考虑溶洞空间形态的岩溶桩基稳定性分析方法

岩溶桩基的应用随岩溶地区交通工程建设的快速发展而越来越普遍，如何评价桩端岩溶顶板稳定性成为岩溶桩基设计的关键问题之一，针对目前桩端岩溶顶板稳定性分析平面假设的不完善性，考虑溶蚀作用形成的溶洞所具有的空间形态特征进行岩溶桩基稳定性分析。首先，将基桩作用下的岩溶顶板分别简化为固支梁、抛物线拱、圆拱与固支双向板等承载模型，采用结构力学与双向板分析理论建立不同模型的桩端岩溶顶板抗弯最小安全厚度计算方法；其次，通过计算结果对比分析，揭示岩溶顶板最小安全厚度随矢高的变化规律；在分析岩溶顶板冲切破坏与剪切破坏形式的基础上，探讨桩端岩溶顶板破坏模式的控制因素及其影响规律，进而获得桩端荷载、石灰岩抗拉强度、溶洞跨度与矢高等因素对桩端岩溶顶板承载特性的影响规律；然后，基于溶洞钻孔探测所得地质勘查信息构建岩溶桩基稳定性分析流程，提出考虑溶洞空间形态特征的岩溶桩基稳定性分析方法；最后，通过工程案例具体分析桩端岩溶顶板最小安全厚度及其破坏模式随矢高的变化规律。研究结果表明：桩端岩溶顶板破坏模式不仅与溶洞跨度、桩径有关，而且与溶洞形态及其矢高也密切相关，此外，石灰岩抗拉强度对岩溶顶板稳定性的影响同样较大，详细全面的工程勘察资料能使桩端岩溶顶板稳定性分析结果更接近实际情况。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

岩溶地区桥梁桩基处理综合技术措施

岩溶地区工程地质条件复杂,地下溶洞发育.如何确定桥梁基础形式,如何验算桥梁桩基安全稳定性,如何在设计、施工过程中确保桩基础质量,确定安全、合理、经济的基础设计及溶洞处理方案,是桥梁设计和施工人员普遍关注的问题.总结了夏蓉高速郴宁段多座穿越岩溶地区的桥梁桩基础处治经验和原则,并引用相关理论对桩基嵌岩方案进行合理性、经济性等多方面综合分析比较.通过计算,对传统设计上的保证嵌岩深度2倍桩径和保证较大的桩端溶洞顶板厚度进行了优化.     

岩溶地区桥梁桩基础的设计与施工

通过对岩溶地区高速公路高架桥的桩基设计,总结了岩溶地区桩基的地质勘探原则、桩端溶洞顶板安全厚度计算以及不同地质情况下岩溶桩基的施工方案。     

陡坡—岩溶耦合作用下公路桥梁桩基极限承载力的计算

为研究陡坡—岩溶耦合作用对桩基竖向承载特性的影响,基于现行规范中的桩基极限承载力标准值公式,采用Marc有限元软件对4种顶板厚度、5种坡度进行正交模拟试验,分别提出了针对顶板厚度和坡度对于桩基竖向分项承载力的修正系数。试验结果表明,桩基极限承载力随坡度增大而逐渐减小,坡度大于45°时,减幅达到29.83%;当顶板厚度大于3倍桩径后,继续增加顶板厚度对桩基极限承载力的提高效果不大,稳定在19%左右。根据计算结果分析桩基竖向分项承载力占比的变化规律,提出了同时考虑顶板厚度和坡度的桩基竖向极限承载力标准值的计算公式以及修正系数αi、β。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

岩溶地区桩基承载特性影响因素研究

为分析各因素对岩溶地区桩基承载特性影响,以指导桩基设计和施工。以龙怀高速公路岩溶区桥梁桩基工程为依托,通过ANSYS软件建立模型进行桩基荷载-位移特性分析。结果表明:岩溶对桩基承力性能有不利影响,且桩基作用于溶洞顶板较桩基内穿溶洞时影响更大;桩基内穿溶洞时,其极限承载力随溶洞高度和跨度的增加呈线性降低,且溶洞高度的影响更大;桩身弹性模量增加时桩基极限承载力提高,但弹性模量超过30GPa后提高速率减缓。     

岩溶地区嵌岩桩安全性理论分析与应用

在岩溶地区进行嵌岩桩设计时,应选择具有一定安全厚度的基岩作持力层。基于溶洞顶板均质、各项同性等基本假定,根据桩端直径与桩底溶洞大小、类型,模拟外荷载作用下混凝土板受力变形破坏特征,并对溶洞基岩顶板进行简化分析,得到各种状况下的岩溶顶板安全厚度与桩端应力值、岩石单轴抗压强度、溶洞类型与大小等相关数学表达式。该式简单、直观,较全面反映了影响溶洞顶板安全厚度的各种因素,并得到实际工程验证。     

下伏岩溶与桩基耦合作用研究

为探求下伏岩溶与上方桩基之间的耦合作用,对岩溶顶板与桩基作用体系进行抽象概化,建立8种力学模型,基于弹性力学薄板理论及材料力学梁理论进行理论力学分析,并结合工程实践对比分析各力学模型下岩溶顶板安全厚度及桩基极限承载力。计算结果表明：不同力学计算模型适用于不同实际工程;同一条件下各力学模型计算结果差别较大。因此,合理选择适合于实际工程的溶洞顶板及桩基作用体系力学模型至关重要。     

基于岩溶顶板冲切破坏的桥梁桩基承载力分析

张家界至花垣高速公路是位于我国西部山区。工程建设中,遇到大量的岩溶问题,结合张花高速岩溶区桥梁桩基承载力问题,考虑桩端下伏岩溶顶板冲切破坏模式,对岩溶顶板对桥梁桩基的承载性能的影响进行了分析,提出了桩端下伏岩溶顶板厚度与桩体承载力的关系,并结合十标段大岩屋1号桥3#墩处桩基资料,给出了评估结果,并在算例基础上进行了参数分析,结果表明增大桩径可使桩体承载力提高,但并不明显,顶板岩体强度与人为设定的安全系数K对桩基承载力影响较大。     

桥基岩溶洞穴顶板稳定性综合评价

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,利用定性分析、结构力学的半定量分析方法和三维有限元定量计算手段,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行了综合评价。通过对不同厚度下溶洞顶板的应力和位移的力学响应分析,认为在确保单桩桩端标高选在强岩溶发育带以下的稳定岩层上,且顶板厚度大于8.0m,才能满足溶洞顶板的稳定性要求。考虑到青溪大桥4#桥墩所在承台基坑开挖的爆破震动影响,设计溶洞顶板安全厚度取值为8.5m,并采用钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及顶板岩体的变形进行了现场监测,结果表明,突破常规设计要求的8.0m溶洞顶板厚度施工是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。     

基于扁拱突变理论的路基下伏溶洞顶板稳定性分析

根据路基下伏溶洞受荷体系的力学特性,将结构体系简化为两端固定铰支的扁拱模型;基于突变理论推导得到扁拱的能量势函数和分叉集方程,从而建立了路基下伏溶洞顶板突变模型平衡曲面;根据溶洞顶板突变失稳的条件,提出了确定路基下伏溶洞顶板的极限承载力及最小安全厚度的方法;并对溶洞顶板厚度h、溶洞顶板跨径l、溶洞顶板失高f、岩层的弹性模量E、溶洞顶板上覆荷载q五个影响因素进行参数分析,可得如下结论:溶洞顶板的极限承载力随着溶洞顶板厚度的增加,溶洞顶板失高的增加、岩层弹性模量的增加而增加,随着溶洞顶板跨径、溶洞顶板上覆荷载的增加而减小.     

基于ANSYS的岩溶地区桥梁桩底持力层厚度分析

在岩溶发育地区桥梁设计和施工过程中,经常遇到端承桩桩端持力层厚度不足的问题。目前交通部有关规范以及各个地方标准中,有对桩端持力层厚度进行相应要求,但并无统一标准,同时也没有给出吃力层厚度计算的有效方法。本文通过实际的工程案例,对桩端持力层厚度与溶洞跨度以及桩基入岩深度之间的关系进行分析,为以后类似工程有关桩底持力层厚度的判定提供一些思路和借鉴。     

山区高速公路隧道穿越特大型溶洞施工技术

为解决隧道穿越特大溶洞施工中存在的技术难点,保证隧道工程的实体质量,以白须公隧道为研究对象,通过对溶洞岩体地质状况实施勘测,对岩体的岩层走向和节理分布情况实地调查,根据溶洞的实际状况和收集的数据确定溶洞的处理方案。提出溶洞底部采用桩基处理,在基础上构建承台及支撑墙,溶洞底与隧道结合处采用横向联系梁连接,对溶洞靠隧道一侧的侧壁及顶部围岩采用清理和喷锚加固等处理措施,有效解决了隧道穿越特大溶洞技术难题。     

岩溶尺寸及位置对隧道基底加载沉降的影响研究

建立了岩溶隧道概化模型,运用FLAC3D有限差分软件对隧道基底在加载过程中,不同尺寸及位置的全充填性溶洞的影响进行了数值研究。结果表明:溶洞尺寸和位置的影响存在界限值,岩溶顶板安全厚度为0.4倍隧道直径,岩溶上边界影响范围为1倍隧道直径,岩溶下边界影响范围为3倍隧道直径,岩溶左右边界影响范围为2倍隧道直径;当岩溶超过上述影响范围时,隧道设计、施工可不考虑溶洞影响。     

桩侧溶洞对桥梁桩基沉降和桩端受力影响分析

以处于灰岩地区的某桥梁工程为依托,建立桩基-溶洞三维仿真模型,分析不同荷载下桩侧溶洞关键尺寸大小对岩溶区桥梁桩基桩顶位移和桩端反力的影响。结果表明:桩侧溶洞高度的增加会导致桩顶位移增大,但对桩端反力影响较小;桩侧溶洞跨度的增大对桩顶位移和桩端反力影响不大;桩侧溶洞跨度相同时,桩顶荷载及高跨比的增大会引起桩基沉降量和桩端反力值增加;桩侧溶洞高度及高跨比较大时,建议增大桩基嵌岩深度,以确保相邻桩基差异沉降量满足要求,桩侧溶洞高度为4~6 m时,可考虑采用强度较低的桩端持力层。