FCEC全回转拔桩技术在越江隧道地下清障中的应用

上海龙耀路越江隧道江中段将穿越耀华玻璃厂老码头桩基群,在盾构推进前需对既有桩基进行拔除。通过各种拔桩方法的比选,针对工程特点,选用FCEC全回转拔桩技术。本文详细介绍FCEC工法的基本原理、优点和施工流程。拔桩过程中,防汛墙的最大沉降为6mm,不均匀沉降为5mm,均在安全范围内,证明FCEC全回转拔桩技术能在严格控制施工扰动的前提下快速完成拔桩清障工作。     

插桩过程对临近平台桩基础的影响研究

由于大型自升式钻井船的插桩位置通常距离海上钻井与采油平台较近,桩靴的插入过程可能会对临近平台的桩基础承载力和稳定性产生不利影响。以实际工程为背景,运用球孔扩张理论推导挤土效应产生的水平附加应力大小及其范围;提出一种近似考虑动力挤土效应的拟静力数值模拟方法,分析桩靴下沉到不同深度处时的桩基承载力、桩身应力和最大水平位移,并与静力分析结果进行对比。研究表明,桩靴插入过程对周围土体产生巨大的挤压和扰动作用,使得桩基承载力降低,桩身应力变大,最大水平位移增加;与静力法计算数值相比,由挤土效应导致的单桩承载力下降6%~8%,桩身应力增大30%~80%,桩身最大变形量增长1倍。     

桩靴连续贯入过程的动态模拟方法研究

采用CEL方法(耦合的欧拉-拉格朗日分析法)对比研究桩靴下沉速度不同对计算结果的影响,分析不同桩靴下沉速度下附近桩基础的响应,研究质量放大方法的适用性。结果表明:无桩时桩靴贯入速度不同对土体阻力影响较小,土体的破坏形态和剪应力水平略有不同;桩靴贯入速度对桩身水平位移影响较小,桩靴贯入速度越大,桩身最大应力越小;质量放大系数的增加对桩身最大位移的影响较小,但对桩身最大应力有较大影响,因此建议谨慎使用质量放大方法。     

旁孔法探测桩基完整性的数值模拟分析

为评价旁孔法在既有桩基长度和完整性检测方面的适用性,采用数值分析方法对桩顶自由桩基和带承台桩基开展动力分析,研究桩身缺陷、桩-孔间距、承台结构等因素对旁孔法测试结果的影响。分析结果表明：旁孔法用于检测桩基长度时,桩-孔测试间距不应超过1 m;对于桩身存在局部缺陷的情况,当测试孔靠近缺陷侧时,首波时深直线斜率有较明显的变化;对与承台连接的既有桩基,桩-孔测试距离越小,桩身浅部断桩、夹泥类缺陷的波形异常特征越明显,但旁孔法难以判别桩-承台连接部位是否存在缺陷。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

盾构施工对不同刚度桩体影响的数值分析

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构施工对不同刚度桩体的影响。计算结果表明：当盾构施工时,不同刚度桩体均偏向隧道移动,在隧道轴线处的横向位移均为最大。桩身横向位移最大值、竖向位移随桩体刚度增大而变小,桩身轴力、弯矩则随桩体刚度增大而逐渐增大,桩身最大负弯矩均出现在隧道轴线位置处。在盾构正下方穿越单桩过程中,桩身沿隧道轴向位移近似为一条直线。当桩体弹性模量为0.5 GPa时,柱顶和桩底处竖向位移相差较大;当桩体弹性模量大于0.5 GPa时,桩身竖向位移急剧增大。桩身轴力沿桩身两端大、中间小。桩身弯矩随桩体弹性模量增大而明显增大。     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

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。     

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQUS,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载－位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

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。     

强震状态下黄土中桩基动力性状分析

传统通过p-y曲线法分析强震状态下黄土中桩基动力性状时未进行桩基结构模拟,获取的强震状态下黄土中桩基动力的相关动力参数不准确。本文提出新的强震状态下黄土中桩基动力性状分析方法,依据HS硬化模型设计HSS本构模型,通过模型获取强震状态下黄土中桩基动力的相关参数,以此为基础采用PLAXIS软件构建黄土中桩基有限元模型;通过两种模型从耦合荷载作用下的桩基桩身水平位移响应、桩身内力响应两方面对强震状态下黄土桩基动力性状展开实验分析。实验结果表明,所提方法可对强震状态下黄土中桩基动力性状进行准确分析。     

基坑被动区加固对基坑支护体系变形和桩后土体沉降的影响

深厚软土地区基坑常用基坑被动区加固的方法来控制支护体系变形.以珠海深厚软土地区某基坑工程为例,采用FLAC3D软件,建立了基坑工程分析模型,计算分析了被动区土体加固深度及加固宽度对基坑支护体系变形和桩后土体沉降的影响.计算结果表明,随着被动区加固深度和加固宽度的增加,桩身位移量和桩后土体沉降量均逐渐减小;桩身位移量和土体沉降量的减幅随着加固深度和加固宽度的增加而逐渐减小,故加固区存在最优加固深度和加固宽度,分别为10 m和12 m左右;桩后土体沉降影响区域范围为2 H,坑外地表最大沉降点在距围护桩0.5 H处.     

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。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和柱身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩（以下简称PCC桩）的水平承栽特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明：表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

施工开挖模式对地铁站洞桩法的影响效应研究

以假定洞桩法施工的地铁站为工程背景,分别采用分跨开挖和全断面开挖模式进行施工。应用有限元软件建立数值模型,对地铁站在分跨开挖和全断面开挖模式下的洞桩法施工过程进行模拟,经计算得出在两种开挖模式下施工地铁站引起的地表沉降、侧桩水平位移、底板隆起的对比图。通过分析位移对比图,得出全断面开挖在位移控制方面较优的结论,从而深化了施工开挖模式对地铁站洞桩法影响效应的认识,且可为类似工程提供参考。     

地铁盾构隧道开挖对邻近立交桥桩基影响分析

采用广州市轨道交通十三号线二期工程西彩区间盾构隧道项目资料,使用三维有限元模拟的方法,研究盾构隧道施工对立交桥桩基产生的影响.由于该区间盾构隧道下穿德尼立交桥,需进行桩基托换,从桩基托换及盾构掘进的设计、施工特点出发,针对所提出的不利影响开展三维建模及数值计算.分析结果表明:桩基托换和盾构开挖均对土体造成了一定程度的扰动,引起的桩基竖向位移较大,随着桩基托换和盾构开挖施工的进行,结构位移变化呈现先逐步上涨,后趋于稳定的趋势.根据数值计算结果的位移大小,均在规范的安全控制值内,不影响既有立交桥的结构和运营安全,并一步提出相应的施工建议.     

逆作法与洞桩法分跨开挖施工地铁站位移对比分析

以假定地铁站为工程背景,采用目前施工地铁站较为普遍的逆作法与洞桩法分别进行施工。为对比分析两种工法施工地铁站引起的位移,应用数值分析方法对逆作法和洞桩法在分跨开挖方式下修建地铁站的施工过程进行模拟。经计算有限元模型,得出两种工法在分跨开挖方式下施工地铁站引起的地表沉降、侧桩水平位移、底板隆起的对比图。通过分析位移对比图,得出洞桩法施工地铁站在位移控制方面优于逆作法的结论,从而深化对逆作法与洞桩法施工地铁站作用机理的认识,以期为类似工程提供参考。     

桩-土动力相互作用对桩基变形特性和受力性能的影响

本文研究水平地震作用下桩-土体系中桩基的地震反应,为桩基的抗震设计提供依据。以单桩为研究对象,建立有限元分析模型并加以验证,再根据场地条件选取输入波,分析了桩、桩-均匀土体、桩-分层土体3种模型处于弹性和弹塑性状态下的桩基的变形特性和受力性能。研究表明,桩动力分析时必须考虑桩周土的影响,若按静力法的桩-弹簧模型进行桩的设计会使桩身不安全。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了桩顶与承台结合处截面为深水高桩桥墩的薄弱环节。在此基础上,分析了桩基直径、河床冲刷与淤积程度、桩基倾斜角度、桩身配筋率、水下砂土内摩擦角对深水高桩桥墩抗撞能力的影响。     

双向地震作用下液化水平和倾斜场地-桩基-桥梁结构地震反应的差异研究

根据已经完成的液化侧向扩展场地-群桩基础-上部结构体系大型振动台试验,在有限元软件OpenSees中建立了可液化倾斜场地振动台试验的有限元模型。通过与试验结果对比,验证了数值模型的可靠性。基于此,建立了典型水平和倾斜液化场地-桩基-桥梁结构体系的数值模型,讨论了双向地震作用下水平和倾斜场地体系地震响应的差异,结果表明:相比水平场地,倾斜场地超孔隙水压力在峰值阶段波动幅度更大,土体的侧向位移增加明显,尤其是在饱和砂土中部位置;倾斜场地中桩基础的破坏程度更大,可液化层中部桩基曲率最大可增大约13倍,桩身水平位移显著增加;而水平场地桥墩曲率比倾斜场地桥墩曲率大,建议在液化场地桩基设计中应考虑场地倾斜带来的影响。