预压软土地基对超长群桩承载性状的影响

建立超长桩和土体共同作用的三维非线性有限元数值模型,采用预压排水固结法研究软土地基预压后超长桩的承载特性,分析地基土固结沉降、桩身侧摩阻力、桩顶位移-荷载曲线和桩身轴力的变化规律。通过运用控制变量法对预压时间和预压荷载以及不同土质的预压效果进行分析,对比分析单桩与群桩对预压效果的敏感度,并分析固结度对超长桩承载性状的影响。结果表明:预压能较好地改善地基、提高超长群桩的承载能力。增大预压荷载,可增大土体的固结沉降和桩身侧摩阻力;延长预压时间,可提高桩身侧摩阻力,减小桩顶沉降和桩身轴力;预压对群桩的影响好于单桩;固结度越大,超长群桩承载性能越好;对于粉质黏土、黏土以及淤泥质粉质黏土,当预压时间分别达到90 d及180 d时,地基固结基本完成,预压不再改变土的力学指标。     

边载作用下高桩码头桩基承载力性能及加固研究

码头接岸结构中的桩基础,经常受各种形式的边载作用.边载效应会导致桩基承受额外的附加力,还会产生桩身弯矩增大桩的水平位移,这些都可能导致桩体材料因为强度不足局部破坏或者结构局部失稳破坏.利用三维非线性有限元方法,研究了承受边载作用的排桩的特性,揭示了桩身侧摩阻力、桩身弯矩变化的规律.另外,基于工程实例通过合理经济地置换加固软弱土层,研究了在改变土层性质的情况下排桩的承载特性.分别对桩身侧摩阻力、桩身弯矩进行了分析,结果表明,置换加固土层可以达到有效的作用.     

双层土水平受荷超长桩承载性状数值模拟

利用有限元软件ANSYS对双层土中超长桩水平承载性能进行模拟,得到桩土相互作用下土抗力及超长桩桩身弯矩及侧移。分析桩侧竖向摩阻力、环向摩阻力和法向土抗力沿桩身的分布和对承载力的贡献以及超长桩水平承载性状随荷载、土层相对模量比、桩长径比的变化规律。结果表明:桩侧竖向摩阻力、环向摩阻力、法向土反力沿桩环向呈不同的曲线分布规律,沿深度呈递减趋势,桩顶最大;在不同分层情况下桩身弯矩和侧移量随着土层弹性模量比的增大而减小;水平受荷超长桩存在有效长度和最优长径比;沿桩身存在反弯点和位移零点。     

单锚式钢板桩结构锚固位置影响分析

单锚式钢板桩结构锚固位置的变化对结构的体系性能有着显著影响,但目前设计及研究中对这一问题重视不够。首先采用自由支承法确定单锚式钢板桩结构体系设计方案;然后基于上述设计方案的有限元模型,同时考虑桩身及土体变形特性,研究锚固点位置对板桩弯矩、锚杆轴力及结构位移的影响规律。结果表明,锚固点位于钢板桩顶部以下0.25~0.3倍开挖深度时,钢板桩的最大水平位移和桩后土体的最大沉降达到最小值;随着锚固点位置由桩顶向下移动,锚杆的轴力逐渐增加,而板桩的最大弯矩逐渐减小。同时,与有限元结果相比,采用自由支承法所得到的结构体系的板桩弯矩偏大,有利于板桩的安全性,而锚杆的轴力偏小,可能导致锚杆的失效。     

砂土中静压桩贯入过程中的桩周应力分析

利用模型试验研究砂土中静压桩在贯入过程中的承载机理。分析模型桩贯入4种不同深度时的桩周应力变化规律,对桩顶轴力、桩顶位移、桩身环向应变和桩身纵向应变进行全程测量。利用一种半数值半解析的方法,通过测量模型桩壁的环向应变与径向应变,推导出桩周的围压和摩阻力。结果表明:在贯入初期,桩体上部会出现负摩阻,随着贯入深度的增加,上部负摩阻的范围和数值都在减小直至消失;在沉桩阻力中摩阻力所占比例较小,但其比例随着贯入深度的增加不断增大。整个贯入过程中桩周围压随贯入深度的增加在不断增大。在同一土体深度处的围压也随桩体贯入而增大。随贯入深度的增加,摩阻力和围压的变化趋势呈现了较好的一致性,摩阻力与围压的比值在0.41~0.53波动。     

扩径桩抗拔承载特性模型试验研究

为了研究扩径桩受上拔荷载作用时的承载性状、荷载传递规律及桩侧摩阻力的分布特征,通过量测分级荷载作用下桩顶位移及桩身不同截面处的应变,选用宁波砂土开展等径桩、扩底桩和扩径加扩底桩的抗拔静载对比模型试验。试验结果分析表明:扩径桩较等直径桩而言能提高桩基抗拔承载力,在相同荷载下,减小上拔位移。在一定上拔位移范围内,扩径桩能充分利用扩大头上覆土体的承载力,发挥极大的抗拔阻力。在上拔荷载作用下,桩身轴力沿着深度方向逐渐递减,中部扩径处轴力出现突变减小,桩身各部分轴力均随着荷载的增加而增大。由于扩大头处有抗拔阻力存在,同级荷载下扩底桩下部桩身轴力大于等径桩。在桩身上部和中部,扩底桩与等径桩的桩侧摩阻力均沿着深度方向逐渐增加,且桩端附近均表现出侧阻的减小现象。由于扩大头的存在,扩径桩桩侧摩阻力在扩径段上下附近处无法充分发挥,但其抗拔承载能力仍为最强。     

考虑堆载时间效应的排桩水平承载力研究

在局部塑性变形理论基础上,考虑软土地基土体强度参数随固结度变化关系进而考虑堆载作用的时间效应,推导得出堆载短期、长期作用时的桩身被动荷载分布及临界桩间距计算表达式。桩身响应求解过程中,考虑堆载长期作用产生的桩侧负摩阻力影响,引入附加弯矩概念进而解得桩身轴向荷载作用时的被动桩传递矩阵解,并通过案例对比验证了文中解的正确性。最后开展了参数影响分析,结果表明:堆载产生的负摩阻力对被动桩水平承载力影响可以忽略;临界桩间距(D1/d)crit随着堆载荷载减小、土体黏聚力和内摩擦角增加而增加,且(D1/d)crit合理范围应介于堆载短期、长期作用时的临界桩间距(D1/d)low和(D1/d)upper之间。     

翼板长宽比和夹角对加翼桩水平承载性能影响分析

加翼桩是优化的单桩基础形式,适用以承受水平荷载为主的风电基础。文章基于ABAQUS有限元分析软件构建加翼桩三维数值仿真模型,选择5种长宽比的矩形翼板、4种夹角梯形翼板研究翼板形状对加翼桩桩身位移、弯矩、应力和极限承载力的影响。研究结果表明,矩形翼板长宽比和梯形翼板夹角对加翼桩水平承载性能影响较大,翼板对加翼桩泥面处水平位移的影响远大于桩身最大弯矩的影响,相同翼板面积时扁长形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果明显优于竖长形翼板,倒梯形翼板对加翼桩水平承载力的提升效果优于正梯形和矩形翼板。     

板桩加固护岸桩身受力现场试验研究*

板桩侧摩阻力的大小和分布模式对板桩的沉降有较大影响,进而对板桩加固护岸结构的稳定产生影响,桩端至于相对硬土层的板桩护岸结构,对板桩沉降是一项重要研究内容。为了研究加固护岸板桩桩侧摩阻力的分布模式和大小,结合长湖申航道湖州段板桩加固护岸实体工程,通过在板桩预制过程中将钢筋应力计埋入板桩轴心处,完整测试了板桩在凝固硬化过程中钢筋应力计受力情况和护岸荷载施加过程中的板桩荷载传递机制,详细介绍了钢筋应力计的焊接及埋设方式。现场试验结果表明:混凝土凝固硬化过程对埋入板桩的钢筋应力计会产生较大的拉压应力并逐步趋于稳定;施工荷载对钢筋应力计受力的影响较大,在分析护岸荷载施加过程中板桩荷载传递机制时,需要对钢筋应力计进行重新标定;在护岸荷载作用下,桩身的上部轴力变化较大,而中部及下部轴力不仅变化较小而且轴力较大,即桩顶荷载易于向下传递;桩侧摩阻力在靠近桩顶附近得到了较大发挥,在距桩顶0.3 m范围内的桩侧摩阻力约占整个桩身摩阻力的40%;JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》推荐的极限桩侧摩阻力较大,实测最大值仅为推荐值的63.9%。     

接触面单元对单桩位移应力的影响分析

在用有限元法分析桩土相互作用的研究中,采用不同的接触面单元得到的结果必然不同。通过分别引入Goodman单元和Desai单元进行单桩有限元分析,研究接触面单元对桩土接触面力学特性及单桩位移应力的影响。分析认为:在桩顶荷载较小时两者的桩土接触面力学特性以及单桩的位移应力差别很小;桩顶荷载较大时,采用Goodman单元计算所得的桩顶沉降小,接触面剪应力大,轴力沿桩身递减快,桩端阻力和沉降都较小,单桩的竖向抗压极限承载力较大。     

软岩地层灌注桩抗压与抗拔承载性分析

纳米比亚油码头软岩地层无经验参数可取。根据1根抗压桩和1根压拔桩现场静载试验和应力测试结果,分析软岩地层中抗压桩和抗拔桩的侧阻和端阻,得出抗拔桩的上部砂土及粉土层中抗拔系数以及Q-s曲线呈缓变形的抗拔桩极限承载力取值。结果表明:上部砂土及粉土层中抗压桩的桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移为9~15 mm,单位侧摩阻力极限值可取30.1~48.1 k Pa;下部软岩侧摩阻力充分发挥所需的桩土相对位移大于40 mm;对2根桩的抗压过程,在最大加载条件下,实测桩端阻力分别为桩顶荷载的22.3%、27.3%,表现为摩擦型桩。采用双曲线模型预测抗拔桩极限承载力为4 896.7 k N。     

Field experiments on laterally loaded piles for an offshore wind farm

Pile foundations are widely used to support offshore wind turbines due to their cost effectiveness and rapid constructions. Offshore piles must be designed with enough capacity to withstand overturning moments caused by wind turbines and other environmental factors such as wave excitations and extreme winds. In this study, a full-scale field experimental test is undertaken to determine the pile behaviour under various lateral loading conditions. A distributed fiber optic sensing technology is used to measure strains along two instrumented piles. The bending moments and lateral deflections are calculated from distributed fiber optic sensors, and then analysed with the various p-y methods. Field measurements indicated that for two offshore piles ZK01 and ZK28 with diameter of 2 m and length of 71.5 m and 77.5 m, the maximum lateral movements under a given lateral load of 800 kN were 369.1 mm and 351.7 mm, respectively. The maximum bending moment occurred at 6.5 m and 5.5 m below seabed level with the corresponding depth of 12.15D and 11.95D for pile ZK01 and ZK28, respectively. The position of “zero crossing” of soil resistance for two instrumented piles is almost the same, even though the piles have different lengths. The lateral deflections and bending moments of the two instrumented piles are predicted by the API and hyperbolic method, which indicates that the hyperbolic method yields larger prediction errors than the API method. A modified p-y approach is then proposed for more reliable predictions when compared with field measurements.     

Lateral response of monopile reinforced by cement-improved soil in clay to monotonic and cyclic loadings: Laboratory model test and theoretical investigation

A systematic study was performed in laboratory model tests to assess the response of cement-improved reinforced monopiles to lateral monotonic and cyclic loading in clay. The overall load‒deflection behavior and profile of the bending moment was fully studied in monotonic tests, in addition to the p-y curves of the reinforced and unreinforced piles. Cyclic loading tests were carried out at different cyclic magnitude values and load ratios, and the cement-improved soil reinforcement range was also varied. This study provides several insights into the ongoing development of the deflection, unloading stiffness and bending moment of cement-improved soil reinforced piles as cycling progresses, which can provide empirical design recommendations for cement-improved soil reinforced monopiles subjected to lateral cyclic loading. Based on the typical p-y curve models of pile in soft clay and stiff clay, by considering the proportion of soil resistance shared by cement-improved soil and soft clay around a pile under lateral load, the modification factors of two parameters p_u and y₅₀ are derived, and then a modified p-y curve model of cement-improved soil reinforced piles in soft clay is established.     

高桩墩台桩土共同作用对结构内力的影响*

根据广州某高桩墩台结构断面图和土层参数勘察报告,建立了包含墩台、桩基及土层的三维有限元模型。桩土界面采用面面接触模型,允许桩土分离及滑移,通过接触应力反映桩基土对桩的侧压力和摩阻力。分析得出了高桩墩台在多种荷载组合下的应力场和位移场,以及各桩的弯矩图和轴力图。并进一步将有限元结果与以丰海高桩墩台计算程序为代表的传统嵌固点法计算结果相比较,分析了2种方法单桩轴力图、弯矩图的差异及原因,同时分析了桩基土对结构内力的影响,得到桩排中的最大轴力弯矩桩的位置及单桩上轴力弯矩极值点的位置,为传统的嵌固点法计算结果提供了一些修改与补充,从而为高桩墩台结构设计提供参考。     

负摩擦力对某高桩码头桩基沉降的影响

介绍某高桩码头斜桩下沉桩帽竖向开裂现象,认为主要原因是斜桩未进入良好持力层、斜桩受负摩擦力作用。提出锤击沉桩对软黏土的触变效应、码头岸坡淤积也会对桩产生负摩擦力,并对淤泥层、砂土层的负摩擦力系数取值作了比较。     

高回填软土地基中基桩负摩擦问题

高回填软土地基中由于沉降而使基桩承受一定的负摩擦作用。结合工程现场试桩,采用有限元数值模拟及经验公式估算方法对桩基负摩擦问题进行研究,初步掌握了洋山地区基桩负摩擦的分布规律,可供类似工程设计参考。     

低强高压旋喷桩复合地基承载的影响因素

基于高压旋喷桩复合地基有限元模型,研究低强高压旋喷桩正三角形布置和正四边形布置时,桩体弹性模量、桩长、土体内摩擦角对复合地基承载特性的影响,并分析高压旋喷桩的有效桩长。结果表明:正四边形布置时土体的最大竖向沉降量是正三角形布置时的93%,桩体最大竖向应力值是正三角形布置时的97%,采用正四边形布置要优于正三角形布置;随着高压旋喷桩弹性模量的减小,土体最大沉降量增大,桩体最大竖向应力减小;随着土内摩擦角的增大,土体最大沉降量减小,桩体最大竖向应力减小;当采用正三角形或正四边形布置时桩长超过10 m时桩体最大竖向应力基本不变,因此低强度高压旋喷桩有效桩长约为10 m,与文献计算结果和设计取值基本一致。     

不规则桩基大平台数值分析与应用

桩基础平台在沿海软土地基中应用广泛。对某不规则桩基平台进行数值模拟,利用ANSYS有限元分析软件对某一大平台工程进行三维有限元建模,选取合适的接触模型模拟桩-土相互作用,在施加设计荷载后对模型进行整体运算。结果表明,模型中大部分桩体在桩-土相互作用下其桩节点高程12. 5 m附近摩阻应力达到最大,其中少数摩阻应力最大值发生于桩节点高程10或15 m处;各桩桩身摩阻应力沿着水平荷载合力方向不断增加。     

大直径负摩擦灌注长桩荷载-沉降关系研究

提出大直径灌注长桩工作性状并同时考虑负摩阻力的桩侧荷载传递模型，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下桩身混凝土的弹塑性性状，采用Mindlin解答以考虑桩侧摩阻力在桩端处产生的桩端位移，从而建立了层状地基中大直径负摩擦灌注长桩的荷载传递分析理论。根据该理论计算得到的荷载一沉降曲线与实测的曲线较为吻合，可作为确定大直径灌注长桩承载力的依据，经过对工程实例的计算与实测对比分析，证明该理论可靠、方法简单，且具有较好的适用性。