桩−筏基础中能量桩热−力耦合特性现场试验

能量桩兼具承担上部荷载和传递浅层地温能双重功能,能量桩的换热与承载特性逐渐成为广大工程技术人员关注的重点问题。然而,针对桩?筏基础中能量桩的热?力耦合特性的现场实测资料仍相对较少。提出将桩基完整性检测中的声测管底端连接贯通,作为能量桩的换热管,形成新型能量桩埋管形式;在桩?筏基础中能量桩运行状态下,开展桩?筏基础热力响应特性、能量桩对筏板应力影响的现场试验,实测获得桩身温度、桩身应力及筏板应力变化规律。研究结果表明,该试验条件下,能量桩（1U埋管、有效深度为12.8 m、桩顶埋深为5.5 m）的换热效率约为80～90 W/m;无上部荷载、能量桩加热状态下,筏板上边缘呈现出一定的拉应力,值得工程技术人员关注。     

超长灌注桩桩身压缩综合系数反分析

基于超长桩现场试验和数值模拟资料,通过反分析得出了桩身压缩的综合系数,进而对综合系数与其他参数的关系曲线特点、综合系数的影响因素、综合系数的回归预测等进行了研究。结果表明：（1）极限状态下超长灌注桩的综合系数的变化范围为0.278 5～0.988,规范法中取定值0.5或1.0的做法是不合理的。（2）综合系数总体上随桩顶荷载、桩身压缩、桩身总位移、桩身刚体位移的增大而增大,但关系曲线型式存在多样化。（3）超长桩综合系数与长径比的相关关系不明显,但总体来说,综合系数随长径比的增加而降低。对超长嵌岩桩,不同场地桩的综合系数与长径比相关关系较好;对超长非嵌岩,不同场地桩的综合系数与长径比相关关系不明显,但对某场地5根桩,综合系数与长径比的指数相关关系达到0.990 1。（4）总的来说,持力层与上覆土层弹性模量比小的桩的综合系数-桩顶荷载曲线在弹性模量比大的上方。（5）建立的6个场地多根桩的综合系数与桩顶荷载关系的回归曲线的相关系数平均为0.977 6,可为该场地及类似场地桩的桩身压缩综合系数的预测和计算提供参考。     

基坑开挖对其周边土体变形规律数值模拟和现场试验研究

以兰花路地铁车站基坑开挖工程为研究对象,利用FLAC^3D有限差分元软件建立了围岩应力三维计算模型,采用数值分析和现场试验相结合的手段,对距基坑边缘不同距离、开挖深度不同深度及随时间变化土体水平位移变化规律展开研究。研究表明：由数值模拟结果分析,位于基坑边缘距离10 m之内的土体为高影响区,位于基坑边缘距离10m之外的土体为缓影响区;根据现场试验可得,随着时间的往后推移,相对应的开挖深度逐渐增大,水平位移值逐渐增大,且在前期增长速度较快,其中为凸字形曲线的为正常曲线,较为安全。结合数值模拟结果及现场检测结果,获得基坑开挖过程周边土体时间和空间范围内土体变形规律,为工程作业过程提供降低土体坍塌等安全隐患的范围。     

高桩码头桩基负摩擦力现场试验研究 ——上海洋山深水港工程现场试验

高桩码头接岸结构中的桩基础,在抛石的作用下将产生负摩擦力。通过支撑桩及自由桩上负摩擦力的现场试验研究,获得抛石过程中基桩内力随深度变化的基本规律。抛石过程中基桩上的负摩擦力主要产生在抛石段。同时,抛石作为附加荷载,将引起下方软弱土层的固结沉降,桩土之间产生相对位移,从而在抛石段下方一定范围内也产生负摩擦力作用。承台荷载对负摩擦力的大小和分布有着重要的影响。提出的负摩擦力分布规律和采用有效应力法计算层状土负摩擦力的公式,可为桩基础的设计,尤其对水下单面抛石施工的设计及采取消减负摩擦力的措施提供依据。     

树根桩在黄土隧道基底加固中的现场试验研究

当隧道基底处于软弱地层时,基底的承载力通常较难满足结构的受力要求,为保证隧道结构稳定性,提高隧道基底承载力的地基加固设计至关重要。本文针对树根桩具有承载力高、可以在狭小空间内作业并最大限度的减少开挖对隧道洞身地层的扰动等特点,将树根桩应用于隧道软弱基底的地基加固中是一次有意义的探索和尝试。本文结合神朔铁路复线新小则沟隧道的情况,通过风积砂和黄土地段的现场载荷试验,分别比较了不同骨料、不同桩长、不同桩径、不同桩身配筋情况下树根桩单桩承载力的变化规律,经比较得出此类地层条件下单桩承载力的确定方法,从而为黄土地区树根桩的设计提供科学依据,也可为相关工程提供参考。     

软基中500 kV输电桩板塔基现场试验与数值模拟

针对软弱淤泥地质条件下500 kV输电线铁塔桩板基础型式,在对桩进行完整性检测后,又对整个桩板基础进行了现场堆载、上拔力学试验,同时监测板底压力与桩身钢筋计的受力状况以及大板4脚、基柱的位移变形。试验结果表明,桩板基础具有良好的抗压、抗拔性能,在抵御外载荷作用时,表现出良好的整体性,能够很好地满足工程的需要;通过ABAQUS建立计算模型,在模拟结果与试验数据基本一致的基础上,进一步验证了现场试验的结论,为模拟桩板基础其他受力工况提供了可靠的模型依据。     

板桩加固护岸受力机制的现场试验研究

结合长湖申航道湖州段板桩加固护岸实体工程,在板桩预制过程中将土压力计埋入板桩侧面,底板施工时将土压力计埋入底板下,测试了在板桩混凝土凝固硬化过程中土压力计的受力情况、护岸荷载下板桩桩身两侧土压力的分布规律及护岸底板下土压力分布规律。试验结果表明,混凝土凝固硬化过程对埋入板桩两侧的土压力计会产生较大拉压应力并逐步趋于稳定,板桩两侧土压力及底板下土压力受施工荷载的影响在沉桩及底板施工初期存在较大调整并逐步趋于稳定;板桩靠岸侧和临水侧土压力分布存在明显差别,靠岸侧主动土压力分布呈现先增大后减小、然后增大的非线性分布规律,临水侧被动土压力基本呈线性分布。《板桩码头设计与施工规范》[1]中推荐的土压力计算方法计算靠岸侧主动土压力和临水侧被动土压力标准值均较实测值小,基本呈现随着深度的增加差别逐渐增大的规律;在护岸荷载作用下底板下土压力呈现两端大中间小的抛物线分布规律。     

黄河冲积平原(鲁西北)浅层岩土体综合热导率研究——以临清市为例

现场热响应试验测试是获取换热深度内岩土体综合热导率最直接的方法,能够快速、直观的体现岩土体换热能力.通过分析研究临清市钻探获取的地质、水文地质参数,结合热响应试验成果资料,分析在一定条件下岩土体综合热导率与初始地温、含水层厚度、渗流速度、地下水位埋深等相互关系,发现综合热导率与初始地温、含水层厚度、渗流速度正相关,与地...     

不同刚度约束对能量桩应力和位移的影响研究

能量桩是一种在传递上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术,其实际工作过程中,热荷载会引起桩体的膨胀或收缩,而桩顶建筑和桩底持力层则会对桩体变形产生约束,进一步影响桩体的应力和位移,但是目前对该问题的研究却十分有限。基于模型试验和数值模拟方法,对桩顶和桩底不同约束条件下两种埋管形式（单U和W型）的桩体位移和热应力进行了分析,并进一步探讨了位移零点随桩顶和桩底约束条件的变化规律。研究结果表明,随着桩顶上部荷载约束刚度的增大,桩体位移零点上移,桩体热应力随着深度增大而减小;随着桩端土体约束刚度的增大,桩体位移零点下移,桩体热应力随着深度增大而增大;相较于无外荷载,工作荷载作用下位移零点上移。     

粉喷桩施工对桩周土体扰动的试验与数值模拟研究

软基处理是高速公路建设中的关键技术问题,粉喷桩是一种经常被采用的方法。通过现场试验,研究了粉喷桩施工过程中和施工结束后桩周土孔隙水压力的增长消散规律以及桩周土体强度随龄期的变化规律,并用数值分析的方法进行了进一步分析,得到了孔隙水压力与深度和距桩水平距离的变化关系,从试验和理论两个方面揭示了桩周土受粉喷桩施工扰动的变化规律。     

岩土体综合导热系数影响因素研究

为缓解中国能源消耗与经济发展的矛盾,高效调整国家能源结构,开发利用绿色的地热能已是大势所趋。通过室内测试法和现场热响应试验,研究了不同岩土体的导热系数特征值及其影响因素。研究结果表明: 岩土体导热系数与天然含水率和孔隙率呈负相关,与天然重度和干燥重度呈正相关; 导热系数受干燥重度和孔隙率影响程度较大,受天然含水率和天然重度影响程度较小。通过比较不同加热功率和单、双U地埋管换热器的现场热响应试验测定的各类岩土体导热系数的差异可知,大功率(6 000 W)情况下岩土体综合导热系数比小功率(4 000 W)时大10%~30%; 在相同功率条件下,同一场地内双U地埋管换热器导热系数比单U地埋管大30%左右,使用双U地埋管换热器可有效减少成孔深度及个数。通过系统分析岩土体导热系数的影响因素,为地热能的勘查评价提供数据和理论支持,旨在促进区域地热能开发利用,为构建环境友好型社会服务。     

基于主动加热型分布式温度感测光缆的土体导热系数测量方法

主动加热型分布式温度感测技术（AH-DTS）可通过植入土体中的光缆实现不同层位土体导热系数的分布式连续测量,但AH-DTS光缆导热系数测量方法的准确性和敏感性有待进一步研究。通过室内试验,对比了碳纤维加热感测光缆（CFHC）和铜网加热感测光缆（CMHC）的热响应过程,通过数值模拟验证了光缆结构对导热系数测量结果的影响。研究结果表明：（1）CFHC和CMHC的热响应过程可通过微分法分为光缆内部传热、纤-土过渡以及土体稳定传热3个阶段,光缆结构差异导致传热速率不同,使得CFHC导热系数测量初始时刻比CMHC提前100 s;（2）光缆尺寸与比热容差异下CFHC的升温值更高,相同测温精度CFHC的导热系数测量结果较CMHC更加稳定准确;（3）增大加热功率或延长加热时间均会提高CFHC和CMHC测量土体导热系数的准确性。研究成果为该技术的进一步完善和推广提供了重要依据。     

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。     

循环温度场作用下PCC能量桩热力学特性模型试验研究

PCC能量桩是河海大学岩土所开发的一种新型能量桩技术。在常规桩基静载荷模型试验基础上,将PCC能量桩放置在南京典型砂土中,并通过导热管内水体的循环对模型桩体施加温度场,以模拟PCC能量桩在实际运行过程中的承载力特性与受力机制,PCC能量桩先加载至工作荷载（极限荷载的一半）,再施加热-冷循环一次,最后加载至极限荷载,测得不同温度下PCC能量桩的荷载-位移关系曲线、桩身应力-应变关系曲线等变化规律。试验结果表明,能量桩换热过程中,热量更容易从桩体传向土体（即夏季模式的热循环）;热循环及制冷循环都明显改变了桩顶位移值,且往复循环作用下产生的塑性变形不能完全恢复,其积累变形可能危害上部结构安全;桩身受温度场作用产生的热应力相对较大,且不同约束条件下其变化值有所差异;在制冷循环下,桩底部甚至可能产生较大拉应力。     

黏性土中钻孔灌注桩自平衡转换系数取值研究

自平衡检测法在桩基检测中有效解决了传统静载法面临的许多问题,已得到广泛地推广和运用,其中自平衡法承载力计算中转换系数γ的取值是关键性问题之一。针对我国桥梁工程地基土质普遍存在黏性土的情况,依托台州湾项目工程,对黏性土中自平衡承载力测试法中的转换系数的取值进行了原位试验研究。选取3根钻孔灌注桩,桩径为1.5 m、桩长83.5 m,在原桩上先后进行自平衡法和堆载法试验,在桩身土层交界处布设钢筋计得到相应的桩侧摩阻力,将每根桩的上段桩在同一土层处自平衡法测的极限侧摩阻力值与堆载法测的极限侧摩阻力值进行对比,得到了各层土自平衡转换系数值,在该基础上收集了相似工程2根桩检测数据进行分析,结果表明在黏性土中钻孔灌注桩自平衡法与堆载法测得的上段桩极限摩阻力之比为0.7～0.8。     

饱和粉土中相变能源桩热力响应模型试验研究

长期非稳态的桩土热交换使得桩周土温度不断上升,产生热堆积效应,影响桩土换热效率,甚至也可使能源桩系统失效。为此,利用复合相变材料制备了相变混凝土能源桩,并在饱和粉土中开展了相变桩和普通桩热力响应模型试验,对比研究了相变桩的桩周温度分布、桩身应力−应变、桩顶位移和桩身换热效率的变化规律。结果表明：相变桩土热交换方向以径向交换为主,影响区域在2D范围以内,土体温度变化表现出滞后效应;相变桩的桩土温度变化幅度小于普通桩,具有缓解桩周土体热堆积效应的作用;在温度循环过程中,相变桩体累积了不可恢复的塑性应变。经过多次温度循环后,相变桩比普通桩的塑性累积位移更小;在夏季工况相变桩换热功率比普通桩增长约20%,冬季工况两者换热功率基本一致,随着运行时间增加,两者换热效率趋同。     

静钻根植能源桩承载特性模型试验研究

为了研究静钻根植能源桩在热-力耦合作用下的承载特性,采用自行设计模型试验系统,测试模型桩在黏-砂双层地基中的热力响应。试验结果表明:桩体温度沿深度变化并不均匀,对桩周土的温度影响半径为3倍桩径;3次冷热循环后桩顶和桩周土表面均产生累积沉降,在桩顶荷载达到单桩极限承载力的25%时,桩顶累积沉降达到桩径的3.12‰,是桩顶无荷载情况下的1.77倍;模型桩附加温度应力沿深度分布均表现为中间大两端小,位移变化零点(附加温度应力最大处)随着桩顶荷载增大(约束增强)而上移,桩顶荷载较小时降温引起桩身局部产生拉应力。因此,静钻根植能源桩的承载特性与温度变化条件、桩顶荷载大小和桩端约束条件密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性。