基于虚土桩模型的层状地基群桩沉降研究

群桩中各基桩之间的加筋与遮帘效应和桩端土体变形是群桩沉降计算中的关键部分,极大地影响计算结果的准确性,然而,目前相关的研究仍显不足。采用剪切位移法原理分析了各基桩之间的加筋与遮帘效应,通过荷载传递法原理推导出层状地基土中各基桩桩底、顶之间的沉降与轴力关系式;基于虚土桩模型,探讨了虚土桩长度的影响因素并给出了定量计算公式,得到了层状地基土中各虚土桩顶、底之间的沉降与轴力关系式;利用基桩与虚土桩的边界条件和平衡关系确定柔度系数矩阵,进而根据不同的承台形式求得群桩沉降。工程案例计算表明,理论计算与实测值吻合较好,该方法具有较高的准确性。其研究结果对群桩沉降计算理论的发展具有一定的补充和推动作用。     

考虑加筋与遮帘效应的层状地基群桩沉降计算

桩群在土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,但目前的理论与实践均未能或有效地考虑该效应.基于剪切变形法原理,在计算某一根桩沉降时,考虑了其他各相邻基桩的存在对该桩沉降的折减,即加筋与遮帘效应,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度,建立了桩身位移微分方程,分别求得桩顶沉降-桩端沉降、桩顶荷载-桩端压力的递推关系,从而得到了各桩在自身荷载作用下引起自身沉降的柔度系数; 同理,也求得了各邻桩在其桩顶荷载下引起它桩沉降的柔度系数,最终建立了群桩沉降计算的柔度矩阵方程.推导过程中,考虑了地基土的成层性及桩端沉降的相互影响,并提出了基于一定深度内的Mindlin位移解且考虑桩径影响的桩端压力-桩端位移关系新模式.算例结果表明,本文方法与实测值较为接近,且按本文方法求得的群桩中基桩相互作用系数明显小于弹性理论计算结果,且与实测值吻合较好.     

层状地基群桩沉降研究

考虑了桩的加筋与遮帘效应,通过剪切位移法依据力与位移的协调条件得出桩的柔度系数。在此基础上建立土的成层性模型,根据桩顶与桩底的物理关系推导了桩顶沉降与荷载关系的解析解。通过工程算例进行比较,结果表明, 以土层状模型建立的群桩沉降计算方法是可行的。分析表明, 加固区土层不同分布对桩沉降有所影响,浅部土模量的提高有利于减小沉降。     

层状地基群桩沉降计算的剪切位移解析算法

考虑群桩的“束缚作用”,基于剪切位移法的理论,提出了竖向荷载作用下用于层状地基大规模群桩沉降分析的简捷实用的解析算法。以单桩位移积分方程为基础,导出了桩顶位移与轴力和桩底位移与轴力之间的关系,考虑桩-桩相互作用,得出了计算群桩沉降的柔度矩阵方程。推导过程中,桩被分成任意n段,因此该方法可以用于地基土任意分层的群桩沉降计算。算例分析表明,该方法与边混合法和界元法有较好的一致性。     

轴、横向力作用下土-群桩动力效应简化分析

以动力文克尔地基梁模型为基本理论,在改进了Gazetas均质土中的桩-土-桩相互作用三步法计算模式的基础上,运用分层传递技术,导出了层状地基中群桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达,提出了桩顶谐振作用条件下计算层状介质中动力相互作用因子的新方法,以相对简明的方式阐述了桩顶轴力对群桩水平动力效应的影响,并以此来寻求频域动载下的基桩变位及其内力规律,较为全面地揭示群桩振动特性。     

CFG桩的承载力特性试验研究

通过CFG足尺桩的现场试验,测定了桩身轴力的分布以及桩侧摩阻力等参数,对复合地基沉降、桩身荷载的分担、桩身轴力的分布以及侧摩阻力进行了分析,揭示了CFG桩的受力特征。研究表明,按规范公式计算复合地基承载力特征值不大于现场载荷试验值,桩土应力比跟褥垫层材料的粒径、压缩模量成正比;CFG桩复合地基存在负摩阻力,与施工条件有较大关系。     

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。     

竖向力与水平向力同时作用下管桩的性状研究

用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力（倾斜力）联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。     

低承台扩底楔形桩群桩效应系数研究

基于模型试验方法,开展砂土中竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩桩-土相互作用模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-沉降关系曲线、桩端阻力以及桩身轴力等分布规律,同时开展扩底楔形桩单桩竖向承载特性试验作为对比分析。结合JGJ94规范规定的承台效应系数和群桩效应系数,对扩底楔形桩群桩竖向极限承载力进行了理论计算分析。研究结果表明,文中试验条件下竖向荷载作用下低承台2×1和2×2扩底楔形桩群桩的综合效应系数分别为1.16和1.10;无承台作用下2×1和2×2扩底楔形桩群桩的群桩效应系数分别为0.95和0.88;理论计算中扩底楔形桩承台效应系数和群桩效应系数可以参照等直径桩的相关规范取值。     

路堤荷载作用下柔性桩复合地基的沉降分析

为了寻求路堤荷载下柔性桩复合地基沉降计算的简便方法,基于已有的研究成果,将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,根据桩长与临界桩长的大小关系,结合桩?土?垫层三者在交界面上的应力与压缩变形协调条件,运用单位元法推导了柔性桩复合地基加固区的沉降计算公式,并采用分层总和法计算复合地基下卧层的沉降量。结合工程实例对计算结果进行验证,结果表明：采用理论方法计算的柔性桩复合地基沉降量与现场实测沉降结果吻合较好,证明理论计算方法的合理性,且能较好地反映路堤荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状。进一步分析表明：在临界桩长范围内,桩与桩间土相互作用,最大限度发挥了复合地基桩间土的承载能力;此外,由于桩侧负摩阻力对桩体有拖拽作用,桩身轴力在桩体中性面位置处达到最大值。因此,在工程设计中要高度重视和运用临界桩长和中性面的概念。     

路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究

浆固碎石桩是一种新型的桩基技术,结合其在宁波绕城高速公路软土路基处理中的工程应用,进行了路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究,通过实测地基的竖向和侧向变形以及桩、土应力和孔隙水压力,分析了浆固碎石桩复合地基的主要工作性状。试验结果表明,浆固碎石桩复合地基总沉降量小,稳定速度快,工期短;桩顶应力集中现象明显,桩体置换作用明显,同时也发挥了桩间土的承载力特性;孔隙水压力消散速度较快,减小了次固结引起的工后沉降。     

Study on interaction between dissimilar piles in layered soils

This paper, under the assumption that the pile–pile interaction showed elasticity, analyzed the pile–pile interaction between two dissimilar piles in layered soils using the shear displacement method and taking the sheltering effect into account to modify the conventional interaction factor between two dissimilar piles. The linear stiffness of single pile was adopted herein to analyze the influence of the pile stiffness factor, the pile length factor, and the diameter of shorter pile on the pile–pile interaction factor between two dissimilar piles. The interaction factor between two dissimilar piles drew from the present method was generally in good agreement with the interaction factor computed by Wong and Poulos. However, this paper intends to provide a different but more convenient means of estimating the interaction factor between piles that have dissimilar diameters, lengths and pile tip conditions, and the settlement of dissimilar piles in pile groups. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究

浆固碎石桩是加固软土地基的一种新型桩基技术,已成功应用于高速公路和高速铁路等工程软土地基处理。为了研究浆固碎石桩单桩荷载传递机制,假定浆固区压缩模量呈指数分布,应用圆形承载板作用下的半空间体位移的解,对竖向荷载作用下单桩复合地基各部分沉降进行分析,推导出桩轴向压应力、桩侧摩阻力和桩顶沉降计算公式。现场试验实测结果与理论计算结果对比表明,理论计算值与实测值相吻合,验证了理论计算公式的合理性     

软土中已打入桩对土体位移的遮帘作用研究

采用侧向移动土中桩的理论分析结果以及有限元数值模拟,较为系统地分析了沉桩工程中已打入桩对土体侧向位移及地表隆起的遮帘作用,结果表明已打入桩对土体侧向位移的总体遮帘作用并不显著。采用不同切向劲度系数的接触面单元以模拟已打入桩间隔时间长短对地表隆起的遮帘效应,结果表明：打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的“水平阻隔”上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起;而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,此时已打入桩对地表隆起的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的“抑制”上。     

循环荷载作用下单桩动力模型试验与桩−土界面特性研究

通过开展红黏土中单桩轴向循环振动模型试验,研究不同循环荷载比和加载频率对桩长期动力特性的影响,从桩侧土剪切刚度和侧阻退化两方面出发,对循环荷载作用下桩顶累积沉降机制进行分析。在FLAC3D中,实现能够反映剪切刚度疲劳退化的修正Hardin-Drnevich（H-D）模型,并对常法向刚度（CNS）循环剪切下侧阻退化进行数值模拟。试验发现,循环荷载幅值是桩顶累积沉降变化的重要影响因素;桩顶动刚度在加载初期要先经历一个迅速降低的短暂过渡阶段,之后则不随振次的增加而改变;桩身振动在桩周土中引起的超孔压较小,有效应力的降低不足于使侧阻力发生较大程度的退化;随着加载速度的增大,桩顶动刚度和加速度均随之增大。采用修正H-D模型得到的理论滞回曲线与数值结果基本吻合,验证了程序编制的正确性。     

现浇X形混凝土桩竖向承载性状模型试验研究

为研究现浇X形混凝土桩的荷载沉降特性及其荷载传递机制,利用河海大学的大型试验模型槽开展X形桩的足尺模型静载荷试验。通过在桩身设置的钢筋测力计及在桩底埋设的土压力盒,实测了在竖向荷载作用下X形桩与土相互作用时的工作性状。试验结果表明：X形桩的荷载沉降曲线为缓变型;桩侧摩阻力与桩端阻力随桩顶沉降的增加均呈递增性;但随着桩顶荷载的增加,桩侧摩阻力分担桩顶荷载比例却呈递减性,其分担桩顶荷载比例由初期的约90%下降到极限状态时的70%左右,而桩端阻力分担桩顶荷载的比例呈递增性,其分担桩顶荷载比例由初期的约10%上升到极限状态时30%左右。研究成果可为今后竖向受荷X形桩的设计与研究提供重要参考。     

锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用

运用锚杆静压桩技术在既有建筑物中增设地下空间是可行的,一方面可利用既有建筑物的自重荷载作为压桩的反力,另一方面将压好的桩作为临时托换构件支撑的既有建筑物,建筑物下方的土体才可以开挖。对于黏性土,采用逐根压桩的方案,把所有桩压至设计标高后,待超孔隙水压力消散,才开挖承台下的土体。对于砂性土,可以边开挖土方边压桩,通过控制压桩和挖土速度,很好地控制建筑物的沉降。桩身四周的土体开挖后,其稳定性按照自由长度较大的高承台桩的模型进行分析。锚杆静压桩的压桩阻力是根据土层动力触探的指标确定的,锚杆静压桩的数量根据使用阶段、施工阶段的荷载以及桩身自由段的屈曲稳定性综合确定。按照新旧混凝土界面初始滑移承载力,进行承台的抗冲剪设计是有足够的安全储备的,此时冲剪承载力由几个斜向混凝土柱承担,而承台的下部受拉。锚杆静压桩之间的沉降差会在上部结构中产生附加内力,影响到结构安全。沉降差的计算采用分层总和法,计算时应考虑桩身的重力荷载、桩顶集中荷载等产生的附加应力以及土体开挖附加应力的减少。     

Analysis of piled raft with nodular pile subjected to vertical load using a Winkler model approach

An investigation is made to present analytical solutions provided by a Winkler model approach for analysis of piled rafts with nodular pile subjected to vertical loads in nonhomogeneous soils. The vertical stiffness coefficient along a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is derived from the displacement given by the Mindlin solution for elastic continuum analysis. The vertical stiffness coefficients for the bases of the raft and the nodular part in the nodular pile in a soil are expressed by the Muki solution for the 3‐D elastic analysis. The relationship between settlement and vertical load on the pile base is presented considering the Mindlin solution and the equivalent thickness in the equivalent elastic method. The interaction factor between the shaft of the nodular pile and the soil is expressed taking into account the Mindlin solution and the equivalent elastic modulus. The relationship between settlement and vertical load for a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is obtained by using the recurrence equation of influence factors of the pile for each layer. The percentage of each load carried by both nodular pile and raft subjected to vertical load is represented through the vertical influence factors proposed here. Comparison of the results calculated by the present method for piled rafts with nodular piles in nonhomogeneous soils has shown good agreement with those obtained from the finite element method and a field test. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.