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。     

现浇X形桩复合地基负摩阻力特性有限元分析

为了研究现浇X形桩复合地基的工作机理,运用ABAQUS有限元软件建立了现浇X形桩复合地基桩侧负摩阻力特性三维数值计算模型,分析了相关影响因素,并对比分析了X形桩与圆形桩复合地基力学性能差异。研究结果表明:桩侧负摩阻力和中性点位置随着地基土的固结不断变化,并最终逐渐趋于各自的稳定值;桩侧摩阻力和桩身轴力的大小受竖向荷载、桩-土接触面性质的影响较大,而静止土压力系数对桩侧负摩阻力的影响较小;相同荷载作用下,垫层的弹性模量越大,或桩侧土的弹性模量越小,桩体分担的荷载越多。相同条件下,X形桩复合地基与等横截面积圆形桩相比桩侧负摩阻力较大,中性点位置相对较低,而复合地基的沉降则较小。     

加固软土路基的现浇X形混凝土桩力学特性

通过截面几何特性分析和足尺模型试验,从理论分析和模型试验等多角度研究了现浇X形混凝土桩的力学特性。分析了X形桩截面3个参数对其截面力学效应的影响,并与等面积和等周长的素混凝土方形桩、圆形桩作了对比。结合试验结果,并针对X形桩有别于传统桩型的过度充盈反而削减承载力的特点,提出X形桩极限承载力计算公式。理论分析结果表明:从增大侧表面积、减少桩身混凝土用量的角度分析,X形桩优于方形桩,方形桩优于圆形桩。足尺模型试验结果表明:在相同的荷载条件下,与等面积圆形桩相比,X形桩沉降量小、侧摩阻力高;实测极限状态时X形桩承载力比等面积圆形桩提高了32%。     

深厚软土区超长群桩有效桩长确定方法

将单桩有效桩长概念延伸至深厚软土区超长群桩基础中以确定其有效桩长.首先,引入剪切位移法推导得出群桩中各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,并考虑因各桩的存在所引起的位移折减效应,建立了基于桩-桩相互作用的桩侧单位厚度土等效刚度系数表达式.在此基础上,基于荷载传递法建立了各基桩的荷载传递微分方程,并考虑超长桩的荷载传递特性,建立了群桩有效桩长与桩顶容许沉降量之间的关系式,从而得出基于沉降控制的深厚软土区超长群桩有效桩长计算方法,并通过算例验证了该方法的可行性.最后,基于该方法对影响深厚软土区超长群桩有效桩长的各主要设计参数进行了对比分析.结果表明:桩顶荷载、桩土相对刚度及桩径对群桩有效桩长的取值较为敏感,其中,群桩有效桩长随桩顶荷载、桩土相对刚度的增大而呈非线性增长,但随桩径的增大而减小;桩间距对群桩有效桩长的影响相对较小.     

高速公路现浇X形桩复合地基加固机理数值分析

通过对路堤荷载下现浇X形桩、PTC桩和湿喷桩复合地基的三维有限元数值模拟,对现浇X形桩复合地基与其他桩型复合地基的加固效果进行了对比分析,揭示了现浇X形桩复合地基软基加固机理以及和其他桩型加固特性的差异。在高速公路路堤荷载作用下,现浇X形桩较PTC桩有更高的性价比,较湿喷桩有更好的加固效果,具有广阔的应用前景。     

基于HS模型的小型预制桩基础抗拔承载特性数值分析

采用数值分析方法验证HS模型的优越性及参数选取办法的可行性,分析小型预制单桩和群桩在不同布桩参数及荷载作用下抗拔承载特性,结果表明:采用HS模型的数值模拟结果与现场实测结果相差不大,仅考虑剪切硬化的MC模型数值计算结果误差偏大;小型预制桩抗拔承载性能均随着桩长及桩径的增加而增大,增速幅度成递减趋势,工程中应充分考虑桩长、桩径与承载性能的非正比例关系,合理选取得到最优桩长和桩径;群桩基础下单桩平均抗拔承载性能要小于单桩抗拔承载性能;桩距相同,桩数越大,群桩效应越明显;桩数相同,桩距增大,群桩效应将得到减弱;小型预制桩群桩基础存在一个最优桩距,可取5倍桩径;水平荷载较大时对桩基极限抗拔承载性能有较大影响。研究结论对小型预制桩基础的优化设计计算提供指导。     

桩承式加筋路堤桩体荷载分担比计算

基于最小势能原理,分析了路堤填土、水平加筋体、桩(桩顶托板)及桩间土之间的相互作用,得到了桩体荷载分担比。研究了桩间距、路堤高度、桩顶托板宽度、路堤填土剪切模量、水平加筋体拉伸强度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比的影响。结果表明:桩间距、路堤高度、托板宽度及桩土相对刚度对桩体荷载分担比影响较大,路堤填土剪切模量的影响次之,而水平加筋体拉伸强度的影响很小。设计桩承式加筋路堤时,主要应通过增大路堤高度与桩间距之比及桩顶托板宽度与桩间距之比来提高桩体荷载分担比。     

软土运动作用下被动桩桩-土水平相互作用的三维有限元分析

运用ANSYS软件对软土运动作用下的桩-土相互作用的桩基础进行三维有限元分析,以DP材料来模拟土体的弹塑性性质,并考虑其大变形的影响,在桩-土间设置接触单元研究桩-土的相互作用,分析了软土层厚度和基桩数目对桩上侧向压力的影响,并比较了群桩中各桩基上侧向压力分布情况.结果表明:软土在局部堆载作用下产生了较大水平变形,桩上的侧向压力也较大;由于群桩中的"遮挡"和土拱效应,各基桩受到的侧向压力荷载并不相同,在被动桩的设计中应考虑这些因素的影响.     

群桩相互作用系数简化分析思路和方法

使用相互作用系数的方法分析群桩基础的沉降相对于有限元方法而言可以大大减少计算时间.然而使用Poulos的弹性理论方法分析相互作用系数,通常计算量较大,而且相互作用计算值大于实测值.该文根据Cooke的实测结果,提出利用单桩的位移场来计算相互作用系数.经过实例分析比较,证明该计算思路较简单,计算量较少,而且可以给出更符合实际情况的相互作用系数.     

桥梁工程中PHC桩优化设计

为解决PHC桩在桥梁工程中的推广应用问题,采用FLAC 3D有限元软件、结合实体工程和现场试验对PHC桩桩基和承台的优化没计问题进行研究.通过分析桩长以及桩间距对群桩效应系数和承台荷载分担比的影响,得出桥梁工程中PHC桩的长径比宜为35左右,桩间距宜为3～4倍桩径.通过对承台的综合优化得出不同桩径下合理承台的有效厚度.通过实体工程应用分析得知:PHC桩用于桥梁工程是可行的,提出的PHC桩优化设计方法是合理的,桥梁工程中PHC桩承台符合“撑—系杆”设计模式.     

长短桩复合地基承载性能分析

桩与土的空间作用效应,使长短桩复合地基承载性能与单桩承载性能之间存在显著差异。通过现场静载试验和三维数值计算,对长短桩复合地基承载性能进行了研究分析。结果表明:长短桩复合地基静载试验中,3.5 m管桩的桩土应力比在2到3之间,而5.5 m管桩的桩土应力比在6到8之间;随着桩数的增加,四桩复合地基变形沉降值要大于等同条件下单桩复合地基的变形沉降值;长短桩群桩效应系数为0.616,长短桩复合地基可以弱化群桩效应;随着桩数和桩长的增加,桩土应力比随之增大。受刚性基础下的影响,复合地基中长桩的桩土应力比相对较大,降低了桩间土体受到的荷载值,从而使复合地基整体变形沉降值较小。研究成果可以为相关工程技术人员提供参考。     

砂土中双桩负摩阻力模型试验研究

已有桩基负摩阻力研究多关注于桩周土体为粘土的情况,桩周土为砂土的模型试验相对较少。设计实施了砂土中单桩及双桩负摩阻力模型试验,试验中对桩顶与土表进行了分级加载,测定了模型桩桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降。试验结果表明:由于土表分级荷载作用下的土体沉降增加值大于桩沉降增加值,桩基中性点位置存在下移趋势。受群桩效应的影响,桩顶荷载作用下单桩沉降小于双桩沉降,土表超载作用下3倍桩间距的双桩沉降最小。从桩身轴力最大值分析,5倍桩间距的双桩可忽略群桩效应。随土表超载分级加载,单桩负摩阻力有效应力系数因侧摩阻力发挥所需桩土相对位移的影响而逐渐减少,而双桩的负摩阻力有效应力系数逐渐接近单桩时的数值。     

超长大直径群桩荷载传递特性研究

根据苏通长江公路大桥桩基现场静荷载测试和群桩模型离心试验,研究了不同类型超长大直径钻孔群桩荷载-沉降曲线、极限承载力、群桩效应系数、桩身轴力分布和桩顶荷载分布规律,得出超长大直径钻孔灌注群桩的桩荷载传递特性。     

盾构隧道侧穿高架桥桩基条件下群桩遮拦效应分析

为了研究土体c（黏聚力）、φ（内摩擦角）和桩隧间距X对群桩遮拦效应的影响,以合肥轨道交通1号线盾构隧道近距离侧穿高架桥桩基群工程为背景,采用三维数值分析方法,分析了盾构掘进过程中桩基的变形规律,得出以下结论： 1）桩基的位移随着盾构开挖面的靠近逐渐增大,当盾尾离开桩基所在平面后逐渐稳定; 2）土体的c、φ值对群桩桩基水平位移、竖向位移和轴力的遮拦效应影响比较大,c、φ值越大群桩遮拦效应越不明显; 3）桩隧间距X对桩基水平位移和轴力遮拦效应影响较为明显,X越小桩体变形和受力越复杂,群桩遮拦效应越明显。     

采空巷道上方桥梁群桩基础受力特性数值分析

以合肥至福州高速铁路采空巷道上方官山底特大桥群桩基础为对象,采用FLAC3D软件分析采空巷道上方桥梁群桩基础在荷载作用下的受力特性,得出不同工况下群桩的桩轴力、桩侧摩阻力、桩间土应力、桩顶应力和桩荷载分担比等受力规律。研究结果表明:在承台刚度较大,桩身较长的情况下,采空区对桥梁群桩基础受力影响不大,群桩基础能很好地对采空区进行处理。     

矩形桩竖向受荷三维弹性变分解

矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩，通常采用等效圆形桩的近似方法来分析，未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题，结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程，为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难，应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界，并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序，并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后，对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明：所得解与有限元分析结果吻合得更好，证明了所提分析方法的正确性；摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小，当桩的长细比增加到某数值时，其对桩顶刚度的影响可忽略不计，即摩擦桩存在有效桩长；相对于摩擦桩，当桩-土模量比较大时，其对端承桩的桩顶刚度影响较小，当端承桩长细比足够大时，可转化为摩擦桩；桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加，间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响，而且受土体压缩性能的影响；在相同混凝土用量下，当桩-土模量比较小时，与等横截面面积圆桩相比，矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩，当桩-土模量比超过某数值时，二者桩顶刚度逐渐趋于一致；当桩-土模量比较小时，等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加，桩顶刚度增加。     

基于土拱效应双排桩不同布置方式对支挡性能的影响

采用基于非连续介质的离散元软件PFC2d,对双排抗滑桩可能的布置方式(平行布置和交错布置)所形成的土拱效应进行分析研究,并基于土拱效应研究前后排桩间距及双排桩间距对每种布置方式下双排桩的支挡效果进行探讨。结果表明:交错布置的双排桩由于前排桩可以直接用来作为后排桩"溢出"荷载的拱脚,比平行布置的双排桩具有更优的支挡性能;随着双排桩间距的增大,两种布置方式的双排桩所能承载的荷载均呈现降低的趋势,同时交错布置的双排桩比平行布置的双排桩的极限和残余支挡荷载均要大;前后排桩间距对两种布置方式的双排桩支挡性能影响较大。建议使用交错布置来浇筑双排桩,其中双排桩间距和双排桩前后排桩间距不宜大于4倍的桩径。     

群桩水平承载特性关键影响因素数值模拟研究

通过群桩水平承载力现场试验和数值模拟的对比分析,确定了数值计算在管桩水平承载特性研究中的合理性和适用性,并着重分析了桩径、土体模量和竖向荷载对管桩群桩水平承载特性的影响规律,研究结果表明,群桩效应系数随着桩径、土体模量和竖向荷载的增加逐渐增大,数值计算得到的群桩效应系数高于规范法,研究结果可为群桩在设计和施工过程中提供参考和指导。     

现浇X形混凝土桩研究进展分析

现浇X形混凝土桩是一种新型异形桩,该桩具有节省桩身混凝土用料,施工简便,单桩承载力高等优点。在现浇X形桩的研发原理、技术特性以及研究成果现状介绍基础上,简要分析了现浇X形桩的足尺模型试验成果和单桩完整性检测情况,并对其应用和前景进行了概述,以期加深人们对现浇X形桩的认识和了解,从而促进对这一新型桩的应用和研究。     

桥梁挤扩支盘桩竖向荷载作用下群桩效应模型试验研究

为研究桥梁挤扩支盘桩群桩的承载受力和变形性能,获得支盘桩群桩效应系数,在行业内首次设计1∶10大比尺挤扩支盘桩室内群桩模型试验,分别开展单桩、双桩、四桩和九桩支盘桩对比研究。结果表明,随着桩数增加,群桩效应更为显著,与单桩相比,双桩、四桩、九桩综合群桩效应系数分别为0.94、0.88、0.79。其中,上盘群桩效应系数在0.8左右,下盘群桩效应系数为0.8～0.9,桩侧群桩效应系数在0.6左右;而桩端受桩底及下盘边载效应影响,群桩效应系数大于1.0。试验结果为支盘桩群桩设计和推广应用提供了有力支撑。