斜坡段桥梁基桩竖向承载力试验及数值模拟研究

以某斜坡段桥梁基桩为原型建立室内模型进行竖向承载力试验,并与三维数值模拟计算结果进行对比,分析其竖向承载特性及破坏模式。结果表明,桩顶竖向荷载相同时,基桩顶沉降量随斜坡坡度及基桩自由段长度的增加而增大,基桩的荷载位移曲线上没有出现较明显的拐点;数值模拟计算结果比模型试验结果大,但两者变化规律基本一致,其误差除60°边坡达到15.54%外,其他均在10%以内;边坡坡度越大,基桩极限承载力越小,减小幅度为5%～25%;不同坡度下基桩桩身轴力均随深度增加而减小,坡度越小减小幅度越大;斜坡基桩的竖向荷载主要由桩端承担,桩端阻力占比为70%～80%,坡度越大桩端承担的荷载比例越大;随基桩自由段长度的增加,基桩极限承载力减小,减小幅度为5%～15%;竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩主要表现为变形过大所导致的基桩屈曲失稳破坏。     

砂土地区超长钻孔桩承载性状研究

加蓬共和国Ogooué特大桥桥位处的地层为深厚砂土层,基桩均采用钻孔灌注桩,采用数值方法研究了桩长、桩径、桩土弹模比、桩端土与桩侧土弹模比对超长钻孔桩承载性状的影响,分析了各因素下桩顶位移-荷载曲线、桩端位移-荷载曲线、桩身轴力传递、桩身压缩以及桩侧摩阻力的承载特性。结果表明:在一定桩长范围内增加桩长可提高基桩承载力,超过一定长度后增大桩长并不能提高基桩承载力;超长基桩在达到承载力时桩顶位移大,其中桩身压缩量占较大的比例,在大吨位超长基桩设计时应选择合理的长径比来提高基桩承载力;提高混凝土强度等级对增加基桩承载力较小,但能改善桩顶的沉降特性,基桩混凝土强度等级可选用C30～C35;增大桩端土的弹性模量可改善桩顶荷载-位移特性;其研究成果为砂土地区超长钻孔桩的设计与施工提供了一定的理论参考依据。     

山区高陡横坡段桥梁桩基承载机理模型试验

以现场工程为原型,设计了45°,60°,75°三种不同陡坡下高陡横坡段桥梁桩基的室内模型承载试验.通过对承载过程中桩顶位移、桩身内力及桩侧土压力等的全程测量,对竖向及水平向荷载作用下桩基的荷载传递规律、内力分布规律及桩侧土压力分布规律进行了研究.结果表明:竖向荷载下高陡横坡段桥梁桩基承载力由桩侧摩阻力与桩端阻力组成,但由于临空面存在,靠边坡一侧桩侧摩阻力传递深度更大,且该效应随边坡坡度的增加而增大;水平向荷载作用下,桩基桩顶水平位移随边坡坡度增加而增大,而内力分布规律与平地桩基类似,即存在最大弯矩及反弯点,但最大弯矩随边坡坡度的增加明显增大,反弯点位置则随坡度增加而有所下移;不同荷载及坡度情况下,后桩桩侧压力随深度均呈现先增大后减小的基本规律,而前桩桩前土抗力则随深度逐渐衰减.     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

考虑荷载传递非线性特性的基桩竖向承载力计算

在现有基桩竖向承载力计算方法基础上,考虑桩侧荷栽传递的非线性特征,采用双曲线模型表示桩侧摩阻力.同时,为反映施工中桩端沉渣对承载力的影响,采用三折线模型表示桩端阻力,在此基础上采用幂级数求解方法建立考虑荷载传递非线性特性的基桩竖向承栽力计算方法,反映土体分层影响与桩桩土相互作用.工程实例分析表明,对桩侧剪力-位移实测数...     

红层软岩钢管微型桩抗压承载特性试验

为揭示红层软岩钢管微型桩抗压承载特性,为红层软岩地基加固设计提供参考,选取湖南衡阳强风化粉砂质红层软岩地基,开展了不同长度注浆钢管微型桩原位抗压静载试验,分析了桩体沉降、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布规律,并与规范计算值进行了比较。在修正微型桩荷载传递函数的基础上,提出了考虑桩顶位移的微型桩抗压承载力预测方法,并通过原位试验结果进行了验证。研究结果表明：钢管微型桩轴力主要分布在桩身中上部,桩侧摩阻力沿桩身呈“三角形”分布;随桩长的增加,抗压承载力非线性增加,桩顶沉降量非线性减小;桩长越短,极限侧摩阻力峰值越大;相较于规范计算值,实测桩端阻力、全桩长范围极限摩阻力均值以及抗压承载力均偏小。采用该方法得到的抗压承载力预测值与原位实测值之间相关性较好,相对误差为0.6%~11.6%。对红层软岩地基进行钢管微型桩加固设计时,建议桩端阻力不计入抗压承载力,按纯摩擦桩进行设计,并对规范中的极限侧摩阻力推荐值折减。     

黄土山区高陡边坡水毁对桥梁桩基安全影响研究

为全面了解黄土山区高陡边坡水毁对桥梁桩基安全的影响,在对山西省典型黄土山区4条高速、174座桥梁下部全面调查的基础上,依据黄土地区现场桩基静载试验,应用FLAC~(3D)建立黄土山区高陡边坡地形桥梁桩基有限差分模型,分析了高陡边坡水毁崩塌对桩基承载特性的影响,揭示了桩基承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及有效桩长变化规律。研究表明:随着临坡距的减小,桩基承载力不同程度降低,临坡距越小,桩基承载力影响越大;桩基承载力降低主要是由于桩侧土体缺失导致桩侧摩阻力无法完全发挥,桩端阻力影响不大;临坡距越小,斜坡失效桩长越大,有效桩长变短;高陡边坡水毁显著改变了摩擦桩的承载特性,危及桥梁下部结构及运营安全。     

黄土山区桥址水毁对桥梁桩基承载特性影响研究

为全面了解黄土山区桥址水毁对桥梁桩基承载的影响,在对山西省典型黄土山区4条高速、174座桥梁下部全面调查的基础上,依据黄土地区现场桩基静载试验,应用FLAC~(3D)建立黄土山区桥梁桩基有限差分模型,分析了桥址水毁对桩基承载特性的影响,揭示了桩基承载力、桩端阻力、桩侧摩阻力变化规律。研究结果表明:随着桩基水毁外露长度增大,桩基竖向承载力减小;桩顶回弹量变大,桩长越长,桩顶回弹效应越明显;随着水毁进一步深入,桩侧土体通过不断的应力调整达到新的平衡状态;水毁深度与桩端阻力呈负相关,桩侧摩阻力变化随水毁外露长度增加呈线性减小趋势。     

沉降控制的单桩竖向承载力及其数值分析方法

通过对某大桥3根钻孔灌注桩静载试验结果的数据分析,拟定各层土桩侧阻力和桩尖土层端阻力的位移函数,并根据单桩荷载传递理论建立在竖向荷载作用下的桩土相对位移沿桩长分布的微分方程。最后利用基桩在各土层交接面处的力和位移的协调关系作为边界条件计算出微分方程的数值解,从而得出各土层在桩顶加载过程中的阻力以及桩土相对位移沿桩长的分布情况,为有效确定单桩竖向承载力和桩顶控制沉降量提供了分析数据。     

横向荷载对基桩竖向承载力的影响分析

为研究横向荷载时基桩竖向承载力的影响,首先利用m法假设下轴横向受荷桩桩身挠曲方程的幂级数解,得到桩周土对桩身抗力沿桩轴向的分布,在此基础上利用横向受荷桩桩侧土体应力分布弹性解,求得桩周所受法向压力的变化量,进而得到桩侧阻力极限值的变化量沿桩轴向的分布,将此变化量积分得到由横向荷载引起的桩侧极限摩阻力的变化量,由于横向荷载对桩端阻力影响不大,故此即为基桩竖向承载力的变化量,横向受荷桩的竖向承载力即为此变化值与无横向荷载作用时基桩的竖向承载力之和.然后将导得的计算公式对某试验进行分析,其结果表明计算值与实测值吻合较好.最后对横向荷载下基桩极限侧阻力变化量的影响因素进行了分析.分析结果进一步证明了横向荷载对基桩竖向承载力有一定影响,在工程设计中值得注意.     

考虑斜坡效应的地基水平抗力比例系数确定方法

水平地基抗力比例系数对桩基设计至关重要，基于平坦场地比例系数设计的斜坡基桩，常因忽视斜坡效应的影响而带来安全隐患。为研究斜坡效应对斜坡地基比例系数的影响，设计并完成了4组黏性土坡基桩水平静载模型试验，获得了0°、15°、30°及45°坡度下地基等效比例系数与地面处桩身水平位移曲线及桩顶荷载-位移梯度曲线等；建立了地基比例系数与坡度间的拟合关系式；对比分析了斜坡地基比例系数取值对基桩水平承载特性的影响。研究结果表明：黏性土坡地基比例系数随桩身水平位移增大而呈非线性关系减小，当地面处桩身水平位移小于6 mm时，地基比例系数急剧减小，而后减幅较小；基桩临界荷载和极限荷载均随斜坡坡度增加而减小，与平地相比，斜坡坡度每增加15°，基桩临界荷载和极限荷载约分别减小17%和16%；结合现有试验表明，斜坡坡度越大，地基比例系数越小；坡度每增加15°，对应的碎石土、砂土及黏性土坡地基比例系数m约分别减小38%、32%和31%；根据现有试验以及试验结果，建立了不同类型斜坡地基比例系数取值标准与斜坡坡度之间的经验关系，可为斜坡桩基设计提供参考依据。     

基于变形控制的岩溶区基桩承载力研究

深入分析了岩溶区基桩的承载机理及侧阻端阻的传递规律,建立了合理基桩侧阻端阻荷载传递模型,该模型可充分考虑桩周岩土体的加工软化和加工硬化型土的不同特性及桩端沉渣对基桩承载力的影响.在此基础上,根据桩侧土(岩)与桩端岩层阻力的发挥程度,推导得出了桩顶沉降量与桩顶荷载之间的关系式,从而通过桩顸沉降量来确定岩溶区基桩的竖向承载力.最后,结合自平衡静载试验,对理论方法进行了验证.实测荷载一沉降曲线与理论曲线吻合良好.     

对桩尖位移等值法的改进

在承受竖向荷载时,单桩承受桩端阻力和桩侧摩阻力。通过计算桩的荷载传递曲线,可得出桩侧摩阻力以及桩的轴力随单桩深度的变化关系,以及求解不同荷载对桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。通过Excel以及VBA内嵌Excel编程对曹汉志提出的桩尖位移等值法进行探讨,经计算发现:只有桩的某一段,轴力、摩阻力、位移可以得到合理的结果,而其余桩段部分,结果与实际不相符合。探讨了计算结果不合理的原因,并对其方法进行改进,经检算,计算结果更符合工程实际。     

后压浆提高桩基础承载力机理试验

通过桩基现场静载破坏试验,对比分析桩端后压浆和常规桩的桩端阻力、侧摩阻力、承载力的发挥性状,采用浆土相互作用机理和宾汉流体模型分析桩端后压浆承载力提高机理,结果表明:浆土相互作用提高桩端土强度,促进桩端阻力更大程度的发挥,极限荷载下桩端阻力值提高105.71%;浆液上返改变桩土界面性质,桩土相对位移减小侧摩阻力得到提高,极限荷载下侧摩阻力值提高16.31%,所占总荷载比例减小8.24%;试验分析浆液上返高度为54.54%桩长,理论分析与试验分析的浆液上返高度较相近,浆液上返段侧摩阻力的增强效应沿桩端向上减小;桩端后压浆改变摩擦桩的承载特性,桩基础沉降减缓,承载力提高28.57%。     

寒区桥梁超长桩承载力试验研究

通过对寒区富锦松花江公路大桥超长桩轴向承载力静载试验,实测桩顶位移与荷载、时间的关系、基桩穿越土层的极限摩阻力和桩端阻力以及基桩的极限承载力,以此验证初步设计桩长和检验初步设计所取的参数是否准确可靠,从而为基础施工图设计以及大直径、超长桩承载力计算方法的研究提供准确参数和研究资料。     

黄泛区大直径超长钻孔灌注桩承载性状试验研究

为研究黄泛区大直径超长桩的承载性状、桩身轴力、侧摩阻力及端阻力的发挥性能,对黄泛区桥梁超长钻孔灌注桩进行单桩静载试验。试桩结果表明:黄泛区大直径超长钻孔灌注桩的Q-s曲线呈缓变型,在极限荷载作用时仍未达到破坏状态,试桩极限承载力远大于地质报告计算值;在设计荷载下,桩顶荷载完全由桩侧摩阻力承担,桩顶沉降完全来自于桩身压缩。在进行超长桩设计时,需考虑桩身质量的影响。黄泛区试桩桩身轴力的传递规律及桩侧摩阻力的发挥与软土地区有所不同,其与桩周土层特性及埋深等密切相关。桩侧摩阻力对摩擦桩承载力影响较大,测试极限侧摩阻力与残余侧摩阻力均处于规范推荐范围的高值区间或大于规范推荐值,反映出黄泛区超长钻孔灌注桩具有较高的承载能力。同时,桩侧摩阻力与桩端阻力非同步发挥,建议在设计时适当考虑桩端阻力。     

超长大直径桩承载特性试验研究

依托宁波某工程进行超长大直径桩的竖向抗压静载荷试验,得到桩顶荷载-沉降关系曲线,据此得出桩的极限承载力;桩身不同深度位置埋设有钢筋应力计,静载荷试验过程中记录不同荷载下不同深度钢筋应力计读数,通过换算得到桩身不同位置的轴力随荷载变化规律,并据此得到桩身极限侧摩阻力及极限端阻力;通过试验结果对超长大直径桩的承载特性进行分析,并将通过桩身轴力测试得到的桩基极限承载力与静载荷试验得到的桩基极限承载力进行对比,两者较为吻合,证明了测试结果的可靠性.     

竖向荷载下超长群桩承载性状的模型试验研究

针对目前超长群桩尚缺乏深入研究的现状,设计并完成了一组软土地基中超长群桩室内模型试验。通过对超长群桩室内模型试验测试结果的分析,研究了竖向荷载下超长群桩的荷载传递机制和承载性状,得到了竖向荷载超长群桩的荷载一沉降曲线,桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布规律。研究表明,随着桩顶荷载的增加,软土地基中超长群桩的Q—S曲线呈缓变型,未出现显著的转折点或陡降;桩身轴力沿深度逐渐递减,各级桩顶荷载作用下角桩桩身轴力略大于边桩;在整个桩长范围内,角桩的桩侧摩阻力稍大于边桩,两者分别出现了两个峰值,峰值点所在深度基本相同;群桩中角桩、边桩桩端阻力占桩顶轴力的百分比随桩顶荷载的增加均呈现先减小后缓慢增大再达到基本稳定的分布趋势。     

深厚软基区桥梁桩基竖向承载特性

为了探明深厚软基区桥梁桩基竖向承载特性,采用理论分析与数值仿真方法,建立了深厚软基区桥梁桩基础三维空间模型,分析了不同工况下桩基础的竖向极限承载力、桩端阻力及桩侧阻力的变化规律。研究结果表明:随着软土厚度的增大,桩基竖向极限承载力逐渐减小;当桩端位于非软土层时,随着软土厚度的增大,桩侧阻力减小显著,但桩端阻力无明显变化;当桩端位于软土层时,随着软土厚度的增大,桩端阻力与桩侧阻力均减小,桩侧阻力占极限承载力的比重逐渐增大;当桩基穿越软土层,且桩长大于40m、桩径大于1.2m时,表现出超长桩和大直径桩的特性。     

多雨冲沟区桥梁桩基横向承载特性模型试验研究

多雨冲沟区桩基础所处环境特殊,冲刷、冲击等横向荷载因素影响桩基础承载力的发挥。为探明该区域桩基础横向承载特性,通过采用自主研发的多雨冲沟区桥梁桩基础室内小比例模型试验平台,最大程度地表征原型的桩土材料、桩土边界条件等技术状态,尽量还原桩基础在实际环境中的受力过程,科学模拟多雨冲沟区桥梁桩基在横向荷载下的受力变化情况。分析桩基础在不同的桩长、冲沟坡度以及桩边距条件下,横向承载力、桩身最大弯矩及其截面位置的变化规律,提出不同斜坡度数下桩基有效桩长的折减系数,给出相关工程技术建议。研究结果表明:随着桩长的增加,桩基的横向承载力逐渐增大,但桩长越长,承载力变化幅度越缓;桩长相同的情况下,坡度越大,桩基础的横向承载力越小。建立了桩基有效桩长计算公式,实践时需考虑不同坡度对应的折减系数;坡度增大,相同条件下的桩基有效桩长逐渐变小。桩身最大弯矩及其截面位置随坡度及桩长的增加而增大,增幅随坡度增大而降低。工程实际上建议:复杂环境下的桩基础处于坡度较大位置时,需适当增加桩顶前缘至岩层坡面间的安全距离,必要时进行边坡专项防护,并对已破损及破碎的岩体采取加固措施。桩基截面配筋计算时,需适当提高距桩顶(20%～30%)桩长范围内的桩基配筋率,坡度大、桩周岩体缺失多等情况需进一步进行专项设计及特殊防护,保证桩基施工安全及后期正常使用。