微型桩在路堑边坡加固中的应用及机理分析

研究目的:传统抗滑桩采用人工挖孔施工,工期长并且混凝土圬工量大,难以用于路堑边坡快速加固,为此采用钻孔微型桩对广(元)~巴(中)高速公路K51路堑边坡病害进行治理,本文介绍微型桩加固工程概况及设计参数,并采用数值分析手段对带承台微型抗滑桩加固单元的加固机理进行分析。研究结论:(1)作用在微型抗滑桩上的推力近似呈三角形分布,并且微型抗滑桩加固单元内各排桩受力具有不均匀性;(2)侧向挤压作用下各排桩的受力机制差别不大,剪力和弯矩峰值随边界位移不同位置略有差异,模型试验与计算结果均表明,微型抗滑桩加固边坡的破坏模式为沿潜在滑面所产生的整体滑移;(3)承载力分析结果表明,微型抗滑桩加固单元的极限抗滑力大于设计下滑力,表明K51工点边坡选用微型抗滑桩加固方案代替原重力式挡墙是可行的,能够确保被加固边坡的安全;(4)该研究成果可为微型桩在山区边坡(滑坡)加固中的工程应用提供理论指导。     

微型桩-锚索系统加固边坡影响因素分析

研究目的:用微型桩加固边坡时,由于微型桩截面较小,所以难以进行大型边坡的加固。为了解决微型桩承载力低的问题,本文将微型桩与预应力锚索相结合,提出一种微型桩-锚索复合系统,结合工程实例研究微型桩-锚索系统加固边坡的效果,并对影响微型桩-锚索系统加固边坡稳定性的主要因素进行分析。研究结论:(1)微型桩-锚索系统可以明显提高加固边坡的稳定性,当锚索预应力约为400 kN时,复合系统的加固效果最好;(2)在微型桩-锚索系统中不同排微型桩受力具有不均匀性,作用在各排微型桩上的推力大小具有以下关系:反坡桩竖直桩顺坡桩;(3)当微型桩与竖向夹角为25°左右,预应力锚索与水平向夹角为14°左右时,微型桩-锚索复合系统加固边坡的效果最优;(4)实际工程中,建议将微型桩与预应力锚索之间接头部位进行焊接,并采用细石混凝土等进行封锚,可以保证二者协同受力;(5)本研究成果可为微型桩-锚索系统在山区边坡(滑坡)加固工程中的应用提供理论指导。     

基于塑性变形理论的圆形抗滑桩边坡稳定性分析

圆形截面抗滑桩广泛应用于边坡加固和地质灾害治理工程中,传统的圆形截面抗滑桩理论和经验计算公式未考虑土-拱效应,因此计算结果不合理。本文基于Ito塑性变形理论,考虑桩-土相互作用的土-拱效应,推导出圆形截面抗滑桩在考虑土-拱效应时计入桩土摩擦力的水平分布力计算公式以及边坡稳定性系数F_s;并结合工程算例,讨论了土体重度、黏聚力、内摩擦角和桩间距对边坡稳定性的影响,研究结果表明:(1)通过推导的水平分布力公式,可得圆形截面抗滑桩的布桩位置对桩身抗力和边坡稳定性系数的影响,边坡稳定性系数在抗滑桩距离坡脚约为0.5L时最大,0.4~0.6L时处于稳定状态;(2)黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性起着决定性的影响因素,土体的重度对边坡稳定性的影响并不明显,当桩身距离坡脚0.5L时,边坡土体的重度对边坡稳定性影响更加明显;(3)在考虑边坡稳定性和工程造价的条件下,采取2~2.5倍桩径距离进行布桩可以达到良好的工程效果。     

螺纹桩竖向承载特性及承载机理研究

研究目的:螺纹桩是一种新型异型桩,具有高效、环保、经济的优点。但目前对螺纹桩承载机理尚无准确的认识,因此本文通过模型试验和数值模拟,对比分析螺纹桩和直桩竖向承载性状的不同,研究螺纹桩桩身轴力及桩侧摩阻力分布规律,分析桩顶荷载作用下桩身与桩周土体的变形规律,揭示螺纹桩竖向承载机理,并讨论螺纹结构参数对螺纹桩承载力的影响。研究结论:(1)竖向荷载作用下长径比为12的直桩和螺纹桩分别表现为摩擦端承桩和端承摩擦桩的承载特性;(2)螺纹桩极限承载力和桩身材料利用率都明显优于直桩;(3)螺纹结构参数中,螺距和螺纹宽度是影响螺纹桩承载力的主要因素,螺纹厚度对承载力影响很小;(4)螺纹桩桩侧承载力主要由桩周土体的剪切力提供,存在最优螺距使螺纹桩桩周土体抗剪强度发挥程度最大,极限承载力最大;(5)实际工程中,过大的螺纹宽度或过小的螺纹厚度会引起螺纹强度不足,并加大施工难度,因此,设计时要兼顾承载力、螺纹强度、施工难度及工程成本;(6)本研究成果可为螺纹桩地基或路基处理工程提供有用参考。     

钢管微型桩极限抗滑力的工程实例分析

研究目的:微型桩具有施工简便、施工快速、布置灵活、抗滑能力较强的特点,在山区边坡(滑坡)加固中得到了广泛的应用.基于钢管微型桩加固边坡的破坏实例,采用有限元方法进行反分析,对钢管微型桩的极限抗滑力进行研究.研究结论:对于采用了桩顶连系梁的钢管微型桩组合结构而言,桩后滑坡推力呈上部大、中间小、下部大的“U”型分布形式;桩前土体抗力呈上部大下部小的倒三角形分布.钢管微型桩组合结构(四排钢管桩+连系梁)的极限抗滑力为596 kN,单根钢管微型桩的平均极限抗滑力为149 kN.在实际工程中,可采用改良桩间土、桩前设置支撑结构、优化结构布置形式等工程措施来提高钢管微型桩的抗滑能力.     

横向荷载作用下锚索变形及受力机理研究

研究目的:随着西部地区高速铁路的快速发展,由于受到地形和线型的制约,不可避免地遇到大量的边坡锚索加固工程。由于锚索穿越边坡滑移面时锚固段的受力情况较为复杂,还需进一步完善。本文基于Pasternak双参数地基理论,考虑岩土体之间的相互剪切作用,建立横向荷载作用下锚固段的力学模型,并以某黄土边坡锚索加固工程为算例,分析不同参数下锚固段的变形规律和受力特征。研究结论:(1)给出了锚索锚固段穿越滑移面时锚索变形、弯矩、剪力及岩土体反力计算公式,给出了土体松动区范围的计算方法;(2)分析表明,剪切荷载和抗弯刚度对锚索的变形和受力影响较大,锚索变形和受力主要集中在滑移面附近;(3)在抗弯刚度达到一定值后,剪切位移、土体反力分别与抗弯刚度呈线性减小,锚索的剪切位移随剪切荷载呈线性增加;(4)该研究结果可为高速铁路边坡锚索加固工程的设计和施工提供借鉴。     

郑西客运专线新渭南车站高架桥基桩选型试验

研究目的:本论文通过对典型工程场地上试验桩的承载力试验,获取桩长范围内涉及土层的阻力发挥状况及差异,通过试验给出新渭南车站高架桥基桩常规工艺施工及后注浆工艺施工的桩端阻力及桩侧阻力建议值。研究结论:结合静载荷试验对比分析后注浆桩和常规工艺桩的承载力性状,通过预埋荷载箱法静荷载试验和辅助桩身内力钢筋应力计的测定,对后注浆桩和常规工艺桩的极限承载力、桩身轴力传递特性和桩侧阻力发挥特性进行比较分析研究。结果表明:(1)两根试桩的侧端发挥差异明显,后注浆桩单桩极限承载力约为常规工艺试桩的2,8倍;(2)旋挖钻孔灌注桩后注浆工艺能有效改善桩土界面条件,提高单桩承载力和减小桩基沉降,后注浆技术对桩身承载性状改善明显;(3)该研究成果可为郑西客运专线的基桩选型设计以及施工提供指导,同时也可为类似工程中常规旋挖桩采用后注浆工艺提供参考。     

黏土地基劲性复合桩水平承载性能数值分析

采用三维非线性有限元,对黏土地基中劲性复合桩的单桩水平承载性能进行研究,重点分析水平荷载-位移关系曲线、桩体材料受拉损伤因子分布、水平极限承载力、土体极限抗力等结果,揭示桩体尺寸、桩体和土体材料力学性能等因素的影响规律。研究结果表明:随着水平荷载的增加,素混凝土、水泥土先后受拉开裂,破坏区逐渐扩展,直至桩身出现塑性铰。劲性复合桩的水平极限承载力随桩体直径、桩体和土体材料强度的增加而增加,其中影响相对明显的是水泥土桩的直径。基于计算结果,给出桩侧土体极限抗力的分布形式建议和劲性复合桩的水平极限承载力简化计算方法。     

铁路土质边坡滑坍抢修技术的研究

通过对铁路土质边坡上不同土质、不同地形、不同入土深度、不同材质(钢或木)的128根打入桩的水平静载试验研究,得到不同条件下各种长度钢、木抗滑桩所能承受的水平力,为土质边坡滑坍抢修时如何选择适当长度、排数的钢桩或木桩提供参考。试验结果表明,边坡上抗滑桩的水平极限承载力与坡脚平地上抗滑桩的水平极限承载力相比,并没有规律性地减少,水平值相差不大;在均匀土层中,不同桩型、不同土质抗滑桩的水平极限承载力与其埋深基本成正比线性关系。     

微型桩大型振动台试验-坡体及桩动力特性研究

研究目的:微型桩是一种柔性支挡结构,在地震中其发生弯曲变形,可以有效避免脆性破坏的发生,因而在抗震加固中常被优先采用。目前,对微型桩的研究多集中于其静力学特性,通过大型振动台试验进行其动力学特性的研究很少。为研究微型桩及其加固边坡的动力学特性,本文就平行体系和"人"字形体系两类微型桩支护边坡的大型振动台试验及数值计算展开分析,并比较两类微型桩的抗变形能力和承载能力。研究结论:(1)边坡在地震作用下变形最先开始于坡体后缘的张拉裂缝,坡体中竖向裂缝较多,水平地震作用对坡体的变形影响更大;(2)地震作用下,微型桩变形表现为以滑面为界的"S"形弯曲变形和桩顶绕桩底的旋转变形;(3)微型桩弯矩呈现"S"形分布,剪力呈现"■"形分布;(4)"人"字形体系微型桩的抗变形能力和承载能力较平行体系微型桩更强;(5)本研究成果主要应用于边坡工程的抢险与加固。     

嵌岩桩抗拔特性现场试验研究

依托国家电网路平—富乐500 k V双回线路工程中嵌岩抗拔桩极限载荷试验,针对其中3根等截面抗拔桩,对其上拔荷载-桩顶位移关系,桩身轴力及桩身侧阻力等特性进行了分析。结果表明:在本试验研究范围内,相同的岩土层中,增加桩长,可以显著提高抗拔桩的极限承载力,减小桩身位移。岩性是影响抗拔桩极限承载力的重要因素,相同厚度各岩土层提供抗拔力的能力比(即各岩土层的桩侧阻力之比)为土层∶强风化砂岩∶中风化砂岩=1∶3.8∶9.3;随着嵌入中风化砂岩深度的增加,抗拔桩极限承载力呈近线性增加。     

门架式双排桩受力位移特性分析

研究目的:探求门架式双排桩桩身的内力位移分布特征及相应的设计施工技术.研究结论:(1) 在桩排距较大的情况下,门架式双排桩的前排桩的桩顶位移明显小于单排悬臂桩和无连梁的双排桩;(2) 门架式双排桩的前后排桩的最大弯矩和剪力比较接近,而且正负弯矩和剪力比较接近,表明连梁在协调前后排桩顶位移、桩身弯矩和剪力方面有明显的作用;(3) 岩土层参数的选取是影响抗滑桩结构设计的一个重要因素;(4) 门架式双排桩具有较大的侧向刚度,可以有效地限制支护结构的侧向变形;(5) 对于膨胀土边坡,在实际施工中要做到及时开挖、及时防护,以减少施工对土体含水量和土体结构带来的扰动;(6) 在实际应用中要采用数值计算与成功经验相结合的方式,以确保边坡稳定.     

基于多目标综合评价法的边坡抗滑桩桩位优化设计

抗滑桩-边坡体系设计中,安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度是影响桩位确定的主要因素。利用多目标综合评价法将上述因素综合考虑,建立用于桩位选取的多因素优化模型,分别计算出不同桩位的优属度,比较优属度大小后确定最合理的桩位。研究结果表明:在边坡中部设桩时桩前土体抗力较大,桩身将滑移面分为前后2个部分,边坡安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度较大,加固效果明显,但经济性相对较差;在坡顶或坡脚处设桩时桩前土抗力小,坡体内部容易形成新的贯通滑移面,安全系数、桩后滑坡推力和桩身长度较小,但安全性相对较差。由于不同桩位上桩前土抗力差别较大,桩后滑坡推力曲线在边坡中部出现一个平台,桩后土推力呈现抛物线形式。利用多目标综合评价法将上述因素值进行建模计算,发现将抗滑桩设置在边坡中下部,距坡脚水平距离6 m处的桩位优属度最大,这与实际工程经验相符。     

考虑边坡效应的铁路桥墩桩基力学行为分析EI北大核心

研究目的:为了顺应线路需要,高原地区修建的大量桥梁桩基工程处于高陡边坡之上。处于边坡上的桥墩桩基础由于边坡土体水平抗力对桩身影响而受力复杂。本文基于非线性有限元软件平台,结合黄土边坡上修建的铁路桥梁算例,建立考虑材料和桩土接触非线性影响的边坡—承台—桩基系统力学分析模型,目的在于从系统承载力、变形和应力等多方面研究边坡—承台—桩基系统在恒载和组合荷载工况下的力学行为。研究结论:通过对桥梁算例的分析,得出:(1)对于边坡上的桩基础桥墩,边坡水平抗力对桩基受力影响较大,桩基位移和应力均呈现出沿坡向的非均匀性;(2)对于多地层边坡,桩基位移和应力在土层分界处存在突变,桩基在分层部位存在受力不利区域;(3)本文研究方法和结论可为边坡上修建的桥梁桩基础的设计和力学分析提供理论借鉴。     

旋喷桩加固桩板墙桩前软弱地基模型试验

桩板墙嵌固段的水平承载力受桩截面尺寸、桩间距、嵌固段长度,以及嵌固段中上部地层强度的影响。基于蒙华铁路某桩板墙工点,通过开展旋喷桩加固桩板墙桩前地基模型试验,研究不同桩长时桩板墙桩身应变、桩顶水平位移、土压力变化规律,并探讨旋喷桩加固桩板墙桩前地基的合理深度。研究发现,采用旋喷桩加固可以有效提高桩板墙的阻滑效果;桩前土体抗力主要集中在桩前30 cm,随着深度增加抗力逐渐减小;当旋喷桩加固深度超过嵌固段深度的75%时,继续增大加固深度对控制桩身水平变形作用极为有限。     

组合板抗滑桩抗滑特性模型试验研究

通过3组不同工况边坡加载模型试验,研究门字形组合板抗滑桩和工字形组合板抗滑桩的抗滑特性。结果表明:组合板抗滑桩提供较大抗剪刚度,加固效果明显,破坏承载力最大提高33.3%;工字形组合板抗滑桩破坏承载力较门字形提高20%,加固效果更优;组合板抗滑桩土压力呈三角形分布,工字形与门字形极限状态桩后土压力峰值之比为1∶1.40~1∶1.58,内、外板峰值弯矩最大比分别为1∶4.54和1∶3.82;顶板弯矩图呈上凸状,2种类型的组合板抗滑桩峰值弯矩为2倍关系;腹板整体受压,极限状态腹板应力最大值是土压力峰值的16倍。     

铁路桥梁大直径预应力管桩单桩试验

为验证大直径预应力管桩设计参数和施工工艺的可靠性,以京雄城际铁路固霸特大桥为工程背景进行了试桩试验。对于所选取的试桩,经低应变反射波法和高应变法检测桩身结构完整性,判定为Ⅰ类桩。通过单桩竖向抗压及水平承载力试验得到了单桩抗压荷载-沉降曲线及抗压极限承载力、单桩水平荷载-位移曲线及水平极限承载力,推定了地基土抗力系数的比例系数;并通过桩头与承台的连接可靠性试验得到了桩头与承台连接的破坏荷载。     

抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究

以成兰铁路某抗滑桩加固碎石土滑坡为工程背景，设计完成振动台缩尺模型试验，对抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应进行研究。结果表明：前排抗滑桩宜靠近桥梁桩基础提供必要的水平抗力，后排抗滑桩发挥主要的抗震加固作用，桩身裂缝位于滑动面以下锚固段长度1/6～1/3处；随着正弦波振动强度增加，滑坡模型剪切变形峰值先增后减，最高可达7×10^-5，且位于下滑段的剪切变形峰值有上移趋势，直至滑坡完全被破坏；在逐级加载过程中，滑坡PGA放大系数服从层状分布并随振动加剧呈减小趋势，当滑坡体自振频段与振动波频率接近时出现共振耦合效应，PGA放大系数显著增大，最大值和最小值之比可达158%；当加载正弦波加速度峰值相等而频率不同时，高频振动时土体摩擦耗能较小，PGA放大系数较大。     

条形荷载下加筋路堤边坡模型试验研究

研究目的:随着我国经济与交通运输业的快速发展,加筋土技术将越来越多的应用在路堤的修建中,用来提高路堤的承载力与稳定性并控制路堤变形。本文对未加筋、水平加筋、立体加筋黏性土路堤边坡进行多组模型试验,主要研究不同加筋形式、立体加筋不同竖筋高度对路堤边坡极限承载力、坡顶竖向沉降、坡面水平位移、筋材受力与边坡破裂面形态的影响,探讨两种加筋形式路堤的工作机理和加固机制。研究结论:(1)采用立体加筋方式对提高边坡极限承载力,控制坡顶竖向沉降与坡面水平位移的作用比采用水平加筋方式效果明显;(2)随着立体筋材竖筋高度的增加,边坡的极限承载力随之提高,坡顶竖向沉降与侧向位移也随之减小;(3)在相同加筋层数和加筋位置情况下,水平加筋与立体加筋形式下的筋材拉力分布规律基本相同,但立体筋材所受的拉力比水平筋材的大,即立体筋材能更好地发挥筋材的承载能力;(4)不论是水平加筋还是立体加筋路堤,其破裂面形态不同于未加筋时的连续圆弧破裂带,而是被筋条隔断为多个圆弧面,新产生的圆弧破裂面曲率增大,作用位置也更靠近路堤中部;(5)该研究结论可为加筋路堤边坡的设计和施工提供参考和技术支持。     

路堑边坡滑坡成因机制浅析及防治对策

研究目的:针对云桂铁路大菠萝黑路堑边坡滑坡,在现场地质调绘、钻探、物探及工程测试等综合勘探的基础上,从工程地质环境、采空区影响、降水及施工影响等几方面对该滑坡的成因机制进行分析研究,并提出防治对策,为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)路堑工程边坡滑坡的产生主要受地层岩性及采空区的影响,特殊沉积环境下形成的砂岩、泥岩等膨胀岩,成岩作用差,力学强度低,受人为洞采影响形成扰动圈进一步降低了该区域地层的力学强度;(2)现场岩土体力学参数较施工图指标降低较多,岩体下滑力大于抗滑桩的抗滑力,造成第一排桩倾覆变形,第一级边坡滑动后,使第二排桩锚固段减小,致使第二排桩倾斜变形,最终形成工程边坡滑坡;(3)该工程边坡滑坡的破坏形式,下部表现为推移式破坏,而上部呈现为拉裂式破坏;(4)对该工程滑坡的整治,应在滑坡体上部清方减载的基础上根据力学指标合理布设抗滑桩,并辅以地表水及地下水的疏排措施的综合方案;(5)本研究结论对类似地质条件下的铁路及公路工程深路堑地段的勘察和施工具有借鉴意义。