设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础承载性能研究

为提高深水、厚覆盖层、强风、巨浪等复杂环境条件下跨海特大型桥梁深水基础的承载能力，针对琼州海峡跨海大桥主通航孔2×1 500 m三塔斜拉桥的中塔基础，提出了设置裙筒与半刚性连接桩的新型沉箱复合基础的设计方案及施工工艺。该新型沉箱复合基础由底部周圈带有裙筒的沉箱、打入地基中的钢管桩与后注浆垫层组成，其能够降低沉箱复合基础对水下垫层平整度和裙筒入土深度的要求，提高施工效率和质量。为进一步研究其承载性能，通过数值模拟和模型试验分别开展了沉箱基础、设置半刚性连接桩的沉箱复合基础、设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础等3种基础方案在竖向荷载、竖向与水平向组合荷载作用下的受力性能研究。研究结果表明：设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础具有优越的竖向和水平向承载能力，其在竖向荷载作用下，通过后注浆形成的碎石混凝土垫层强度较高且处于裙筒侧向约束状态，可将上部竖向荷载传递至裙筒、群桩基础和桩间土，并通过裙筒和群桩基础传至到地基深部，从而有效提高了软弱厚覆盖层地基中沉箱基础的竖向承载力并可减小基础沉降；在竖向和水平向荷载的组合作用下，裙筒能够充分调动筒内外浅层土体的水平抗力，半刚性连接桩则驱动塑性区向深处延伸，从而有效提高了基础的水平向承载能力并减小水平位移。研究成果可为琼州海峡等跨海通道的特大型桥梁深水基础建设提供重要参考。     

低周反复荷载下沉箱-垫层-桩复合基础承载性能试验

沉箱垫层桩复合基础具有良好的承载性能以及隔震性能，并且施工简单,工程造价相对低廉，是一种适用于强震区域软弱土体地基的新型桥梁深水基础形式。为了研究沉箱-垫层-桩复合基础的水平承载性能及抗震性能，设计了复合基础试验模型，进行了4组复合基础的低周反复荷载试验研究，分析了复合基础的破坏形态，选取垫层厚度、竖向荷载、地基形式为变量，研究了复合基础整体的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、强度退化、耗能能力等，并通过在沉箱顶部设置位移计、桩身贴设应变片等测试方法，单独分析了试验过程中沉箱的沉降状态及下部桩体的受力状态。试验结果表明:复合地基的使用可有效提高基础的抗震性能；在相同的循环位移下，复合基础的水平承载力、强度、刚度随着垫层厚度的增加及竖向荷载的减小而降低；采用复合地基的基础单圈耗能能力更强，累积耗能更高；垫层厚度的增加对沉箱沉降及倾角控制影响并不明显；竖向力的减小会导致沉箱出现的倾角更大；复合地基会使沉箱的沉降更为均匀，沉降速率更慢，但对于倾覆控制影响不大；复合地基中的群桩以前排桩承担的水平荷载最多，中排桩次之，后排桩最少，中桩承担的水平荷载略高于边桩；桩身最大弯矩位置在40%~50%桩长处；垫层的存在有效地减小了桩体分担的水平荷载。     

根式基础在密实砂土地区的应用研究

某连续梁桥位于密实砂土地区,基础形式为4根1.5m摩擦桩,上部设置承台。若用2根根桩组成的根式基础替代原基础结构,取消承台,则可有效缩短工期,节约造价。该文结合密实砂土的力学特性,通过理论分析结合Ansys、FLAC~(3D)数值模拟计算表明:(1)在保持桩长不变的前提下,基础采用2根Ф2.5m根桩,取消承台,竖向承载力满足设计要求,且安全系数为原设计的2.28倍;(2)根式基础根键可以增大桩基侧摩阻面积,从而提高桩基承载力,但增加幅度较小;(3)根式基础根键可以大幅度提高桩基底面承载面积(桩身底面与根键底面之和),且密实砂土层底面承载力容许值较高,根式基础底面承载力大幅度提升,占整桩竖向容许承载力的比值达到69.8%。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

深厚嵌岩超长单桩承载性能研究

为了解深厚嵌岩超长单桩的承载性能,以戛洒江特大桥4号墩桩基(采用超长群桩基础,基桩嵌岩段超过50 m)为背景,采用FLAC3D仿真计算软件建立有限差分模型,计算桩顶竖向荷载作用下,不同桩长(71,81,91 m)和桩径(1.5,1.8,2.0,2.2 m)组合单桩的沉降、荷载～沉降变化规律以及竖向荷载分担比例.结果表明...     

斜坡段桥梁基桩竖向承载特性模型试验研究

以某实际工程桩为原型,考虑坡度和桩长的影响,根据相似理论设计并完成了竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩室内模型试验,获得了不同坡度及不同桩长下基桩的荷载-位移曲线、桩身轴力与桩侧摩阻力沿深度的分布规律以及基桩极限承载力,据此通过非线性拟合,建立了斜坡桥梁基桩竖向承载折减系数与桩长及坡度直接的关系式。试验研究表明:竖向荷载相同时,桩顶沉降与水平位移均随坡度及桩长的增加而增大,基桩的荷载-位移曲线均无明显拐点,并呈现出因变形过大导致基桩屈曲失稳的破坏模式;斜坡效应对基桩竖向承载的影响约限于8倍桩径深度范围内;与平地桩相比,斜坡桩的桩侧摩阻力更易达到极限值,实际工程设计时应对其进行适当折减;边坡坡度越大、自由段越长,基桩竖向承载力越小。     

群桩水平承载特性关键影响因素数值模拟研究

通过群桩水平承载力现场试验和数值模拟的对比分析,确定了数值计算在管桩水平承载特性研究中的合理性和适用性,并着重分析了桩径、土体模量和竖向荷载对管桩群桩水平承载特性的影响规律,研究结果表明,群桩效应系数随着桩径、土体模量和竖向荷载的增加逐渐增大,数值计算得到的群桩效应系数高于规范法,研究结果可为群桩在设计和施工过程中提供参考和指导。     

桥梁吸力式沉箱组合基础静载试验研究

为研究吸力式沉箱组合基础的承载特性,制作高15cm和30cm的单沉箱基础与四沉箱组合基础模型,对沉箱基础进行细砂条件下的静载试验,研究单沉箱基础与四沉箱组合基础在竖向荷载、水平荷载及组合荷载作用下的承载能力及破坏模式等。结果表明:在竖向荷载作用下,四沉箱基础发生缓变型破坏,随着沉箱高度的增加,侧摩阻力占总承载能力的比例增加;在水平荷载作用下,四沉箱组合基础发生转动破坏,基础的水平极限承载力随沉箱基础高度的增加而增大;在组合荷载作用下,一定的顶部预压可有效地提高沉箱基础的承载能力,与单沉箱基础相比,四沉箱组合基础可以有效地提升基础的水平和竖向承载能力,其基础的破坏位移更大,使基础的承载性能得到了更好的发挥。     

桥梁挤扩支盘桩受力分析与承载能力研究

围绕广东潮汕环线项目,依托环线高速公路工程开展常规桩以及支盘桩现场试桩试验,对挤扩支盘桩的受力机理进行了研究并分析了挤扩支盘桩的承载性能。结果表明:不同于传统的等截面灌注桩,当挤扩支盘桩支盘腔成孔时,周围土体受到挤压,进一步提升桩周土体的模量以及承载力;同时支盘桩的支盘结构体发挥作用承载,对应的Q-S曲线为缓变型,桩的支盘处轴力有显著变化,呈现多支点端承摩擦桩受力特征,支与盘的荷载分担比可达60%左右;相同土层条件下,极限承载能力明显强于一般的常规桩,同等设计荷载下挤扩支盘桩的桩长更短;支、盘、桩端、桩侧荷载分担比受地质条件、荷载大小影响明显,随着竖向力的增大,支盘力的发挥具有明显的时序性,盘的承载力增长潜力远大于支结构,且由上至下逐步发挥承载作用。     

高速公路碎石桩复合地基加固数值模拟

通过数值模拟分析了高速公路碎石桩复合地基在桩体施工、路堤填筑、运行期全过程和地震动荷载等作用下的受力问题。计算结果表明:碎石桩在路堤的填筑和运行期中起到明显的排水固结作用,当桩长大于6m后复合地基中的孔压最大值变化较缓慢;在桩长大于10m后路堤底面的沉降量和坡脚的水平位移量变化均会较小。地震荷载作用下路堤顶部的水平向加速度峰值较底面更大;在碎石桩加固范围内,复合地基的水平刚度大于天然地基,而在整个地基内,复合地基的竖向刚度均大于天然地基,在地基刚度较大的情况下位移最大值较大;天然地基在路堤坡脚下方、路堤边坡等位置较易发生液化,经过碎石桩加固后降低了地基液化的可能性。     

自平衡测试技术在国内桥梁桩基检测中的应用实例

介绍了桩承载力自平衡测试技术近5年来在国内桥梁桩基检测中的应用情况，包括润扬长江大桥、苏通长江大桥、杭州湾跨海大桥、南京长江三桥等国家重点工程。被检捡桩最大桩径为2．8m。最大桩长125m，最大承载力达12000t。检测结果直接用于工程实际中，充分发挥了大直径超长桩基的承载潜能．取得了显著的经济效益。     

超大直径空心独立复合桩基与群桩承载力对比

为研究超大直径空心独立复合桩基的承载特性,确定其合理的结构形式和尺寸参数,采用数值模拟的方法,对比分析了超大直径空心独立复合桩基与传统群桩基础在竖轴向荷载、横轴向荷载下承载特性的异同。结果表明:超大直径空心独立复合桩竖轴向承载力与对应群桩基本一致,但在横轴向承载具有更优异的能力;复合桩的竖向极限承载力中端阻力占比明显大于群桩,应注意桩端承载力的验算;为合理提高复合桩的承载力,应控制桩径D10m并保持L/D≥6,尽可能通过桩侧阻力的增长提高承载力。     

不同群桩设计参数下桩基荷载的简化分析

通过对隧道群桩-衬砌支护联合承载体系和无地基改良下关键部位的受力及变形进行对比,经分析后提出隧底群桩荷载简化模型。研究结果表明:群桩-衬砌支护联合承载体系下结构竖向位移明显减小,其中拱顶和仰拱的竖向位移得到明显控制,且在隧道纵向中部位置的竖向应力有明显减小,整体受力更趋于均匀。所以,群桩-衬砌支护联合承载体系对改善隧道基底深厚软弱地层下的沉降和洞室关键部位应力有显著作用,同时,给出不同关键设计参数(桩长、桩径、桩间距)下隧底群桩荷载简化模型分布函数,可利用该分布函数进行桩顶荷载估算。     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

大直径钻孔灌注群桩承载规律分析

由于大直径灌注桩具有很高的承载力、较小的变形和施工方便等,因而在工程上被广泛地采用为首选的深基础型式。由多根桩通过承台联成一体所构成的群桩基础角桩、中桩与边桩的承载力贡献值明显不同。在桩土共同作用分析的基础上,采用有限元软件ANSYS对不同参数条件下的群桩进行模拟,探讨承台中心荷载改变过程中角桩、中桩与边桩承载变化规律。研究表明,在竖向荷载作用下,随荷载变化中桩分担桩顶作用力拟合方程Y=6.07988＋0.0996·X＋1.52385×10-7·X2,随荷载变化角桩分担桩顶作用力拟合方程Y=18.72118＋0.14109·X-3.92561×10-10·X2,随荷载变化边桩分担桩顶作用力拟合方程Y=0.05066＋0.11515·X＋6.52468×10-10·X2。分析成果可为同类桩基设计借鉴参考。     

设计参数对钻孔灌注桩竖向承载性能影响研究分析

采用大型有限元软件ANSYS对钻孔灌注桩竖向承载性能进行仿真模拟,对比分析了不同设计参数包括桩体几何尺寸(桩长和桩径)和土体参数(土体黏聚力C、桩侧土体刚度和桩端土体刚度)的钻孔灌注桩竖向承载性能,总结了各设计参数对钻孔灌注桩竖向承载性能的影响程度.     

特大型桥梁群桩基础承载特性离心模型试验研究

苏通大桥超大型主桥索塔群桩基础置于第四系土层中,其承载变形特性是设计急待解决的技术问题。通过离心模型试验,研究了5种工况下主桥索塔群桩基础的竖向承载变形特性,分析了承台竣工、裸塔竣工、成桥阶段群桩基础的沉降及桩顶荷载分布规律。结果表明,5种工况下主桥索塔群桩基础的极限承载力大于5 000 MN,成桥阶段的总沉降为148~186 mm,基础整体稳定,桩顶荷载成W形分布,桩底注浆和冲刷形态对群桩基础的承载变形特性有一定影响。     

长短桩复合地基承载性能分析

桩与土的空间作用效应,使长短桩复合地基承载性能与单桩承载性能之间存在显著差异。通过现场静载试验和三维数值计算,对长短桩复合地基承载性能进行了研究分析。结果表明:长短桩复合地基静载试验中,3.5 m管桩的桩土应力比在2到3之间,而5.5 m管桩的桩土应力比在6到8之间;随着桩数的增加,四桩复合地基变形沉降值要大于等同条件下单桩复合地基的变形沉降值;长短桩群桩效应系数为0.616,长短桩复合地基可以弱化群桩效应;随着桩数和桩长的增加,桩土应力比随之增大。受刚性基础下的影响,复合地基中长桩的桩土应力比相对较大,降低了桩间土体受到的荷载值,从而使复合地基整体变形沉降值较小。研究成果可以为相关工程技术人员提供参考。     

沉箱-垫层-桩复合基础竖向特性的细观试验

为了分析沉箱-垫层-桩复合基础的竖向受力特性,以深水桥梁桩箱基础试验模型为背景,针对3组不同级配砂石垫层,进行了桩箱基础竖向承载特性试验。通过在沉箱顶部施加竖向荷载、桩身埋设应变片、土压力计以及位移计等测试方法,并在试验过程中采用粒子图像测速(PIV)技术进行连续跟踪拍摄,得到桩身侧摩阻力、桩顶刺入量、砂石流动趋势及垫层孔隙率等变化规律,利用图像处理技术获取了土体颗粒位移场,并采用颗粒流程序PFC~(2D)对该复合基础应力传递方式和孔隙率等细观特性进行补充分析。研究结果表明:砂石垫层颗粒级配对桩顶刺入量有较大影响,由粗集料和良好级配骨料砂石构成的垫层可有效减小桩顶刺入量;沉箱下沉时,桩身中性点位置从0.4L处下移到0.7L处,同时桩顶区域孔隙率由29.2%降低至11.2%,下降幅度较为明显,表明其颗粒被挤压密实形成核心区,与数字图像处理得出的土体位移场形态相吻合;PFC~(2D)程序分析结果与室内模拟的规律较为一致,沉箱刃脚处土体孔隙率经历了先下降后升高的过程,表现出土体的剪胀特性,而桩顶处土体孔隙率值持续降低,形成桩顶核心压密区。研究成果可为深水桥梁桩箱基础设计提供参考。     

用三维有限元法对超长单桩承载性能的研究

为了研究超长单桩与普通单桩承载性能的异同,基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS,对均匀土中超长单桩的承载性状进行了分析研究。具体分析了桩长、桩径对超长大直径桩承载性能的影响,桩长越长,单桩极限承载力越高,同样荷载条件下桩顶位移越小,但这种提高的趋势变缓;桩径越大,相应桩的极限承载力越低;桩顶荷载位移曲线基本呈缓变型。桩身压缩量随桩长增加而增加,随荷载增加的变化基本上呈线性变化,但是桩长越长,这种变化表现出非线性,即桩身压缩量随桩顶荷载增加的趋势变大。