湿陷性黄土层桩基侧摩阻力的试验研究

本文依托西安市东北二环立交工程实际,通过现场黄土层浸水试验以及桩基静载试验,研究在湿陷性黄土层中桩基侧摩阻力和桩端阻力的发挥情况、桩基负摩阻力取值问题及桩周土的沉降变化情况,并分析了其实验结果。在总结国内工程界多次试验结果的基础上,给出了湿陷性黄土层负摩阻取值的科学合理方法及应考虑的因素,并分析了影响负摩阻大小取值的因素和引起桩周土沉降差异的因素。研究结果表明：①本工程桩基提供负摩阻力段控制在3～9 m之间,取值建议为-2.0～-5.0 kPa;②桩基上的负摩阻值与特定桩长和地质环境有关,同时与湿陷下沉量及土的粘聚力大小也有关系。从而建议在西安平原地区,黄土层较小时（桩长20 m以上,湿陷层5 m以内）,可不考虑湿陷性对桩基承栽力的影响。本次试验为未来工程实践中湿陷性黄土层的沉降的研究及桩基负摩阻力的取值提供了参考依据和工程实践经验。     

基于桩间土滑动特性的合理桩间距研究

为研究抗滑桩合理桩间距以及荷载传递机制,首先以桩侧摩阻力为拱脚时的破裂面推导出以桩身为拱脚时的破裂角计算公式;然后引入对数螺旋线法确定桩间土体的滑移深度,以土拱效应为基础建立计算模型,求解考虑桩间土体滑移深度的合理桩间距表达式;最后对桩间净距的主要影响因素进行分析,包括滑坡推力、黏聚力、桩截面宽度以及高度。研究结果表明：由桩身和桩侧摩阻力同时作为土拱拱脚更符合实际受力状态,同时求得的土拱拱圈厚度和矢高小于以桩身为拱脚条件下相应值而大于以桩侧摩阻力为拱脚条件下的相应值,并且随桩埋深的增加而增大。     

异形效应下Y形桩沉降和单桩极限承载力研究

Y形桩反拱圆弧面侧摩阻力存在不均匀分布现象,侧摩阻力的异形效应导致沉桩过程中的荷载-沉降规律区别于传统桩型,异形效应下的沉降计算单桩极限承载力确定等问题有待研究。通过侧摩阻力、端阻力模型及其产生的附加应力模型,计算不同荷载作用下的桩端沉降,通过荷载-沉降规律预测Y形桩单桩极限承载力。沉降及极限承载力理论计算值与静载试验结果吻合良好。分析了桩长L、外包圆半径R、模板弧度θ、开弧间距s、夹角弧度δ这5个变量对Y形桩沉降及极限承载力的影响,在其他参数不变时,相同桩顶荷载作用下Y形桩单桩沉降随外包圆半径R、开弧间距s、夹角弧度δ、桩长L的增大而减小,随模板弧度θ的增大而增大;Y形桩单桩极限承载力随外包圆半径R、开弧间距s、夹角弧度δ、桩长L的增大而增大,随模板弧度θ的增大而减小。     

桩身轴向应变的连续监测法

静力试桩中桩身轴向应变是分析荷载传递机理的基础。滑动测微计可连续地测定桩身每米内的平均应变,通过荷载-应变关系曲线可较准确地计算轴向力、摩阻力、端阻力、负摩阻力;水平试桩时安装二条测管可准确地推算挠度曲线、最大弯矩点,临界荷载、极限荷载等桩基设计的主要参数,还可全面地评价桩身质量。该仪器不仅可用于各类试桩,还可用于各类岩土工程的现场位移监测。     

海洋平台打桩过程中溜桩对桩基影响的研究

打桩过程中突然快速的溜桩可能造成脱锤,桩体破坏,引发安全事故。由于溜桩的产生往往造成打桩锤击数的预测值与实测值具有较大的偏差,此时准确评价溜桩后桩基承载力就成为实际工程中非常关注的问题。本文选择我国东海两个工程实例,根据现场高应变动测试验和打桩记录,研究了溜桩对桩基承载力的影响。计算分析显示,溜桩的产生会导致打桩总能量的明显降低;现场动测试验结果显示,溜桩发生后在发生溜桩的土层的桩体侧摩阻力接近于零,而桩端阻力没有明显的异常,说明溜桩导致的承载力降低主要来自于侧摩阻力的减小。在本文的实例中,溜桩导致的桩基承载力的降低最大可以达到桩基承载力计算值的17%。     

海洋平台打桩过程中溜桩对桩基影响的研究

打桩过程中突然快速的溜桩可能造成脱锤,桩体破坏,引发安全事故。由于溜桩的产生往往造成打桩锤击数的预测值与实测值具有较大的偏差,此时准确评价溜桩后桩基承载力就成为实际工程中非常关注的问题。本文选择我国东海两个工程实例,根据现场高应变动测试验和打桩记录,研究了溜桩对桩基承载力的影响。计算分析显示,溜桩的产生会导致打桩总能量的明显降低;现场动测试验结果显示,溜桩发生后在发生溜桩的土层的桩体侧摩阻力接近于零,而桩端阻力没有明显的异常,说明溜桩导致的承载力降低主要来自于侧摩阻力的减小。在本文的实例中,溜桩导致的桩基承载力的降低最大可以达到桩基承载力计算值的17%。     

深厚杂填土场地桩端后注浆钻孔灌注桩承载性状试验研究

针对深厚杂填土建筑场地,给出了1种能准确测定深厚杂填土以下土层的桩侧摩阻及桩端阻力的单桩静载试验装置。基于该试验装置,通过足尺现场试验,研究了竖向荷载作用下2组不同桩长和桩径后注浆灌注桩的承载性能。计算结果表明:直径较大,桩长相对较小的后注浆灌注桩在相同荷载作用下较桩径小和桩长长的桩能更好的控制桩顶沉降量,在相同沉降量条件能承受更大的荷载;同时,和桩径小的长桩相比,更有利于桩侧阻力和桩端阻力的发挥,轴力也能更好的下传递。     

部分预制装配式地铁地下车站结构整体抗震性能研究

文中以新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,考虑预制构件与现浇构件的叠合作用与连接设计,建立了土-地连墙-地下结构非线性静动力耦合相互作用有限元模型,通过与传统现浇式车站结构的层间位移角、结构加速度和地震损伤的对比分析,探明了该部分预制装配式地铁地下车站结构的整体抗震性能水平。结果表明:由于预制装配式构件采用高标号混凝土,使得预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构的整体抗震性能明显优于对应的传统非装配现浇式车站结构;同时,输入具有明显低频振动特性的地震动时车站结构的地震反应最为强烈;预制+现浇叠合构件的横截面上,现浇部分混凝土的地震损伤明显大于同截面预制部分混凝土的地震损伤。     

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。     

哑铃桩模型试验与承载力计算方法研究

对自主研发的哑铃桩进行了系列试验和理论分析。通过与不同截面形式的桩进行承载性能试验对比,分析了存在项盘、扩头情况下的哑铃桩与传统单桩等桩型在不同外力荷载作用下的承载力差异,及其与桩端受力、荷载沉降等的关系。研究表明,本文模型试验中,周围填土是砂的条件下,哑铃桩桩端阻力分担了绝大部分的桩顶荷载,可把哑铃桩视作端承桩进行设计,其承载力较之其它桩型显著提高,且在达到桩基极限承载力时,其所对应的桩顶沉降较之普通预制桩明显减小。此外,还针对哑铃桩的构造特点提出了哑铃桩承载力计算公式,并通过与试验数据的对比,验证了其合理性。     

桩土界面力学行为对桩基动力特性的影响

结合构建的饱和土结构性动力本构模型以及通用有限元程序,以城市高架桥梁建设中常采用的单柱墩基础为原型,建立了摩擦桩-土-结构体系、端承桩-土-结构体系的有限元-无限元计算模型。分完全粘结、滑移无开裂、开裂无滑移、开裂滑移四种情况考察了桩土界面力学行为对两种系统动力反应特性的影响,得出如下结论:无论是端承桩还是摩擦桩,界面力学行为对桩截面的剪应力和桩身水平位移分布形态影响均不大。四种情况中,完全粘结时,摩擦桩在近地表处桩截面剪应力值最大,开裂滑移时最小,而端承桩则刚好相反。水平位移分布均可分为线性增大和加速非线性增大两个阶段,以近地表处为分界点,且均以开裂滑移时最大,完全粘结时最小。界面力学行为极大地改变了端承桩桩身加速度时程的分布形态,但对摩擦桩则几乎没有改变;对于不同界面力学行为,两种桩型在近地表处均出现加速度峰值,完全粘结时值最大,开裂滑移时最小。相比摩擦桩而言,界面力学行为对端承桩的影响要大的多,研究分析时应引起足够的重视。     

大直径钢管桩土塞效应的拟静力判断方法

钢管桩在贯入过程中土塞效应的正确判断对打桩阻力及承载力的预测有重要影响,常用的静力平衡土塞效应判断方法主要适用于小直径钢管桩。随着海洋平台工作水深的不断增加及海上风电工程的建设,直径大于2m的大直径钢管桩被广泛采用,管桩直径的增加改变了桩管内土体的受力与变形特征。通过数值模拟方法获得砂土中不同径长比的钢管桩在打桩过程中桩周土体的破坏模式,确定采用梅耶霍夫公式计算打桩过程中桩端土体阻力,同时分析锤击惯性力对桩管内土塞的影响,提出采用拟静力平衡法判断大直径钢管桩的土塞闭塞效应。开展不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验,并对实际工程中的土塞闭塞效应进行判断,验证拟静力平衡法对判断大直径钢管桩土塞效应的适用性。     

高速铁路桥梁-桥墩-桩基础-地基耦合系统的地震反应

高速铁路中的桥梁常采用灌注桩基础以控制沉降,地震作用是桩基础的设计工况之一。建立桥梁-桥墩-桩基础-地基为一体的耦合系统非线性三维数值分析模型,以典型地震波为输入,考虑上部结构和基础的共同工作、土-结构动力相互作用、材料非线性和土层对桩的侧阻及端阻作用,开展三向地震作用下的动力有限元计算,并对地基主要土层压缩模量、桩体材料弹性模量、桩径和桩长进行参数敏感性分析。计算结果表明:现行的桩基础设计方案能有效控制地震荷载作用下桥梁的变形;地震过程中的不同时刻,桩侧阻发挥程度不同且不可忽略,以单纯的梁单元模拟桩的动力学行为的适用性值得商榷;桩长和地基主要土层压缩模量对桥梁地震反应影响最大,桩体材料弹性模量的影响次之,桩径的影响最小。     

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。     

Resistance of a soil layer to horizontal vibration of a pile

The resistance of a soil to horizontal harmonic vibration of a vertical, end bearing pile with circular cross-section is theoretically investigated. The soil is considered to be a continuum with material damping of the hysteretic type. The motions of the soil and pile are expressed as series, and a resistance coefficient on each term in the series of the pile motion is found. The resistance is found to depend on the excitation frequency, the pile slenderness and on the material properties of the soil. Finally a study of the influence of the parameters is carried out.     

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。