基桩负摩阻力计算方法初探

负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中，深入探讨其分布规律及计算方法，具有重要的理论与工程实际意义。笔者首先讨论了基桩负摩阻力的产生机理及其主要影响因素，对佐藤梧双折线模型进行了改进，以荷载传递法建立出基桩负摩阻力的基本微分方程。在此基础上，考虑桩．土相互作用及土体的分层特性，导出了适合于任意土体沉降曲线的基桩负摩阻力分段解析解。进而引入土体沉降的Boussinesq解，结合文中解答对某工程实例进行了分析。其结果表明，该方法能较准确地描述桩身负摩阻力的传递过程，且计算方法简便，参数易于获取，具有通用性，是一种可行的基桩负摩阻力分析方法。     

水平谐振荷载作用下桥梁基桩的动力反应

针对桥梁基桩在施工和运营过程中不可避免承受动力作用的问题,在考虑桩顶承受轴向和横向静力荷载共同作用的基础上,将激振荷载简化为水平谐振荷载作用,并基于动力Winkler地基梁模型,将桩周土由一系列分布的彼此独立的弹簧和阻尼器所代替,建立桥梁基桩在瞬态荷载激励下的横向振动方程,求解基桩横向非线性动力学响应。在考虑桩-土接触和透射边界的基础上,引入有限单元方法建立基桩的二维非线性动力有限元模型,分析了基桩各项设计参数。计算结果表明：基桩桩顶位移大致随荷载频率的变化呈驼峰形,其位移量随着荷载振幅的增大而增加;基桩的自振频率随着长径比的增加而增大,且随着桩-土模量比的增加,自振频率有减小的趋势;增大桩径会增大基桩的受力,其对应的变形也将有所减小,且基桩的稳定性增加。     

考虑桩-土-结构相互作用的桥梁桩基地震反应有限元分析

地震荷载作用下桩-土-结构相互作用问题在桥梁抗震研究中越来越受到重视。本文结合工程实例,利用有限元仿真软件ADINA,建立桩-土-结构相互作用的有限元实体分析模型。选取三种时程波作为地震荷载,对在地震作用下桩-土-结构相互作用对桩的沉降位移,桩侧摩阻力和有效应力的影响进行了分析研究,对桩基设计提出了较为合理的建议。     

桩-土-承台结构在波浪力作用下的力学效应分析

在港口桥梁工程和海洋工程中,一般将桩从桩-土-承台结构中分离出来,单独计算波浪力对桩的作用。在提出波浪力作用下桩-土-承台结构相互作用模型的基础上,结合工程算例,进行了桩-土-承台结构在波浪力作用下桩的荷载和弯矩计算分析,结果表明：在不考虑波浪力的情况下,计算结果跟规范方法较为接近,验证了桩-土相互作用模型的适用性。在此基础上迭加波浪力,将波浪力和桩-土-承台作为一个完整的系统研究,随着承台所受外力、波浪力、桩侧地基土的变化,分析了桩-土-承台结构在波浪力作用下的受力效应。     

陆上风轮机梁板基础受力特性简化分析

提出一种多向荷载同时作用下的刚性桩筏基础简化计算方法,基于Mindlin解,分析桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面、土表面-土表面的相互作用关系。推导多向荷载下桩土体系柔度矩阵,得到刚性桩筏基础的受力和变形的关系,通过与有限元对比证明了文中方法的正确性,在此基础上对耦合荷载作用下的风机基础的受力和变形特性进行分析。研究表明,耦合荷载作用下风机基础将会产生竖向不均匀沉降,并会引起桩顶轴力的的巨大的差异。     

电渗-堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析

地基处理中,电渗常与堆载预压联合使用。基于Fredlund非饱和土三维固结理论和Esrig电渗固结理论及等应变假设,推导出电流场与渗流场耦合作用下,考虑径竖向渗流及涂抹效应的轴对称固结控制方程;利用Laplace变换、解耦技术及Laplace逆变换等方法,得到了时域内的半解析解。然后,将所得解分别退化至饱和土中考虑电渗-堆载联合和非饱和土中仅考虑堆载这两种情况与已有文献结果对比,验证了研究方法的可靠性。最后,通过算例研究有效电压、电-水力渗透系数比和涂抹系数对非饱和土轴对称电渗固结特性的影响。结果表明：超孔隙水压最终产生的负孔压与有效电压成正比;电渗-堆载联合下的非饱和土地基固结可分为两个阶段,分别主要受堆载和电渗影响;电渗联合堆载处理地基时的最终沉降是两种作用分别处理地基时的最终沉降之和,且对于低渗透性的土体,其固结速率将显著提高;此外,施加电压后涂抹系数在同区间内,超孔隙水压消散的速率差距比不考虑电压时的大,且涂抹系数越小,最终产生的负孔隙水压越大。     

桩-土相互作用影响的模型试验研究

通过将模型试验、现场实测的结果与弹性理论解进行对比,指出弹性理论解夸大了桩-桩、桩-土、土-土相互作用影响,造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性（或筏底地基土反力的不均匀性）,并提出对弹性理论解进行修正的途径和方法。     

福建莆田软土区桩-土相互作用原位试验研究

软土区桥头路堤填筑会给下卧软土层带来一定的位移场,导致典型的软土-桩基相互作用,会威胁到桥梁的建设与正常使用.研究开展了软土-桩基相互作用的1∶1原位试验,根据桩顶偏移、桩身拉压应变、桩身弯矩、桩侧土抗力和桩周孔隙水压力等监测数据,对路堤填筑引发的软土-桩基相互作用进行了深入分析.研究得出,在相同大小的堆载作用下,桩径...     

短桩基础桩-土共同作用的原位测试与数值分析

通过对湖沼平原一个6层建筑的短桩原位测试和数值分析,研究了短桩基础的荷载传递与变形特性。试验结果表明,桩基的实际承载力大于计算值,而沉降远小于计算值。桩顶反力和基底土压力的观测结果显示：地基土所分担的荷载较小。对短桩基础的桩-土共同作用进行数值分析,得到了地基土层内的附加应力和分层沉降变化情况。研究结果表明,湖沼平原短桩基础的沉降以桩端以下土层的压缩变形为主。浅部硬土层既作为短桩的持力层,又有利于附加应力的扩散,从而减小了沉降。     

考虑冻土效应的桥梁桩-土动力相互作用研究现状与展望

冻土和地震是我国西部高寒高烈度地区桥梁工程建设中主要面临的两大挑战。冻土区线路工程广泛采用桩基础桥梁, 土体冻结后会显著影响地震作用下桩-土动力相互作用过程, 给桩基础桥梁抗震分析带来困难。首先系统总结和分析了冻土对桥梁结构地震响应的影响、 桩-冻土相互作用效应及其计算模型等方面的研究现状, 进而对相关成果进行了科学分析。研究表明： 冻土的存在对桥梁结构地震反应的影响是显著的, 桩基础桥梁抗震设计中不考虑冻土效应是不合理的。目前还存在的问题包括： 冻土区桥梁结构地震反应的研究中, 未充分考虑冻土效应; 现有桩-土相互作用模型无法有效应用于冻土领域; 地震作用下桩-冻土体系相互作用机理及其破坏特征不明确。在此基础上, 提出了考虑冻土效应后桥梁桩-土动力相互作用为今后需要重点研究的方向。     

桩基础对邻近场地冲击荷载的响应分析

桩基础对邻近场地作用冲击荷载的响应本质上是桩-土组成的体系在冲击荷载下的整体动力相互作用问题。为了研究该问题,采用有限元法模拟冲击荷载引起桩基础的振动。利用通用有限元分析软件ABAQUS建立了有限元-无限元（FE-IFE）耦合分析模型,分析了冲击荷载作用时桩基础动力响应的规律,并对影响桩基础响应的因素进行了探讨。计算结果表明,桩的振动程度取决于冲击荷载作用间距和冲击荷载能量,而冲击荷载作用间距越远,桩的振动波长越长。     

基于两阶段法的堆载对公路桥梁桩基础影响分析

首先基于布西奈斯克解,将表面作用有集中荷载时半无限弹性体的应力变形解在荷载作用区域利用复合辛普森公式进行数值积分,得到了表面处于不同形式的分布荷载作用下土体自由场水平及竖直方向应力和变形的计算公式。结合有限差分法及Mindlin位移解分别推导出弹性地基中桩顶作用有集中荷载时单桩桩、土单元的位移,两者结合便得到主动桩的分析方法。通过将堆载作用下的土体自由场位移施加于桩上把上述自由场分析及主动桩分析结合起来,推导出堆载作用下被动单桩的竖向和水平向承载特性的分析方法。选取地表附近作用有矩形均布荷载的计算工况,通过与有限元计算结果的对比验证了所提出的分析方法的正确性;将所提出的方法计算结果与某处工程案例中实测数据结果进行对比,分析表明利用该方法分析堆载对邻近桩基的水平及竖向影响是合理可靠的。     

预钻孔对邻近斜坡沉桩挤土影响分析

在沉桩位置处设置预钻孔是工程中减小扩孔挤土效应的常用有效措施。针对邻近斜坡的沉桩挤土问题,假定土体为线弹性模型,采用镜像方法,将桩体的贯入模拟为一系列球形孔连续扩张过程,在已有文献的基础上进一步推导出邻近斜坡设有预钻孔时的沉桩挤土位移表达式。结果表明,受斜边非轴对称位移边界的影响,远离斜边自由边界一侧的挤土位移不如靠近斜边自由边界一侧明显;斜边自由倾斜边界越陡（即参数 越小）,斜坡挤土位移越大;随着边界角度 的增大,斜边倾斜边界对沉桩挤土位移的影响逐渐减弱;预钻孔的孔深和孔径对减小邻近斜坡沉桩挤土位移有较大的影响,二者的结合能更有效地减少挤土位移的范围和深度。     

群桩荷载位移特性研究

将杆系结构有限单元法与荷载传递迭代法相耦合,形成一桩基沉降分析计算的混合法。采用近似解析解中Randolph and Wroth’Model与双曲线模型相结合,模拟桩身与桩周介质边界上剪切滑移的非线性。桩间相互作用在采用弹性理论Mindlin方程解答计算,并考虑了桩间“加筋与遮帘”作用。桩周土介质非均质性特征,采用指数函数模拟。分析了刚性承台下群桩桩数、桩长、桩间距和桩土模量比等群桩工作特性的影响。尤其是桩台基础沉降对群桩相互作用影响机制的研究,对桥梁拼接等对桩基础沉降要求严格的工程有重要的借鉴意义。     

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。     

多次温度循环对能量桩桩顶位移影响分析

能量桩是一种在承载上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术。但目前对于能量桩在冷、热循环过程中尤其多次冷、热循环情况下的热力学效应研究较少。基于模型试验方法,针对预埋钢管单U型新型能量桩,开展工作荷载作用下多次冷、热循环时的传热特性和承载特性,尤其是桩顶位移变化规律的研究;并开展无荷载作用下单次冷、热循环试验进行分析。试验结果表明,冷、热循环引起的桩体热应变,在加热时桩体内部产生压应力,而在制冷时桩体内部产生拉应力,同时温度引起桩侧不同部位分别产生正摩阻力和负摩阻力。相较于工作荷载,无荷载作用下加热会使桩体位移上升约41%,而一次加热与制冷循环作用后,无荷载作用下桩顶残余位移约为工作荷载作用下的10%。多次冷、热温度循环会导致桩体沉降不断积累。     

压重顶进框构下穿高铁引起桥墩变形及控制技术

以某高速公路下穿京沪高铁工程为例,提出一种基于"卸载-加载平衡"理念的压重顶进框构方案,并对高铁桥墩变形及控制技术进行研究。结果表明,高速公路在高铁桥下开挖10 m深,开挖体量近10万方。采用压重顶进框构方案,施工中边顶进、边监测、边通过框顶堆土、桥下堆土、框内留土等措施加载压重,可有效控制高铁的隆起变形。在通车运营3个月后,高铁相邻桥墩累计最大差异沉降为2.7mm,距离规范限值留有46%的余量,满足规范要求。轨检表明,无砟轨道平顺性满足运营要求。对比分析表明,数值模型中粉质黏土压缩模量可采用P0~P0+100 kPa(P0为土体自重应力)应力区间对应的模量值,卸载模量可取为压缩模量的3~5倍。     

Simulation of pile cap contribution to the lateral pile performance due to adjacent excavation

Acta Geotechnica - Laboratory and field test data on the lateral pile response with caps due to adjacent excavation are rather limited. The current practice for design of capped piles is to...     

近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析

近邻桩基施工会对盾构隧道产生较大的不利影响,试桩过程中对试桩周围土体深层水平位移、隧道结构竖向位移和沉降进行了现场监测。监测结果表明,隧道结构竖向位移和水平位移缓慢增加,对桩体周边土体产生扰动;管片位移最大值发生在与试桩相对应的剖面上;随着试桩距离的增加,管片沉降和最大水平位移减小。管片以发生水平位移为主,沉降约为水平位移的0.5倍。在隧道埋深范围内,深层土体水平位移向隧道方向移动;隧道埋深范围以下,土层的水平位移向远离隧道方向移动。试桩实践表明,采用全套管钢套管护壁旋挖取土工艺,并在施工过程中对盾构隧道和周围土体进行动态信息化监测的施工方法能较好地预警、控制施工风险,得到的结论可以为相似工程的施工提供指导和参考。     

考虑附加应力作用的桩锚支护结构稳定性与位移关系研究

桩锚支护结构应用日益广泛,然而在基坑开挖过程中,基于锚杆预应力的基坑稳定性与位移的量化关系尚未解决。同时考虑锚杆预应力引起的附加应力对基坑稳定性和位移的影响,分别得到预应力与桩锚支护结构基坑整体稳定性安全系数、水平位移的计算公式,以及基坑整体稳定性安全系数与水平位移二者之间的关系表达式;通过典型基坑工程实例与现行通用基坑设计软件计算结果进行对比。结果表明：（1）将预应力以附加应力形式来计算基坑整体稳定性安全系数,安全系数随着预应力增加而增加,二者呈非线性关系;（2）以预应力在土体中产生的附加应力形式来计算桩锚支护结构水平位移,支护结构水平位移随着预应力增加而减小,二者呈非线性关系;（3）给出的支护结构稳定性安全系数和支护结构水平位移之间的关系表达式,更加符合理论与工程实际;（4）现行桩锚支护结构设计偏于保守,考虑预应力的基坑稳定性和位移计算方法,仍需根据大量工程实践进行验证与修正。（5）首次考虑附加应力作用的桩锚支护结构稳定性计算与水平位移关系研究,可为基坑开挖过程中的动态稳定性评价提供理论依据。