高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布

以厦深(厦门—深圳)客运专线韩江特大桥潮安县段桩基选型工程为研究背景,通过有限元软件ABAQUS进行数值仿真模拟,分析低承台超长桩在非均质土条件下承受竖向荷载时竖直桩基的荷载-沉降(Q-S)曲线、基桩荷载分担、桩体侧向受荷、承台偏移、基桩竖向变形等工作性状。结果表明:超长群桩的Q-S曲线呈缓变特征,未出现显著的转折点和陡降;在承台顶逐级施加荷载作用下在同一深度范围内桩身轴力中桩、边桩、角桩依次增大;角桩和边桩的竖向变形相似,中桩差别较大;桩身的压缩变形随桩体深度依次递减;中桩侧摩阻力与周围基桩相比较小,变化更加缓慢。     

不同加荷顺序下单桩负摩阻力模型试验研究

研究目的:基桩负摩阻力对桩产生下拉荷载,增大桩身轴力和端阻力,甚至导致桩身破坏。由于桩周土和桩体承受荷载后的沉降发展过程不同,桩载与堆载施加顺序必然对桩体负摩阻力产生较大影响。本文通过模型试验,研究不同桩端持力层条件下堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。研究结论:(1)先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点离桩顶最远,随着桩载增加,中性点逐渐上移,最终黄土和粗砂持力层中性点位置分别在桩顶下0.49l和0.56l处;桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数分别为0.69和0.57;(2)先桩载后堆载工况下,施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小的趋势,中性点出现并逐渐下移,最终黄土和粗砂持力层的中性点位置分别在0.41l和0.50l附近,单桩承载力发挥系数分别为0.86和0.69;(3)同种持力层情况下,先桩载后堆载的承载力发挥系数较先堆载后桩载的大,安全储备小,实际工程中应严格控制堆载宽度、集度及堆载边缘距桩中心的距离;(4)在实际工程中应综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力;(5)该研究成果可为堆载条件下桩基的设计提供参考。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数，同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响，利用力学理论及微分方程的近似解法－－子域法，出了刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的近似解析算式，在刚性承台下，中桩最大侧摩阻力出现在桩端，边中桩、角桩最大侧摩阻力出现在桩顶附近，角桩桩顶反力最大，边中桩次之，中桩最小，为了验证本文方法的可行性，将模型试验结果与本文计算结果进行了比较，对比表明：本文方法有较好的精度。     

考虑泊松效应的单桩竖向承载变形特性研究

单桩在承受上拔或下压荷载时,其桩侧极限摩阻力相差较大,桩身泊松效应是重要的影响因素之一.考虑泊松效应对桩-土界面法向应力的影响,推导得到上拔与下压荷载作用导致的桩侧极限摩阻力改变量的表达式;根据双曲线荷载传递模型,得到考虑泊松效应的的τ-z曲线;在位移协调法的基础上,通过迭代更新桩底位移使桩顶轴力与桩顶荷载相等,提出各级荷载作用下桩身位移响应的计算方法;基于Matlab开发平台编制单桩在竖向荷载作用下Q-S曲线和抗拔系数的计算程序,通过与现场试验数据对比验证了本文计算方法的可靠性.研究结果表明:单桩的抗拔系数随着桩土平均模量比的增大而增大,但其增长速率逐渐减小;随着长径比的增大,单桩的抗拔系数线性减小.随着桩土平均模量比的增大,抗拔系数受长径比的影响逐渐减小,当桩土平均模量比为6000时,抗拔系数几乎不随长径比的改变而变化.     

桩顶荷载影响负摩阻力的现场试验与数值模拟

进行了桩顶荷载对于负摩阻力性状影响的现场试验.针对现场试验,进行了数值模拟.现场试验和数值模拟结果都表明:数值模拟结果与实测结果较吻合;与没有桩顶荷载时相比,有桩顶荷载作用时负摩阻力引起的附加沉降较大,中性点的位置较高,附加轴力明显减小;随着桩顶荷载的增加,沉降增加、中性点上移和附加轴力减小的趋势都很明显.结果表明,桩顶荷载对负摩阻力性状的影响是有规律的.     

高速铁路岩溶地区桩基后压浆试验研究

京沈高铁顺义特大桥189号、190号墩地处岩溶发育区,原设计桩长需穿越岩溶地层,施工难度大,进度、成本计划难以保证,现通过桩端、桩侧压浆技术改善承载性状。为获得后压浆技术相关参数及效果,在现场开展桩基后压浆静载试验。采用《建筑桩基技术规范》对压浆前后灌注桩进行承载力计算,对比分析试桩在不同荷载条件下的桩顶位移、桩侧摩阻力值、桩端阻力值。试验结果表明:后压浆工艺可有效提高基桩承载力,减少桩顶沉降;提高侧摩阻力占比,并显著提高在距桩顶10 m以下范围内砂性土的侧摩阻。     

卤水井开采对铁路桥梁群桩的影响分析

为研究卤水井开采对德州—大家洼铁路沿线桥梁安全性的影响,在现场监测数据的基础上,采用有限差分软件FLAC3D建立多口卤水井开采条件下带承台群桩的三维计算模型,分析井内不同地下水位降时的桩土沉降特性及各单桩的内力分布规律。结果表明:随着地下水位的下降,地面沉降范围逐渐增大且呈漏斗状分布,沉降漏斗的中心位于群井的中心,地面沉降范围在距群井中心100m内;群桩沉降主要发生在地下水位从-9m下降至-33.1m的过程中,此阶段群桩沉降量占工后总沉量的64.7%;随着地下水位的下降,各桩的轴力沿桩身先增大后减小,桩身上部负摩阻力的作用区域逐渐增大,且负摩阻力沿桩身先增大后减小,各桩最大轴力所在截面和中性点不断下移;在相同的地下水位降条件下,各桩轴力和负摩阻力的大小顺序为角桩侧桩近井中桩中桩;抽水结束且群桩沉降达到稳定后,角桩桩底侧面受到的正摩阻力最大,为75kPa。     

大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性现场试验研究

通过无锡市地铁1号线高架桥段钻孔灌注桩试桩工程的现场静荷载试验及其桩身应力测试结果,分析层状地基中大直径超长钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的荷载传递规律。试验结果表明:大直径超长钻孔灌注桩的荷载-沉降曲线无明显拐点,属缓变型;桩端承载力仅分担了桩顶最大加载值的6.8%,该试桩承载特征为典型的摩擦桩;桩身侧摩阻力与桩端阻力并不是同步发挥的,且两者之间相互影响;桩侧摩阻力呈由上而下逐步发挥的变化趋势;在具有相似物理力学特征的土层中,埋深对桩侧摩阻力的影响较显著,部分土层中桩侧摩阻力的实测值与规范的推荐值有明显差异。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

高速铁路桥梁桩侧摩阻力与桩端阻力分析

针对京沪高铁天津特大桥张家窝试验段DK124工点D19#桥墩,经现场测试,分析桩身钢筋应力变化;并通过弹性力学公式计算获得桩身轴力、桩侧摩阻力及桩端阻力,研究其分布与变化规律。结果表明:①桩身轴力随荷载的递增而逐渐增大并最终趋于稳定,桩顶附近桩身轴力波动范围较大,桩顶5 m范围内存在"负"摩擦现象;②恒载作用下桩端反力为桩顶压力的30%,这与桩端持力层为工程性质较好的粉砂层有关;③在桩顶最大恒载作用下,各土层摩阻力的发挥程度仅为相关规范给定极限值的15%～20%,桩端阻力为相关规范给定极限值的40%,符合设计要求。     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

大直径超长钻孔灌注桩承载特性试验研究

研究目的:分析大直径超长钻孔灌注桩在不同荷载条件下的桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布及发挥特性、桩端阻力发挥特性,掌握大直径超长钻孔灌注桩竖向受力机理及承载特性,为完善大直径超长钻孔灌注桩的设计方法提供借鉴和指导。研究结论:大直径超长钻孔灌注桩桩身轴力从桩顶到桩端逐渐衰减,其衰减的快慢反映了桩侧摩阻力作用的大小,并且桩身上部的摩阻力先于桩身下部摩阻力及桩端阻力优先发挥;此外,大直径超长钻孔灌注桩的桩端阻力通常较小,其桩顶荷载大部分由桩侧摩阻力承担,按桩的荷载传递机理分类通常属摩擦桩或端承式摩擦桩。     

砂土地区超长基桩双荷载箱法承载特性试验研究

依托越南砂土地区某工程超长基桩,采用双荷载箱法进行原位承载力试验,研究砂土地区超长基桩的荷载位移曲线、桩身压缩、桩身轴力传递、桩土相对位移、桩侧及桩端摩阻力分布等承载特性.研究结果表明:荷载箱附近土体表现出典型弹塑性体特征,靠近荷载箱的土体先出现桩土相对位移,其位移量最大,土体侧摩阻力优先发挥;离荷载箱越远,土体侧摩阻力发挥越晚,达到极限状态之前桩侧摩阻力与位移曲线呈线性关系;桩端阻力-位移曲线呈现出典型的两阶段特性,加载前期迅速上升,随后随桩端位移线性增长;该地区基桩密实砂层转换系数推算在0.6～0.7之间,略低于国内常用值.本文的研究方法和结果可为类似条件砂土地区超长基桩的承载特性研究提供参考.     

风化软岩地区嵌岩桩承载力自平衡试验研究

为研究风化软岩段桩基侧摩阻力承载特性和桩基安全性,采用自平衡试桩法对某工程水稳性较差的风化软岩段3根试桩进行测试分析。结果表明:自平衡法试桩荷载箱上部桩与传统静载法试桩的桩身受力方向相反,前者比后者端阻力发挥更充分;在2倍设计荷载作用下桩顶等效竖向位移较小,桩身侧摩阻力、端阻力大部分未充分发挥,实测桩侧摩阻力可能比勘察提供的侧摩阻力值大;按照经验法和简化法得到的3根试桩的计算安全系数差别较小,均大于2.2,验证了试桩的安全性和自平衡方法的可靠性。     

邻近堆载作用下群桩变形特性的室内模型试验研究

为研究邻近堆载对高速铁路桥梁群桩产生的影响,根据相似比理论设计了室内模型试验,采用慢速维持荷载法确定模型桩竖向极限承载力,施加桩顶竖向荷载使其处于正常工作状态,研究堆载等级、堆载大小、堆载形式对桩身变形的影响.结果表明:堆载作用下前排桩附加弯矩最大,边桩附加弯矩大于中间桩附加弯矩;前排桩1/10桩长处出现最大附加正弯矩...     

高速铁路螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位试验研究

结合太焦高速铁路螺杆桩复合地基工程,开展螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位测试试验,通过分析获得的螺杆桩单桩静荷载-桩顶沉降曲线以及桩身内力分布曲线,研究高速铁路复合地基中螺杆桩侧摩阻力演化规律及螺杆桩的荷载传递过程。结果表明:螺杆桩-土接触面荷载传递过程可划分为弹性、弹塑性和极限状态3个阶段,弹性阶段桩侧摩阻力比小于等于0.5,弹塑性阶段桩侧摩阻力比为0.5~0.7,极限状态阶段桩侧摩阻力比为0.7~1.0;螺杆桩直杆段和螺纹段侧摩阻力演化规律为,在弹性阶段螺纹段侧摩阻力小于直杆段侧摩阻力,在弹塑性阶段螺纹段侧摩阻力接近直杆段侧摩阻力,在极限状态阶段螺纹段侧摩阻力大于直杆段侧摩阻力。     

桩筏基础桩土荷载分担比研究

为解决在传统设计方法中忽略筏基下土体承载力的问题,利用有限元分析软件ABAQUS建立带筏板的双桩模型,深入分析改变距径比、长径比、端间土模量比、桩间土弹性模量、筏板厚度、垫层厚度、垫层弹性模量对桩土荷载分担比的影响。计算结果表明:当距径比增大时,桩体荷载分担比逐渐减小;当长径比增加时,桩体荷载分担比随之增大;端间土模量比的改变对桩体荷载分担比影响很小;随着桩间土弹性模量的增大,桩体荷载分担比有明显变小趋势;筏板厚度对桩体荷载分担比影响不大;随垫层厚度增加桩体荷载分担比逐渐减小,且减小幅度逐渐减小最终趋于平缓;垫层弹性模量越大桩体荷载分担比越大。综合考虑对桩土荷载分担比影响较大的因素,总结归纳出桩体荷载分担比计算公式,其计算结果较为准确。