泥质土,进行了天然地基和4种垫层厚度的水泥土搅拌桩复合地基现场静载荷试验。在地基中预埋沉降管和沉降磁环,利用带刻度的探头感应加载过程中沉降磁环位置的变化,获取地基的分层沉降量,据此分析复合地基的沉降规律。在现场试验的基础上,对水泥土搅拌桩4桩复合地基进行了数值分析,将数值计算得到的不同垫层厚度复合地基中桩、土的分层沉降进行比较,结果表明垫层的设置减小了桩的沉降量,但过厚的垫层不能够有效地提高复合地基的承载力,反而会增大沉降。建议对褥垫层厚度的选取,除了要综合承载力和沉降两方面因素之外,还要考虑实际的地质条件。垫层厚度可取20～40 cm,当淤泥层位于桩身中部以下取高值,位于桩身中上部取低值。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

干拌水泥碎石桩加固路基现场试验研究

针对京珠高速公路漯周界K421＋642-K421＋975段路基病害问题,采用干拌水泥碎石桩予以加固。为了研究其加固效果,现场试验段分为5个区,每区6根桩,桩长6m,成孔直径150mm,桩间距1m×1m,重锤120kg,每个区桩的每层虚填料高度、夯击次数不同。通过载荷试验、动力触探试验检测结果对比分析得出以下结论：每层虚填料高度小于40cm,夯击7次时,桩体达到密实状态,单桩承载力极限值达到400kPa,满足设计要求;通过静力触探、瑞利波测试及室内试验对比,分析加固前后路基土的变化,发现加固后路基含水量降低,路基的承载力和沉降得到改善。运行路基没有再出现唧泥、翻浆、路面病害等问题。上述分析和治理方法可为类似工程病害治理提供参考。     

带垫层刚性桩复合地基桩土应力比的计算与分析

研究了带垫层的刚性桩复合地基桩土应力比的计算方法,同时,考虑了桩顶刺入垫层和桩端刺入下卧层的情况,并分别假设了垫层为理想弹性体和理想弹塑性体两种情况进行讨论,随后对计算公式进行了分析,从理论上分别论证了各种因素对桩土应力比的影响。     

用桩顶垫层压缩量法计算刚性桩复合地基最大沉降量

在分析刚性桩复合地基变形机制的基础上,提出采用桩顶垫层压缩量法计算复合地基的最大沉降量。计算中桩的沉降量根据以往桩的载荷试验资料由经验确定,主要计算桩顶垫层的压缩量,计算中考虑了垫层压缩模量随荷载水平的变化。将收集到有沉降观测资料的28个工程实例的计算结果列于表中,对其中的3个进行了详细介绍,计算结果与实测资料、规范法计算结果进行了比较。该法的计算结果更接近实测资料。     

PCC桩低应变检测中的三维效应

分析了低应变检测对PCC大直径薄壁混凝土管桩的适用性。对低应变中受瞬间冲击荷载作用的完整和缺陷PCC桩的动力响应进行了一维及三维有限元模拟,详细研究了PCC桩低应变检测中的三维效应。研究结果表明：除了一维应力波理论中的纵向振动外,PCC桩顶所测的动力响应中还包含弯曲振动以及波在桩顶表面传播和内外边界上的反射的影响。在研究结果的基础上,对PCC桩低应变检测试验中激振点和测点的最佳位置和如何合理分析试验结果给出了建议。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。