铁路桥梁桩基础抗震性能拟静力试验研究

为了研究群桩基础在水平荷载作用下地基土及桩身进入非线性状态后桩身内力变化过程和应力分布规律,通过对群桩基础缩尺比例模型进行拟静力试验,分析研究桩基础的破坏机制、承载能力及桩身应力分布;采用M塑性铰模拟墩的弹塑性、PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性和日本规范中推荐的方法模拟土的非线性建立有限元模型,对群桩-承台-墩整体结构进行PUSHOVER分析。结果表明:(1)水平荷载作用下,各桩受力不均匀,外排桩的桩身应力大于内排桩的桩身应力;(2)高承台桩桩身最大应力点位于土面以下2~4倍桩径范围内。     

群桩基础竖向承载力群桩效应模型试验研究

根据竖向荷载作用下群桩基础模型试验研究结果,分析了群桩的承载性状和群桩效应,试验结果表明,在本试验条件下,群桩效应系数大于1,与按规范公式计算得出的值基本一致.     

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。     

深厚淤泥地层中群桩基础竖向受荷特性试验研究

依托福州可门港大桥桩基工程的承载性能评价,设计并开展了群桩的竖向堆载现场试验,通过对现场实测数据的分析,得到了不同荷载等级下各桩的内力分布、桩土荷载分担比和桩侧摩阻力的变化规律。结果表明:随着荷载等级的增大及堆载位置调整,不同位置基桩桩顶压力的差异将逐渐减小,并最终趋于均匀;在不同的荷载等级作用下,群桩基础中不同位置的基桩其受力具有一定的规律性,但受到场地条件以及加载方式等方面的影响,各基桩的桩身受力性状往往表现出较大的差异性;对于软土地区的小桩距端承桩或端承摩擦桩,考虑到承台底部土层具有一定的承载能力,体现出一定的承台效应,但荷载分担比会随荷载等级的增加而减小;桩顶区域桩侧摩阻力基本为零,随着上部荷载水平的提高,桩身侧摩阻力由中上部向下部发展,并且数值逐渐增大。     

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。     

桩侧压浆控制群桩基础沉降量研究

以京沪高速铁路丹阳至昆山特大桥阳澄湖桥段为工程背景,通过现场试验,研究角桩桩侧注浆和边桩桩侧注浆对深厚软土层中群桩基础在正常使用状态下沉降量的控制。运用数值模拟方法,分析由桩侧压力注浆引起的桩-土体系中桩土界面参数和桩周土模量变化对群桩基础在设计荷载下沉降量的影响。研究结果表明:由于桩侧注浆的作用会使桩土界面参数变大和桩周土模量提高,从而对深厚软土层中正常使用状态下群桩基础的沉降可以起到明显的控制作用;边桩桩侧注浆的效果优于角桩桩侧注浆;桩侧注浆浆液在土中的扩散范围直接影响群桩基础的沉降量。     

成层软土地基中轴横向组合受荷桩内力与位移分析

成层软土地基中,桩基础在竖向与水平荷载联合作用下桩身内力与位移的计算为一复杂非线性问题.同时获取单桩桩顶的各向位移对多向荷载下的群桩计算有重要意义.采用侧阻软化模型、端阻双曲线模型和p-y曲线模型分别描述桩侧土、桩端土的竖向与水平向荷载传递性状,利用挠曲线微分方程将荷载传递法与p-y曲线法结合,建立轴横向受荷桩的分析模型,通过有限差分法求解挠曲线方程以获得桩身内力与各向位移.工程实例分析表明,结合荷载传递法与p-y曲线法的轴横向受荷桩分析方法能准确计算桩身的P-Δ效应,并能同时准确地获得桩顶竖向位移与水平位移的大小.     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。     

潮汕车站桩-网复合地基管桩承载性状数值分析

基于潮汕车站站场超大面积深厚软土地基处理情况,建立了不同桩间距、桩帽及填土高度情况下的桩-网复合地基数值模型,对管桩的承载性状进行了研究.结果表明:桩身轴力及摩阻力受填土高度的影响较大,且在桩端处最为明显;相同填土高度下,桩身轴力与摩阻力随桩间距的增加而变大;在一定深度范围内,桩帽的设置会对桩身轴力及摩阻力产生影响.     

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。     

铁路特大桥深基坑施工挖孔桩板墙结构防护体系的设计与计算

洪凝河特大桥14号墩基坑开挖深,施工难度大,边坡稳定性差,为防止因基坑开挖给222省道、地下光缆等造成不利影响,应用挖孔桩板墙结构防护体系进行基坑施工,取得了理想效果。结合工程实践,介绍挖孔桩板墙结构防护体系的设计和计算。     

考虑双重挤土效应的补桩承载力计算方法研究

研究目的：为满足实际工程中补桩设计的需要，需考虑已就位群桩的挤土效应和补桩自身的挤土效应对补桩承载力的双重影响。 研究方法和结果：先考虑群桩挤土效应，在引入“桩土面积比”这一概念的前提下，采用等效圆截面单桩模拟群桩，基于孔隙比协调的原则，运用圆柱形孔扩张理论、弹性理论、比奥固结理论，求出等效半径，进而得出等效半径处土体变化后的应力场和强度指标；并以这一应力场和强度指标作为补桩施工时土体的初始值，考虑补桩自身挤土效应，运用圆柱形孔扩张理论、弹性理论，以土力学原理为基础，推导出饱和砂土中考虑双重挤土效应的补桩承载力计算公式；本文同时推导出了群桩挤土效应对补桩承载力的影响是否明显的临界状态。 研究结论：计算结果与实测数据，比较接近，表明该计算方法具有实用价值。     

北京地铁10号线光华路站桩基础控制地表沉降

以北京地铁10号线光华路站为工程背景,根据车站中洞标准断面设计图和工程地质情况,采用有限元软件ANSYS建立其三维仿真计算模型,进行洞桩法施工过程中桩基础结构受力、周围地层土体的应力、位移变化以及地表沉降研究。结果表明:在地铁车站洞桩法整个施工阶段引起的地表沉降累计为14.8 mm,说明合格的桩基础可以将地表沉降量控制在小于30 mm规范要求之内;上部拱部土体开挖阶段引起的地表沉降量为6.7 mm,占地表沉降总量的45.0%,说明拱部开挖是整个施工过程的关键环节;施工过程中要加强拱顶超前管棚的等级和及时性,采取有效措施对拱部地层进行预加固或预支护处理,有效控制地表沉降和保证施工安全。     

岩溶区高铁桥梁桩基沉降计算及参数影响分析

本文结合郑徐客专徐州特大桥工程,对桥梁桩基础下伏土层厚度和下伏层溶洞直径对群桩基础沉降影响进行分析。结果表明,群桩沉降变形主要由桩端下卧土层的压缩引起,下卧土层越薄沉降越小;溶洞孔径的大小对群桩基础总沉降影响不大;当相邻两墩台分别采用摩擦桩与嵌岩桩作为基础形式时,嵌岩桩的工后沉降远小于摩擦桩的工后沉降。因此,有必要对坐落于软土地基上摩擦型群桩基础进行加固处理,以满足工后差异沉降要求。     

边桩对PBA法黄土车站地表变形的影响分析

研究目的:边桩作为PBA法施工中主要的承重构件之一,其参数对控制车站变形具有重要意义。因此,本文以西安黄土地区某PBA法施工的地铁车站为背景,分别研究不同入土深度和直径对地表和边桩变形的影响规律,从而为黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供参考。研究结论:(1)地表沉降曲线沿车站中线轴对称分布,中间沉降量最大,向两边减小;边桩水平位移曲线呈现"鼓肚"形式;(2)地表的沉降量及边桩的侧向位移随入土深度的增加而减小;随着直径的增加,地表下沉和边桩的侧向位移逐渐减小,减小速率随着相关参数的增加而减小;(3)从变化幅度来讲,入土深度达到承载力和稳定性要求后,增加入土深度对改善边桩位移影响较小;适当增加边桩桩径,可以有效改善边桩的水平位移;(4)入土深度对塑性区的分布范围具有重要意义,入土深度过小会产生较大的塑性区,影响结构的整体稳定性;(5)本研究成果可为日后黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供一定的参考依据。     

沉埋式双排抗滑桩加固滑坡承载机理研究

为探究沉埋式双排抗滑桩(沉埋式后排桩和全长式前排桩的组合形式)的承载机理,采用土压力盒和应变片完成一系列室内模型试验,在外界施加的滑坡推力作用下,量测桩身内力变化与桩周土体压力的变化情况,研究桩身受力的分布形式和土拱效应,并分析后排桩长度变化时的双排桩的受力变化规律。研究结果表明,沉埋式双排抗滑桩的受力方式不同于全长双排抗滑桩的受力方式:沉埋式抗滑桩前排桩桩后推力分布形式为梯形分布,桩前抗力分布形式为矩形分布;后排桩桩后推力分布形式呈梯形分布,桩前抗力分布形式为倒梯形分布。后排桩的沉埋深度对前排桩的土拱效应有着较大的影响,并且分析认为当前后排桩承载比较接近时的沉埋深度为设计沉埋深度。为进一步探究排距对沉埋深度的影响,运用FLAC3D,探讨不同排距下双排桩的承载比。研究结果表明,随着排间距增大,后排桩的设计沉埋深度逐渐减小。     

考虑群桩效应的加筋碎石桩复合地基沉降比计算公式

采用非线性有限元分析方法,建立加筋碎石桩群桩性能分析模型,通过模型试验从复合地基沉降和加筋体应变2方面验证了所建模型的可靠性,计算分析不同因素对地基与桩顶沉降的影响。通过单桩与群桩沉降间的关系构建了考虑群桩效应的地基沉降比计算方法。研究结果表明:竖向荷载作用下加筋碎石桩复合地基存在明显群桩效应,在加固区桩间距对群桩性能的影响显著,但对桩端土体影响不大;不同桩土模量比下中心桩桩顶沉降随荷载的变化趋势一致;同一上部荷载下加筋碎石桩能有效减少地基沉降,但当加筋体刚度大于500 kN/m时增加加筋体刚度不能有效减少加筋碎石桩复合地基沉降;桩间距与桩径比在2~4内变化时,群桩和单桩沉降比随着桩土模量比的增加呈抛物线形下降,群桩和单桩沉降比变化范围约在0.6~2.0,且桩间距与桩径比越小时群桩和单桩沉降比变化幅度越大;桩间距与桩径比在5~6内变化时,群桩和单桩沉降比几乎没有变化。     

基于双层永久衬砌结构的桩基托换施工力学行为研究

以西安地铁1号线矿山法区间下穿太平河桥工程为背景,运用有限元方法分析研究基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系的施工力学行为,并论证超前注浆预加固地层的效果。研究结果表明:基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系安全可靠、环境影响小,可为后续类似桩基托换提供宝贵的借鉴和参考;桥桩托换段桩基出露施工环节对桥跨结构的沉降变形影响较大,是衬砌结构洞内托换群桩基础的关键工序,故施工过程中应予以重点关注;基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系在完成承载体系的有效转换后托拱结构节点处产生明显的应力集中现象,因此应适当加厚桩基托换节点处结构厚度并增加配筋量以满足结构安全要求;桩基托换施工过程中桩基开挖暴露长度愈短,托换体系施工引起的桥跨结构沉降变形及桩基托换节点区域主应力值愈小;洞内预注浆加固能够显著降低桥跨结构沉降变形及托拱结构受力,从而确保隧道修建时桥梁结构的安全性。     

地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换研究

以深圳市地铁7号线黄木岗站区间隧道穿越华强立交桥桩基工程为背景,建立有限元模型,研究隧道下穿既有桥梁时桩梁式托换桩的主动托换和被动托换的荷载转化规律及桩基沉降规律。结果表明:被动托换的沉降主要由托换梁的挠曲变形引起,而主动托换时千斤顶的顶升作用可以有效抵消托换梁的挠曲变形;主动托换时,顶升位移为1.68 mm时为最佳截桩位置,此时截桩能有效减小托换工艺对桥梁上部结构影响;被动托换的总体施工前后桥墩柱顶面有较大隆起,不能满足桥面板平顺的要求。研究成果直接用于指导黄木岗站区间隧道现场施工,并可为今后类似工程提供参考。     

基于离心模型试验的高强度桩复合地基桩间距效应分析

针对客运专线在软土和松软土地基处理中大规模采用高强度桩复合地基技术的应用情况,进行路堤荷载作用下不同桩间距的离心模型试验,分析桩间距的变化对高强度桩复合地基的荷载传递、破坏特点、桩土应力及垫层拉筋受力、地基沉降变形等工程特性的影响.试验数据表明:桩间距由3倍增至6倍桩径,高强度桩复合地基的沉降变形、桩土应力及比值、垫层拉筋受力等力学响应增大明显;随着桩间距的加大,高强度桩复合地基的桩顶和桩间土承受的应力均大幅提高,桩间距大于或等于5倍桩径后,桩顶垫层和桩间土先后达到极限状态,将产生显著的桩顶刺入变形和桩间土横向挤出变形,复合地基整体结构处于不稳定状态;垫层拉筋的受力沿横截面呈M形分布,峰值出现在两侧路肩附近位置的下方,与地基发生变形破坏的位置有较好的一致性.