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。     

非连接式桩筏基础水平特性试验

为了给非连接式桩筏的设计与施工提供参考，针对大型桥梁工程采用的减隔震基础形式--非连接式桩筏，考虑竖向荷载、垫层厚度等因素的影响，进行了非连接式桩筏水平承载性能的室内模型试验研究。采用粒子图像测速法跟踪了土体水平位移路径，利用数字图像关联技术获得了土体位移场与剪切带，分析了竖向荷载、垫层厚度等因素对筏板水平位移、桩身弯矩和剪力分布的影响规律，提出了非连接式桩筏基础水平承载力的简化模型及计算方法，并用试验数据进行了验证。研究结果表明：竖向荷载可有效限制筏板水平位移，设置垫层可显著减小桩身弯矩及剪力，并且桩身弯矩和剪力随垫层厚度的增加而减小；土体在垫层顶部形成位移集中区，产生局部塑性变形并不断扩大，最后局部塑性变形区贯通形成完整的剪切带；非连接式桩筏基础水平承载力与竖向荷载相关，当竖向荷载较小时，其水平承载力由筏板与垫层界面摩擦力控制，当竖向荷载较大时，其水平承载力取决于垫层的水平承载力，这与图像分析获得的垫层破坏结论一致。因此，对于非连接式桩筏基础的设计及具体工程应用，可以通过调整垫层的厚度来减小桩身弯矩及剪力；所揭示的非连接式桩筏基础水平承载力变化规律可为今后大型桥梁隔震基础的设计与研究提供参考。     

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。     

土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基相似模型试验

为深入研究土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基这一新型多元复合地基加固体系的承载力和沉降变形机理,应用量纲分析法推导了土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基模型试验的相似准则,根据相似理论设计和完成了3组具有可比性的模型试验,获得大量荷载-沉降、桩土应力比和应力分布数据。试验结果分析表明:在土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基这一水平向-竖向多元复合地基共同作用的加固体系中,结合了土工格室碎石垫层的水平向增强体作用和碎石桩的竖向增强体作用;土工格室碎石垫层和碎石桩复合地基相互作用,共同工作构成的荷载传递和支撑体系是其提高承载力,减少沉降和差异沉降的主要机理。     

水泥粉喷桩处理高等级公路地基荷载传递的试验研究

利用水泥粉喷桩技术处理某高等级公路软弱地基后，在形成的粉喷桩复合地基上铺设一定厚度的碎石垫层，随机抽取两根粉喷桩的复合地基进行静载荷试验，并在复合地基压板下放置钢弦式压力盒，根据作用在桩－土的应用测试结果，分析整个加荷过程中该类复合地基的桩土应力比的变化规律，垫层厚度与桩土应力比的关系及其对桩承担荷载占总荷载大小的影响，另外，对复合地基中桩土共同作用机理作了简要分析。     

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。     

CFG桩复合地基垫层的作用机理和设计研究

根据高速公路软基处理特点 ,讨论了水泥粉煤灰碎石桩 (CFG)复合地基垫层的作用机理 ,提出了CFG桩复合地基最佳桩间距、最佳垫层厚度、桩土应力比、实际置换率的解析表达式     

深水桥梁垫层隔震基础冲刷演化机理与设计建议

群桩和沉井作为跨江海桥梁的基础支撑体系已得到广泛应用,但近年来实际工程的水深不断增加,现有技术已难以适用于50 m以上的超深水环境条件。为研究垫层隔震基础这一新型深水桥梁基础的冲刷演化机理,针对周期为1.2 s,波高分别为4、6、8 cm的3种波浪条件,以及海流流速为25 cm·s^-1,波浪波高为6 cm,周期为1.2 s的波流共同作用条件,开展砂土中垫层隔震基础冲刷演化机理的波流水槽模型试验研究,结合仅单向流作用下的基础体系冲刷演化机制,重点考察并梳理了隔震垫层的5种典型破坏形式及其特点。结果表明：仅存在单向流作用时,垫层的破坏形式主要为边缘破坏、剪切破坏和完全破坏,且严重程度随流速增大而增大;存在波浪作用时,海床泥沙及垫层材料起动后将发生振荡,导致隔震垫层还会发生掩埋破坏和掏底破坏;波流共同作用时,产生的影响比二者单独作用时更严重,对基础体系的正常工作产生严重影响。此外,通过分析交界面位置附近材料在冲刷过程中的滑动与滚动过程,认为颗粒材料的滑动和滚动是造成隔震垫层材料流失的主要原因。最后,对比分析了国内外抛石设计规范中的粒径计算方法,并在此基础上对垫层材料的设计提出建议。     

土工格室垫层+碎石桩复合地基在高速公路软基处理中的应用与研究

介绍了土工格室的材料特性;介绍了土工格室垫层 碎石桩复合地基处理软土地基的设计方案并通过对室内外试验成果的分析研究,详细阐述了土工格室垫层 碎石桩复合地基的形成特点及作用机理;结合数值分析方法,对土工格室垫层 碎石桩复合地基的受力性状进行了分析研究,得到了一些有益的结论。     

桩帽垫层对锤击沉桩的影响数值分析

为了研究桩帽垫层对锤击沉桩效果的影响,采用有限元软件ABAQUS对弹性桩帽垫层和硬木垫层进行了模拟,发现弹性垫层在锤击过程中可显著降低桩身应力,而硬木板降低桩身应力的能力有限。采用合适厚度、刚度的垫层时,可显著增加贯入度。锤击能、垫层厚度、垫层刚度之间存在一定关系。对于某一垫层刚度,存在一最优垫层厚度,垫层刚度增加,最优垫层厚度范围也增加了。厚度较厚、刚度稍大的垫层能取得较好的沉桩效果。     

铁路路基垫层厚度对CFG桩及下穿公路桥梁桩基的影响研究

以西南地区某新建铁路下穿既有高速公路桥梁为例，运用有限元数值软件，以垫层厚度为变量，分析在路基填筑施工和安全运营两个阶段下的垫层厚度对CFG桩和既有桥梁桩基的力学特性影响。研究发现:CFG桩和桥梁桩基的沉降量随着垫层厚度的增加而减小，当垫层厚度为0.4 m时，桥梁桩基的沉降量变化速率出现拐点；桥梁桩基的最大竖向应力随着垫层厚度的增加而增大，当垫层厚度为0.4 m时，桥梁桩基的最大竖向应力变化速率出现拐点。     

土工格室+碎石桩处治软土路基设计计算方法

通过对土工格室 碎石桩双向增强体复合地基这一新型地基处治技术的承载机理的分析研究,结合实际工程,以振动沉管碎石桩 土工格室为例,探讨了处治高速公路软土路基的技术方法。在此基础上,针对土工格室垫层与碎石桩复合地基共同工作构成荷载传递和支撑体系以提高地基承载能力的特点,建立了考虑格室体水平加筋作用的土工格室 碎石桩双向复合地基的简化计算模型,并给出了一便于工程应用的双向增强体复合地基承载力设计计算方法。最后将该方法应用于京珠高速公路临长段地基处治实践。理论分析及实际工程实践表明,土工格室 碎石桩复合地基处治软土地基可充分发挥碎石桩的竖向承载能力及土工格室的水平加筋特性,两者共同工作可有效提高地基承载力。     

桩承加筋垫层复合地基桩土应力比分析

对带桩帽的桩承式复合地基水平加筋垫层进行受力变形分析,得出加筋体的挠曲变形量及筋材拉应力。在此基础上,视复合地基中竖向桩体和桩间土体为线弹性体,由静力平衡及变形协调条件,同时考虑筋材拉应力的作用,得到水平加筋垫层上下桩土应力比的计算方法。该方法能反映桩土间的差异沉降量、水平向加筋体抗力作用、桩间距、桩帽直径等因素对桩土应力比的影响。最后,采用该方法对某一现场试验结果进行分析,理论值与实测值吻合较好。水平加筋垫层的存在使复合地基桩土应力比增大,地基承载力提高,用文中方法计算桩承加筋垫层复合地基桩土应力比是可行的。     

疏桩路基中基底垫层设置效应分析

针对疏桩路基结构特点,对路基基底垫层作用效应进行了辨析,指出传统碎石垫层塑性流动特征不再适用于路基基础,提出灰土垫层应用于疏桩路基中的设想.采用路基-垫层双层体系模型,给出了考虑基底垫层作用效应的桩土荷载效应的计算方法,并对垫层的加筋兜提效应进行了分析.通过计算结果与工程实测结果的对比分析,验证了该方法的合理性;进而对碎石垫层、灰土垫层、加筋碎石垫层的作用效应进行了分析.结果表明,灰土垫层在桩体应力集中和抑制基底差异变形等方面都优于碎石垫层和加筋碎石垫层.同时,相比(加筋)碎石垫层,灰土垫层具有现场施工的便利性和经济的节约性,相对柔性路基基础的工程实践中可用灰土垫层取代传统碎石垫层或单层加筋碎石垫层.     

土工格栅加筋碎石桩-砂砾垫层加固系统应用

对土工格栅加筋碎石桩—砂砾垫层的加固机理进行了分析,并用具体的工程实例表明:该加固系统能充分利用土工格栅的水平加筋作用和碎石桩的竖向加固作用,提高路基的承载力,加快固结速度,明显地改善路基的水平和竖向位移。     

CFG桩复合地基中褥垫层效应分析

针对褥垫层在CFG桩复合地基中发挥效应问题,在单桩复合地基载荷试验基础上,应用有限元方法研究了不同荷载条件下、不同厚度及刚度的褥垫层对桩土应力比的影响。研究结果表明:褥垫层厚度及刚度对桩土复合地基效果发挥均产生较大影响。褥垫层厚度存在合理范围,过薄及过厚都不利于桩土复合作用效果发挥。褥垫层刚度对复合地基的影响还受到上部荷载大小的影响。综合确定某具体工程用水泥级配碎石褥垫层厚度为0.6m时,桩土应力比值适中。通过分析试验结果和有限元模拟结果,确定CFG桩复合地基褥垫层厚度的适宜范围,从而为复合地基褥垫层设计提供相关依据。     

软基路堤加筋垫层与竖向加固桩作用模式数值分析

软土地基的承载力和稳定性一直是国内外重点关注的问题,但多停留在试验与理论研究和施工方法,对软土地基加固作用模式的研究较少。为研究加筋垫层与竖向加固桩作用模式,文中采用有限元软件对加筋垫层与竖向加固桩复合增强软基路堤进行数值分析。结果表明,加筋垫层与竖向加固桩复合增强软基路堤具有较高的刚度和抗剪切破坏能力,能提高软土路堤的极限承载力和限制土体侧向变形的能力,特别是对软土地基的水平位移有明显约束作用;加筋垫层与竖向加固桩可降低软基路堤沉降,提高软基路堤的稳定性。     

碎石层缓冲差异沉降模拟试验研究

为研究碎石层对差异沉降的缓冲性能,设计了模拟差异沉降试验箱,通过模拟试验验证了碎石层缓冲差异沉降的效果;在碎石层缓冲差异沉降机理分析的基础上,提出了二次松散系数的概念及计算公式,设计了碎石层二次松散系数测试箱,并分析了粒径大小、颗粒形状、内摩擦角与二次松散系数的关系。根据常见的沉降曲线形状推导了相应的碎石松散边界方程,并由此分析了影响碎石松散区域大小的主要因素。研究表明:碎石模拟试验箱的设计及试验是成功的;碎石层散体材料可以缓冲差异沉降主要是由于其具有二次松散的性能;二次松散系数随碎石粒径及内摩擦角增大而增大,且同粒径卵石的二次松散系数总是低于碎石;沉降最大值及二次松散系数是决定松散区域厚度的主要因素。     

李子沟斜坡软土碎石桩及其载荷试验

内昆铁路李子沟斜坡软土路堤地采用碎石桩加固，碎石桩复合地基平板载荷试验结果表明，碎石桩复合地基具有较大的变形空间，加设桩顶加筋垫层可明显改善地基变形，提高其载荷能力。     

土工格室+碎石桩复合地基承载机理及其试验研究

首先利用相似理论的方法,设计完成了单纯软基、土工格室垫层加固软基、土工格室 碎石桩复合地基室内3组对比模型试验。在此基础上,根据荷载-沉降曲线、桩土应力比以及孔隙水压力的试验数据对比,系统分析了土工格室 碎石桩复合地基的承载性状及作用机理,最后结合土工格室的受力特点,提出该类复合地基承载力计算公式。