陡坡—岩溶耦合作用下公路桥梁桩基极限承载力的计算

为研究陡坡—岩溶耦合作用对桩基竖向承载特性的影响,基于现行规范中的桩基极限承载力标准值公式,采用Marc有限元软件对4种顶板厚度、5种坡度进行正交模拟试验,分别提出了针对顶板厚度和坡度对于桩基竖向分项承载力的修正系数。试验结果表明,桩基极限承载力随坡度增大而逐渐减小,坡度大于45°时,减幅达到29.83%;当顶板厚度大于3倍桩径后,继续增加顶板厚度对桩基极限承载力的提高效果不大,稳定在19%左右。根据计算结果分析桩基竖向分项承载力占比的变化规律,提出了同时考虑顶板厚度和坡度的桩基竖向极限承载力标准值的计算公式以及修正系数αi、β。     

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。     

软土地区钻孔灌注桩桩长对竖向承载力的影响研究

为实现设计阶段快速确定软土地区钻孔灌注桩桩长,基于安徽安庆勇进路大桥主墩下部桩基有限元法计算结果,针对软弱土层和桩长对钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力的影响进行参数化分析,对不同桩长在不同荷载作用下的桩侧摩阻力、桩端阻力分布和桩沉降等指标进行分析。分析结果表明：桩顶附近软土层对单桩竖向承载力影响甚微,对桩极限沉降影响较大;在实际工程中,一味增加桩长不能有效提高大直径钻孔灌注桩极限承载力,采用合理桩长更有利于提高桩侧摩阻力利用率;桩长与单桩竖向承载力基本呈线性关系,桩极限沉降与桩长呈S型,需根据桩沉降控制指标合理选择桩长;桩顶附近软土会导致相应范围的桩轴力增大,影响结构强度承载力;桩长40 m以下桩端支反力占比较大,60 m以上基本可忽略桩端阻力影响,且桩身20%～65%范围桩侧摩阻力起主要作用。     

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性影响研究

结合广中江高速公路跨江桥梁钢管混凝土复合桩工程实际,采用数值仿真方法,对滨江大桥X3-15桩基础竖向承载特性进行数值仿真计算,并与现场试验成果进行对比分析,验证了有限元模型及参数的可靠性。在此基础上,深入研究了不同钢管埋深下钢管混凝土复合桩竖向承载特性的变化规律,计算结果表明,增大钢管埋深能有效提高钢管混凝土复合桩竖向极限承载力,钢管埋深在12m范围内增加时,桩基竖向极限承载力增加较快,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅2.0% ~2.2% ;钢管埋深超过12m后继续增加钢管埋深,桩基竖向极限承载力增加幅度较小,钢管埋深每增加4m,桩基竖向承载力增幅1.3% ~1.4% ;钢管混凝土复合桩竖向极限承载力由钢管段侧摩阻力、钢管段以下钢筋混凝土段侧摩阻力、钢管端部变截面处端阻力和桩端阻力组成;随着刚管埋深增大,钢管混凝土复合桩总侧阻力逐渐增大,总端阻力则均有所减小,钢管埋深由4 m增加至24 m时,桩基总侧阻力增大了6 382.8kN,增幅9.3% ,桩基总端阻力减小了6 382.8kN,减幅29.8% 。     

公路桥梁桩基中桩径桩长桩数的优化设计

本文分析了公路桥梁桩基中桩径、桩长、桩数与折算成单方混凝土提供的竖向承载力允许值之间的关系,以及桩径、桩数、桩长对桩基水平位移的影响,提出了桩基优化设计的思路。     

挤扩支盘灌注桩承载力影响因素的数值模拟研究

运用PLAXIS有限元软件,基于岩土弹塑性本构关系的数值计算理论,建立桩-土轴对称模型,模拟支盘形状、位置、大小、数量和距离软弱层高度等参数条件下的桩基承载力特性及变化规律,分析在竖向荷载作用下挤扩支盘灌注桩对桩基承载力的主要影响因素。研究结果表明:支盘形状对于承载力没有明显影响;桩基承载力随支盘位置向下移动而逐渐提高,但是当支盘距桩底部距离小于L/3(L为桩长)时,支盘位置下移对桩基承载力影响不显著;桩基极限承载力随着支盘半径和支盘数量的增加逐渐提高;当支盘与软弱层间距小于4倍夹层厚度时,桩基承载力随支盘与软弱层距离的逼近而逐渐降低。研究结果可为挤扩支盘桩的设计参数选取提供参考,为支盘灌注桩的工程设计和优化提供技术支持。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

基于神经网络的混凝土预制桩单桩竖向极限承载力参数分析

应用BP神经网络，对混凝土预制桩单桩竖向极限承载力进行预测，并分析了各种参数对单桩竖向极限承载力的影响。通过影响因素分析，确定了桩径、桩长、入土深度、桩侧摩阻力加权平均值、桩端阻力平均值等参数对单桩竖向极限承载力有影响。对混凝土预制桩单桩静载试验资料进行分析和取样，将包含上述参数的样本与单桩竖向极限承载力形成数据对，采用三层神经网络进行训练，输入层为各参数，输出层为单桩竖向极限承载力，建立了混凝土预制桩单桩竖向极限承载力预测模型。研究表明，所建立的模型能够有效地预测混凝土预制桩单桩竖向极限承载力，通过参数分析，能够得出各参数对单桩竖向极限承载力的影响规律，从而确定比较合理的单桩设计参数。     

用三维有限元法对超长单桩承载性能的研究

为了研究超长单桩与普通单桩承载性能的异同,基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS,对均匀土中超长单桩的承载性状进行了分析研究。具体分析了桩长、桩径对超长大直径桩承载性能的影响,桩长越长,单桩极限承载力越高,同样荷载条件下桩顶位移越小,但这种提高的趋势变缓;桩径越大,相应桩的极限承载力越低;桩顶荷载位移曲线基本呈缓变型。桩身压缩量随桩长增加而增加,随荷载增加的变化基本上呈线性变化,但是桩长越长,这种变化表现出非线性,即桩身压缩量随桩顶荷载增加的趋势变大。     

淤土地基灌注桩水平承载特性试验及数值计算

针对淤土地基灌注桩水平荷载作用下桩体受力特性,通过现场水平承载力破坏性试验,对不同桩长、桩径和桩基上部土体的两个试验区进行对比研究,由现场实测得到的桩体桩身轴力与弯矩分布情况,得知桩径增加和桩基上部土体改善有助于提高水平承载力,但桩径的增加对水平承载力的提高效果更为显著;利用ABAQUS数值计算对水平承载特性进行研究,并与现场试验结果进行对比分析,对比表明:现场实测数据和数值模拟的拟合程度较好,说明有限元在桩基水平承载能力研究方面具有合理性,为进一步利用有限元研究桩体水平承载力提供了一定的理论基础.     

软土区综合管廊工程中预应力管桩地基处理技术的优化及应用

结合珠海市横琴区地下综合管廊工程中预应力混凝土管桩复合地基处理方案,运用FLAC3D有限元软件对不同桩长、桩径的预应力混凝土管桩开展单桩静载试验数值模拟,分析桩顶竖向位移,桩身结构及桩端受力情况。通过控制桩长,选取不同的持力层及桩端伸入持力层深度。结果表明:随着桩长、桩径的增加,桩顶沉降量逐渐减小;预应力混凝土管桩为端承桩,持力层相同时,沉降量相差较小;设计采用的预应力管桩能够很好地满足承载力及沉降控制的要求,并且有适当优化的空间。     

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。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

水平荷载作用下筒桩承载性状数值研究

采用三维有限元、无限元耦合分析模型,并考虑了桩土体系中混凝土开裂引起的非线性、钢筋与混凝土的耦合作用等因素,研究了水平荷载作用下筒桩的承载性状。结果表明,大直径筒桩荷载-水平位移曲线呈缓变型,水平承载力主要应由桩顶的水平变形予以控制;剪力集中分布在桩顶及地面附近,建议对上两处加强配筋;当桩体周围土质条件较差时,增加桩长并不能有效地提高桩的水平承载力,且存在一个最优桩长,同时满足承载、抗弯和稳定性要求;筒桩壁厚存在临界厚度,靠增加壁厚的手段来减小桩的横向变形能力有限;随着桩径的增加,桩的水平极限承载力增加明显。     

输变电线路铁塔变截面嵌岩桩受力特性的数值模拟分析

变截面桩因具有高承载力、低造价的优点而得以广泛应用于软土场地。为了探究分层场地变截面桩适用性,以川藏联网输变电工程中广元地区铁塔桩基为例,通过数值模拟研究了相同嵌岩深度时变截面直径及嵌岩桩径对基桩竖向和水平承载特性的影响规律。结果表明:增大变截面直径和嵌岩桩径,均能提高极限承载力、控制桩顶沉降和水平位移。在竖向极限承载力方面,变截面直径存在一个最优值,该值等于扩大头直径。与等截面桩相比,变截面桩最多可以提高1.15倍竖向极限承载力,其提升作用主要表现在变截面处端阻力的增加,且基岩侧摩阻力的发挥程度也可从0     

软弱地层隧道不同桩基设计参数的对比研究

为了系统研究在隧道开挖、支护过程中不同桩基设计参数对地层力学行为的影响规律,运用数值分析方法,通过分别改变桩基的桩长、桩径、桩间距和桩土刚度比,对比分析地层竖向位移及应力变化规律,并对桩基设计参数进行比选优化。研究结果表明:在一定范围内,桩长越长,桩径越大,桩间距越小,相应的地层竖向位移越小且第一主应力也越小;在桩长、桩径、桩间距一定的情况下,仅考虑弹性模量对其影响时,桩土刚度比越大,地层竖向位移越大,桩基轴力增大趋势越明显。     

超大直径空心独立复合桩基与群桩承载力对比

为研究超大直径空心独立复合桩基的承载特性,确定其合理的结构形式和尺寸参数,采用数值模拟的方法,对比分析了超大直径空心独立复合桩基与传统群桩基础在竖轴向荷载、横轴向荷载下承载特性的异同。结果表明:超大直径空心独立复合桩竖轴向承载力与对应群桩基本一致,但在横轴向承载具有更优异的能力;复合桩的竖向极限承载力中端阻力占比明显大于群桩,应注意桩端承载力的验算;为合理提高复合桩的承载力,应控制桩径D10m并保持L/D≥6,尽可能通过桩侧阻力的增长提高承载力。     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

超大直径空心独立复合桩横轴向承载力

为探明超大直径空心独立复合桩基础自身参数对其横轴向承载力的影响,本文利用MARC有限元仿真软件对不同空心桩设计参数、不同注浆体参数、不同水泥搅拌桩设计参数下,复合桩基横轴向极限承载力的变化规律进行了分析。结果表明:空心桩桩径对超大直径空心独立复合桩横轴向承载力影响远大于空心桩桩长的影响;相较于注浆土模量增加,注浆土厚度增加对横轴向承载力提高作用要弱;注浆土参数、水泥搅拌桩参数的增强对柔性长桩横轴向承载力的提高均不如对刚性短桩。     

桩基竖向抗压静载试验及理论研究

依托海南产业园项目,开展了单桩竖向抗压静载试验及理论研究。首先依据规范计算单桩极限承载力的理论值,并依据CASE法承载力计算,得出桩基极限承载力测试理论值;然后给出地基土以及单桩试验检测参数值,对S-1、S-7、S-11、S-15、S-17、S-22等6根基桩进行试验研究;最后分析基桩在静载作用下承载力的变化规律,将理论值与试验值进行对比。基桩的极限承力均满足要求;在基桩桩径相同,入土深度不同的情况下,基桩沉降量随入土深度的增加呈减小趋势;桩基极限承载力理论计算值与试验值基本吻合,CASE法计算桩基极限承载力具有较高的可靠性。