水平旋喷桩软弱土层隧道预加固效果分析

基于福州市某隧道工程实例,应用有限元模拟方法,研究有无水平旋喷桩加固两种工况条件下,掌子面应变、隧道初支与旋喷桩受力情况。结果显示,旋喷桩加固工况中,掌子面塑性应变、衬砌轴力明显小于无旋喷桩工况。隧道开挖过程中旋喷桩主要产生纵向挠曲变形,上部荷载主要由旋喷桩拱脚传递至下部围岩。旋喷桩施作范围下的初支轴力为未施作旋喷桩工况下的46%,旋喷桩承担了上部围岩大部分荷载,加固效果明显。     

夏季工况下扩底能量桩单桩热力学响应分析

能量桩是一种兼具承载性能和换热载体双重功能的建筑节能新技术。将大直径扩底灌注桩内部的声测管底部连通形成环路，在桩基完整性检测完成后作为浅层地温能换热管道，即可形成大直径扩底能量桩。依托南京市某扩底桩基础工程项目，开展建筑荷载与温度联合作用下大直径扩底能量桩的热力响应特性现场试验；实测夏季工况下桩身温度与应变的发展规律，初步探讨热致应力变化规律。基于荷载传递法，考虑桩体温度不均匀分布及扩大头的作用，建立热力耦合作用下扩底能量桩工作特性的简化分析方法，分段求解得到任意温度-荷载组合作用下的桩体变形和桩身应力；通过与现场试验数据进行对比，验证了理论方法的可靠性。研究结果表明：桩顶建筑荷载会使桩顶的约束增大1～1.25倍；相较于等直径桩，扩底桩能够减少约26%的桩端应力，扩大头可有效提高能量桩在温度-荷载联合作用下的承载潜能。     

斜拉荷载作用下扩底桩的工程性状

扩底桩在地下构筑物的抗浮和作用较大弯矩的建(构)筑物的基础设计中广泛应用.抗拔桩和抗压桩的工作机理是不同的,斜拉荷载作用下扩底桩的工程性状研究还很粗浅.笔者分别从抗水平力和抗拔两个方面,综合分析扩底桩的力与位移关系、桩身荷载传递规律、破坏模式、承载力与变形计算及其研究方法,包括现场试验、模型试验、理论分析、数值模拟等.     

砂土中旋挖挤扩灌注桩的抗拔模型实验

旋挖挤扩灌注桩在桩身上通过旋挖挤扩技术形成多个承力盘,承力盘有效的扩大了承载面积,盘上表面阻力能有效提高桩的抗拔承载力。同时由于承力盘位于桩身,与扩底桩的扩大头位于桩底不同,在桩身位移较小的条件下承力盘就能发挥较高的承载力。本文通过室内砂箱模型实验,对于旋挖挤扩灌注桩的抗拔机理进行了初步的实验研究。对比了不同位置单盘、双盘旋挖挤扩桩以及直孔桩的抗拔承载力。在此基础上,利用有限元对实验过程进行了同步模拟,对实验成果进行了验证。     

挤扩支盘桩地震动力特性数值分析

挤扩支盘桩主要通过桩基中部多个挤扩支盘机构来大幅提升桩基在复杂荷载作用下的抗拔、抗剪性能。对这种新型桩基的研究目前较少,特别是在地震荷载作用下的力学响应研究更少。基于有限元方法,对挤扩支盘桩基-承台结构展开局部及整体精细建模,根据已有的加速度时程曲线,对挤扩支盘桩的动力响应展开分析,获得了其在多种工况下的变形特征以及内力包络图,并与非扩盘桩结构展开了对比。本研究成果可辅助工程设计人员进一步了解挤扩支盘桩结构在动力作用下的响应特性,从而优化其配筋设计,提升结构的动力安全性能。     

旋挖扩底灌注桩施工技术的应用

通过分析旋挖扩底灌注桩的受力原理、适用范围、施工工艺流程及质量控制要点,运用试验验证及经济效益分析方法,研究了旋挖扩底灌注桩的成孔机理、技术特点,尤其通过单桩竖向抗压承载力试验,进一步验证了旋挖扩底灌注桩比普通等直径灌注桩单桩承载力大、累积沉降量小的特性,通过京津高速公路第二通道工程实例证实了旋挖扩底灌注桩能够提高承载力和抗拔力,减少桩长,降低工程造价。     

隧底竖直旋喷桩数值模拟分析

应用有限元数值分析程序ANSYS分别对隧道底部有无竖直旋喷桩的情况进行数值模拟,计算隧道底部基础结构内力和变形,通过有无隧底竖直旋喷桩两种情况的对比,分析隧底竖直旋喷桩的效应大小,通过数值模拟结果表明,竖直旋喷桩可明显提高地基承载力,减少地基沉降,隧道底部竖直旋喷桩使其底部变形平均减小了6mm,满足了隧道底部结构变形的要求。     

挤扩支盘桩结构设计对桩基竖向承载性能影响的试验研究

挤扩支盘桩作为一种新型桩基形式,在建设领域有着广阔的应用前景.为研究挤扩支盘桩结构设计的差异性因素对于桩基承载受力及变形性能的影响,建立室内1∶10大比尺挤扩支盘桩物理模型,分别开展了不同盘数的单桩模型、不同桩间距的双桩模型的对比试验研究.研究结果表明,因受相邻桩的相互影响作用,在相同桩顶反力作用下,随着桩间距减小,桩顶沉降有所增加,承载力特征值降低;受相邻盘体应力传递的影响,上盘标高较低的盘位的荷载分担占比有所增加;随着盘数的增加,桩基承载力提高,且在相同桩顶反力时的桩顶沉降变小,上盘比下盘较早发挥承载力.这些研究结果可为挤扩支盘桩的合理结构设计提供参考.     

人工挖孔支盘灌注桩与扩底灌注桩承载试验对比研究

结合新济公路虎岭至邵原段试桩的静载试验,对比研究了扩底桩与支盘桩承载特性区别,包括桩身轴力、桩端阻力、桩侧摩阻力,并讨论了支盘承担荷载情况。试验对比研究结果表明:相比支盘桩,扩底桩的承载力高、沉降小;由于支盘的存在,支盘桩和扩底桩的桩身轴力及侧摩阻力的发挥性状不相同;支盘的承载特性发挥表现出时序性;扩底桩的桩端阻力较支盘桩高,而荷载沉降曲线表明,试桩表现出了摩擦桩、端承桩的性质。     

宁波软土区旋喷桩-微型钢管桩组合体竖向传力机制研究

软土区旋喷桩-微型钢管桩组合体由旋喷桩和微型钢管桩两部分组成。在组合体顶部加载的数值模拟分析中,按设置、未设置旋喷桩-桩周土界面两种状态进行计算后发现旋喷桩-桩周土之间存在界面效应,设置旋喷桩-桩周土界面的有限元模型计算得到的荷载-沉降曲线与现场实测结果较为拟合。因此,采用该模型对旋喷桩-微型钢管桩组合体的应力分担比、侧摩阻力和轴力分布规律进行计算分析和研究。     

高压旋喷扩底桩在桥台软土路基中的应用分析

针对某高速公路桥台软土路基工程地质情况,对高压旋喷注浆设计程序、扩底桩选型、设计桩长确定与设计计算方法进行了探讨,其中设计计算主要包括承载力与沉降计算。并介绍了高压旋喷扩底桩施工工艺及施工质量控制措施。     

桥梁挤扩支盘桩受力分析与承载能力研究

围绕广东潮汕环线项目,依托环线高速公路工程开展常规桩以及支盘桩现场试桩试验,对挤扩支盘桩的受力机理进行了研究并分析了挤扩支盘桩的承载性能。结果表明:不同于传统的等截面灌注桩,当挤扩支盘桩支盘腔成孔时,周围土体受到挤压,进一步提升桩周土体的模量以及承载力;同时支盘桩的支盘结构体发挥作用承载,对应的Q-S曲线为缓变型,桩的支盘处轴力有显著变化,呈现多支点端承摩擦桩受力特征,支与盘的荷载分担比可达60%左右;相同土层条件下,极限承载能力明显强于一般的常规桩,同等设计荷载下挤扩支盘桩的桩长更短;支、盘、桩端、桩侧荷载分担比受地质条件、荷载大小影响明显,随着竖向力的增大,支盘力的发挥具有明显的时序性,盘的承载力增长潜力远大于支结构,且由上至下逐步发挥承载作用。     

夯扩碎石桩群桩承载性状研究

对2个初始直径为0.76m、桩长为2.79m和5.10m的夯扩碎石桩群桩进行载荷试验,并采用三维拉格朗日有限差分程序建立数值模型,模拟其夯扩和载荷试验分级加载过程,并分析了桩土应力比、群桩效应和桩间土单元的应力路径。结果表明:数值分析很好地模拟了夯扩碎石群桩的夯扩过程,群桩夯扩成桩后最大垂直位移位于桩间土中心且表现为地面隆起;计算和实测的荷载-沉降曲线基本一致;2个不同桩长的夯扩碎石桩群桩在各级荷载下的桩土应力比都比较接近,其值在3.8～6.5之间;群桩效应跟桩长与承台宽度比L/Bc相关,群桩负效应随L/Bc的增大而减弱;2个不同桩长的群桩桩间土单元在夯扩过程中其水平应力大于垂直应力,单元应力处于临界破坏状态;夯扩作用在桩间土中产生预应力,提高了土体刚度和夯扩碎石桩的承载能力,靠近桩端的土体单元预应力受桩端夯扩效应影响而增大。     

考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法（双语出版）

为求解出支盘桩受压时扩径体处相关力学性状,并预测桩基沉降,结合圆孔扩张理论求解出扩径端力与位移关系,并对支盘桩应用荷载传递法。将支盘桩在竖向受压扩径体向下挤土位移的过程,看作土体中的圆孔扩张课题,在合理假定的基础上,分析受压时扩径体与相邻土体的相对位移,推导出扩径体水平内压力与竖向位移的关系,对扩径体下侧面进行力学分析,得出桩土接触作用面A'C段的变化规律及扩径端阻力与竖向位移的关系,并对其进行参数研究。在此基础上,选择桩侧荷载传递函数为双曲线型,桩端为线弹性,对支盘桩应用荷载传递法,得到桩顶沉降曲线及桩体内力。研究结果表明：以圆孔扩张理论推导出扩径端阻力与竖向位移关系的方法,充分考虑了扩径体的几何构造特点和挤土效应,扩径端阻力能充分体现对挤扩角的敏感性,更加符合工程实际;扩径体水平内压力在倒圆台形下侧面呈现非线性分布,随着初始孔径的增大而逐渐减小,随着竖向位移的增加,水平内压力分布的非线性愈加明显;水平内压力值随着竖向位移的增大而增大,随着挤扩角的增大而减小;考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法能有效地求解支盘桩沉降及相关力学性状,且对于支盘桩而言,挤扩角引起的扩径端阻力变化比单纯的侧阻变化更能影响最终承载力。相关方法和结论可以为工程设计提供参考。     

考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法

为求解出支盘桩受压时扩径体处相关力学性状,并预测桩基沉降,结合圆孔扩张理论求解出扩径端力与位移关系,并对支盘桩应用荷载传递法。将支盘桩在竖向受压扩径体向下挤土位移的过程,看作土体中的圆孔扩张课题,在合理假定的基础上,分析受压时扩径体与相邻土体的相对位移,推导出扩径体水平内压力与竖向位移的关系,对扩径体下侧面进行力学分析,得出桩土接触作用面A′C段的变化规律及扩径端阻力与竖向位移的关系,并对其进行参数研究。在此基础上,选择桩侧荷载传递函数为双曲线型,桩端为线弹性,对支盘桩应用荷载传递法,得到桩顶沉降曲线及桩体内力。研究结果表明:以圆孔扩张理论推导出扩径端阻力与竖向位移关系的方法,充分考虑了扩径体的几何构造特点和挤土效应,扩径端阻力能充分体现对挤扩角的敏感性,更加符合工程实际;扩径体水平内压力在倒圆台形下侧面呈现非线性分布,随着初始孔径的增大而逐渐减小,随着竖向位移的增加,水平内压力分布的非线性愈加明显;水平内压力值随着竖向位移的增大而增大,随着挤扩角的增大而减小;考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法能有效地求解支盘桩沉降及相关力学性状,且对于支盘桩而言,挤扩角引起的扩径端阻力变化比单纯的侧阻变化更能影响最终承载力。相关方法和结论可以为工程设计提供参考。     

强风化层超浅埋隧道高压旋喷桩荷载试验研究

以广东云茂高速公路新屋隧道的超浅埋施工为工程背景,对高压旋喷桩在全风化地层超浅埋隧道围岩加固处理的施工关键参数、地层加固效果进行对比研究。结果表明：(1)浆液压力、旋喷转速和提升速度对单桩静荷载承载力有明显的影响。相同静荷载条件下,浆液压力越大,单桩累计沉降值越低,累计沉降值增加较小,回弹量变化率基本相同;随着旋喷转速的增加,单桩累计沉降值越低,单桩累计沉降值变化率减小,回弹量变化率也减小;随着提升速度的提高,单桩累计沉降值提高,累计沉降值变化率减小,回弹量变化率基本保持不变;(2)桩体水泥土较均匀,强度较高且脆,冒浆部位所处地层主要为松散的粉质黏土层和含砂层;(3)经过高压旋喷桩底层加固之后,超浅埋隧道开挖后顶部围岩较稳定,围岩间裂隙被水泥浆液填充固结、完整性提高;桩体有效限制边墙外侧土体向隧道内侧变形,桩体也起到了一定的止水作用;高压旋喷桩加固提高围岩整体性,起到了固结隧道拱顶以上软弱土层的作用,为隧道浅埋段安全开挖创造了条件。     

旋喷桩复合地基承载力及其P—s曲线拟合分析

以具体工程为背景,通过载荷试验,对高压旋喷桩单桩复合地基的承载力实测值与计算值进行对比和分析,选择某P-s曲线的低压力阶段进行3种拟合,预测高压力阶段的P-s曲线,并在另外4条P-s曲线中应用.结果表明:旋喷桩单桩承载力实测值比计算值偏大;旋喷桩单桩复合地基承载力实测值比计算值偏小,桩间土承载力折减系数β的取值对计算值有一定影响;用三次多项式拟合高压旋喷桩复合地基的荷载-沉降曲线,具有相当好的精度,能为确定旋喷桩单桩复合地基承载力提供参考.     

双根水平旋喷桩施工地表隆起的计算与模拟

水平旋喷桩施工期间,周围土体受注浆压力和膨胀压力的共同作用而产生变形,为研究双根水平旋喷桩施工引起的地表隆起变形计算方法,文中依托上海地区单根水平旋喷桩施工工程,应用ABAQUS软件数值模拟与工程实例对比分析的方法,以Peck公式与叠加法为基础,研究了考虑不同桩间距条件下双水平旋喷桩施工引起的地表隆起计算方法。数值分析结果与该方法计算结果对比后发现,在地表12倍成桩直径的范围内,数值计算与公式计算结果的平均差异为6.8%,且公式计算结果略大于数值计算结果,满足工程实际中预测地表变形准确性与安全性要求。     

桥梁挤扩支盘桩沉降分析与抗变形能力

挤扩支盘桩抗变形能力主要依赖于挤扩过程中支盘周围土体模量的增长、挤扩增大端承面积实现应力扩散、桩长缩短减小桩身压缩量等几个因素。对潮汕环线11组静载试验(6组常规桩、5组支盘桩)的Q-s曲线进行了分析,支盘桩表现为小变形、缓变型、高回弹率等特征。选取了典型的试桩结果进行了反分析,得出挤扩作用使得周围土体模量增长约1倍左右的结论。在此基础上,对桩端变形与桩端应力分布规律、桩身压缩量变化规律进行了分析,弹性受力阶段,桩身压缩量约占支盘桩总沉降的40%～50%。通过潮汕环线现场沉降监测的初步数据,说明了挤扩支盘桩的变形控制能力:箱梁架设完成后支盘桩的观察时间为60～120d,沉降为3～6mm;常规桩观察时间约30d,沉降为5～9mm,支盘桩的沉降小于常规桩,变形控制能力更强。     

上拔荷载作用下挤扩支盘桩颗粒流数值模拟

基于颗粒流理论,采用PFC2D程序,研究粘土地基中挤扩支盘桩受上拔荷载时,荷载-桩体位移关系、土体变形破坏情况及地基位移场分布。结果表明:荷载与桩体位移变化曲线分为初始弹性阶段、中间塑性阶段和破坏阶段;土体破坏产生的滑裂面主要从下部支盘的端部沿斜上方向地表发展;土体颗粒受影响区域为倒钟形。