高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

桩承式加筋路堤时效性数值模拟研究

利用有限元数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的时效性变化规律。通过无桩无筋、无桩加筋、竖向桩体及水平加筋联合使用3种情况对比研究,分析了路堤填土荷载作用下软土地基中超静孔隙水压力随时间的变化规律,探讨了路堤水平位移、沉降和工后沉降、筋材最大拉力及桩体荷载分担比随固结时间的变化规律。研究结论可为软土地基上路堤的设计和施工提供重要的参考。     

柔性荷载下粉喷桩复合地基承载特性试验研究

开展了粉喷桩复合地基承载性能试验,实测了柔性荷载下桩、土应力,探讨了复合地基中桩土应力比及其变化规律。研究表明,粉喷桩复合地基载荷-沉降曲线一般表现为缓变型;粉喷桩复合地基承载力宜按相对沉降法取相对沉降比为0.01所对应的压力。由于砂垫层的流动补偿作用,柔性荷载下桩土应力比随荷载的增加变化较为平缓,在复合地基承载力基本值附近桩土应力比变化范围为1.73～6.83,平均值为3.20。     

高速铁路超长桥桩承载特性试验研究

超长桩广泛已应用于土木工程各个领域,但黄土地区超长桩的承载性状和变形特性尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对郑西铁路客运专线某特大桥的4根超长桩现场测试项目的资料分析,得出了超长桩桩身轴力及侧阻力的变化规律,对超长桩的承载特性有了更为清晰的了解。试验结果表明,在桩顶竖向荷载作用下,桩身轴力随荷载的增加发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,黏性土层的桩侧摩阻力具有退化效应;单桩竖向刚度随桩顶荷载的增加而减小,单桩竖向刚度降低40 %～70 %。     

桩端压力注浆桩的承载性状分析

灌注桩后注浆工艺能提高桩的承载力、减小变形、增强桩的质量稳定性。根据某工程注浆和未注浆钻孔灌注桩的单桩静载试验的分析与对比,结合试验的荷载位移曲线、桩身轴力分布、桩顶荷载与桩端荷载、桩顶沉降与桩身弹性压缩量等关系,探讨钻孔灌注桩注浆前后桩土体系荷载传递的变化规律和某些影响因素,对了解桩端压力注浆桩的承载性状及类似工程的设计有一定意义。     

粉质黏土中沉箱-桩复合基础水平向承载性能试验研究

为进一步研究沉箱-桩复合基础的水平向承载性能,开展粉质黏土中单桩、沉箱-桩复合基础在水平向荷载和竖向及水平向组合荷载作用下的系列试验,对沉箱-桩复合基础的水平荷载与位移关系、桩身弯矩、位移及土抗力分布规律及群桩效应等进行了研究。结果表明,在水平荷载作用下沉箱对桩顶的约束使桩身弯矩分布较桩顶自由情况要更均匀,并能有效地降低桩身弯矩、位移及土抗力,提高了基础水平承载能力;在同时作用有竖向和水平向组合荷载时,沉箱底摩擦力参与抵抗水平力作用、桩顶竖向力也有利于进一步提高基础水平承载力;试验获得了不同桩数、桩顶约束、荷载作用条件下的沉箱-桩复合基础群桩效应系数,对于桩距为6倍桩径的情况,桩与桩之间的相互影响很小。     

高速铁路穿透型CFG桩复合地基沉降计算修正系数分析

为掌握铁路工程CFG桩复合地基在路堤荷载作用下的沉降计算修正系数变化特点,基于武汉－广州高速铁路24个路堤断面的地基沉降测试数据,结合地勘和设计参数,分析了地基沉降计算修正系数的变化规律及工后沉降的时间效应特征,结果表明,软弱土层浅薄的穿透型CFG桩复合地基具有优良的沉降控制效果,对应的地基沉降计算修正系数在0.63～0.17之间,较当量压缩模量相当的《铁路工程地基处理技术规范》推荐值偏低约1/3;地基沉降表现出显著的时间效应特征,地基工后沉降占最终沉降的比值有随时间逐渐降低的趋势;路堤填筑速率加快和地基布桩间距加大,对穿透型CFG桩复合地基工后沉降占最终沉降的比值有明显增大作用,地基沉降稳定所需的时间更长。     

预制管桩-搅拌桩复合地基静载试验分析

控制沉降和不均匀沉降是深厚软土地基上多层建筑工程设计的关键问题。以温州某康居工程为背景,把预制管桩结合水泥搅拌桩这种新型的刚柔性桩复合地基运用于该小区的地基处理,通过大型现场静载试验,研究了该类复合地基沉降随荷载变化规律,分析了刚性桩和柔性桩应力比、刚性桩土应力比、柔性桩土应力和荷载分担百分比随荷载变化的发展规律。研究表明,两种桩和土应力比值在静载试验中随荷载增加其值变化不大,充分发挥了桩间土的承载力特性。所得结论可为该类地基进一步的理论研究及工程设计提供有益的参考依据。     

桩基负摩阻力时间效应试验研究

由于黏土固结缓慢,桩基负摩阻力存在明显的时间效应,然而目前相关研究仍显不足。设计实施了能实现桩顶加载及较大超载值的单桩及双桩负摩阻力模型试验,桩周土采用砂土和软黏土夹层,测定了模型桩身应力、桩顶位移以及土体分层沉降随固结时间的变化。试验结果显示,沉降、负摩阻力具有明显的时间效应。土表超载作用下土体沉降带动桩沉降,桩与土体的沉降均表现出早期快、后期慢的趋势。试验加载初期,黏土夹层处的负摩阻力略小于砂层,但随土体固结而增长,其基本变化规律与沉降相同。因桩端砂土层沉降稳定迅速,中性点随桩身沉降增长略呈上移趋势。此外,相同荷载作用下桩间距较小的双桩,由于下拉力较小,其沉降较小。试验条件下,3D桩间距的负摩阻力群桩效应系数在0.71～0.77之间,6D桩间距时不存在负摩阻力群桩效应。     

基于双曲线模型的T型刚性桩荷载传递特性研究

假定桩土荷载传递函数为双曲线模型,分析T型刚性桩荷载传递机制,建立桩及桩帽下土体的竖向位移、竖向应力、侧摩阻力与深度之间的控制微分方程。采用微分方程近似解法,推导出相应的解析表达式。利用桩顶沉降作为已知条件进行求解,所得结果能够出反映T型桩荷载传递性状规律,即桩身轴力随深度增加而减小;桩身侧摩阻力随深度增加呈现出先增大后减小;桩土应力比与荷载有关。文中方法的计算值更接近于试验结果,可为工程设计提供理论基础。     

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

大吨位基桩抗压载荷试验中的锚桩预应力保护技术

竖轴向承载力是桩基础设计的重要参数,现场静载试验是目前确定桩基承载力的主要手段之一。本文依托黄陵延安段高速公路洛河特大桥试桩工程,通过对原有工程桩施加预应力,形成了以工程桩为锚桩的锚拔体系。加载过程中试桩应力、锚桩应力及桩顶位移测试,结果表明,结合预应力技术,以工程桩作为锚桩构成桩基础静载试验的锚拔体系是可行的,同时提出了施加预应力大小的原则、方法以及确保后期曾作为锚桩的工程桩有足够承载能力应采取的必要措施。     

不同平衡堆载条件下桩基承载特性的原位试验研究

沿海吹填围垦地区土质较差,淤泥软弱土层较厚,在后期填土作用下土体会产生很大的固结沉降。后期不同堆载填土方式对桥梁基础影响较大,可降低基桩承载力,同时平衡堆载主要增加基桩的沉降,而不平衡堆载则对基桩水平位移影响较大。结合台州湾大桥工程建设,选取3根基桩进行了平衡堆载（围载）试验,另外,选取了3根基桩进行了不平衡堆载试验,研究不同堆载条件下对桩基承载特性的影响。现场试验结果表明,平衡堆载条件下主要引起桩侧产生负摩阻力,堆载高度达到4 m,堆载面积为24 m×16 m时,负摩阻力总和达到2 687 kN左右,中性点深度约为29.5 m,约为0.36倍桩长,且负摩阻力的发展是随时间而变化的;不平衡堆载条件下主要产生土拱效应,使桩基产生较大的水平位移,试验中不平衡堆载对吹填区的影响主要在距离地面20 m范围之内,土中最大水平位移出现在距离地面4～5 m左右位置,而桩身最大水平位移出现在桩顶。     

考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降解析

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上,根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式,基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为,采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用,提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证,研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明,沉桩效应对桩周土体起到挤密作用,使得桩周土体的强度和刚度增大,从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小,使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。     

采空区上方高速铁路桥梁群桩基础模型试验研究

目前有关采空区桥梁群桩基础的受力机制和沉降特性的研究成果还十分匮乏。以合肥－福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型进行缩尺模型试验研究。根据相似理论计算出模型相似常数,试验确定相似材料后进行模型制作,通过多级荷载试验获取了桩的内力,桩间土的应力,桩、承台、土和采空巷道顶板的沉降3大类数据,得出了模型中桩和桩间土的荷载特性和基础沉降规律。研究表明：采空区对桩承载力的影响与荷载大小成反比关系;所有桩均未出现桩侧负摩阻力,穿过采空区的桩的侧摩阻力分布重心下移程度较正常地层桩明显;采空区群桩不均匀沉降存在临界荷载值,超过此值后,采空区顶板岩土层与基础下正常岩土层的差异沉降不再增加。基于试验结果和理论分析,建立了以现有规范为基础的采空区单桩承载力计算公式和采空区群桩沉降计算公式。     

后压浆桩基础的承载力试验对比分析

结合陕西省高速公路工程某特大桥试验区4根试桩的应力测试结果,对比分析常规桩和后压浆桩的承载性能以及沉降量的变化情况。试验结果表明,在相同地质条件下,钻孔灌注桩桩端后压浆可以通过改善桩端和桩侧承载性能,从而提高单桩极限承载力,减小沉降,达到优化桩基础的目的。      

重复荷载下模型支盘桩工程性状的试验研究

为研究在粉黏土中支盘桩在重复加载下的工程性状,在粉黏土中进行一次加载试验,测出其极限承载力,分别对一个双盘模型支盘桩在其极限荷载和0.75倍极限荷载的条件下各进行了5次重复加载卸载试验。根据试验结果,分析了在该土层中支盘桩的承载力和变形特性,研究了重复荷载作用下模型支盘桩在粉黏土中荷载传递的特点、桩身不同位置压力变化的特点,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力出现复杂变化的原因进行了分析,同时还分析了离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因。研究结果表明,不同强度的荷载重复作用下对桩的沉降变形的收敛影响很大;支盘桩和桩周土体的相互作用机制十分复杂,因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机制还要做大量地研究。     

不同堆载形式对群桩负摩阻力的影响

在既有桥墩桩基础周围土体堆载时,会引起土体的沉降和侧向变形,进而在桩身产生负摩阻力,对桩基变形及承载性能有很大影响。为研究围载和单侧边载作用下群桩中不同位置桩基的受力差异,以3×3群桩基础为研究对象,进行围载和单侧边载作用下的模型试验,分析了不同位置桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置和基桩承载力安全系数等的变化规律及差异。研究结果表明：围载工况下,角桩的轴力、侧摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小;中性点位置角桩最深,边桩略高,中心桩距桩顶最近。边载工况下,靠近边载侧和中间一排桩基轴力、侧摩阻力与围载时的变化规律类似,远离边载侧的一排桩基受边载影响较小,无负摩阻力;各桩基中性点位置变化规律类似于围载工况。与围载工况相比,边载时同一位置桩身轴力、负摩阻力均较小,中性点位置较高。与单侧边载工况相比,围载时各基桩承载力安全系数FS均较小且随荷载的增大衰减梯度较大。该研究成果为不同堆载形式下群桩基础的设计提供参考。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。