地表堆载对临近桥梁群桩受力和位移影响分析

以某地区地表堆载临近桥梁群桩桩基为例,采用有限元软件ABAQUS建立数值模型,重点分析了堆载对桩体的位移、轴力和桩侧摩阻力的影响,得到以下结论:堆载作用下,周围土体发生明显的沉降,加上桩土之间的相互作用,会对桩基的安全产生不利影响;角桩和边桩承担大部分桩顶荷载,中心桩分担的荷载比较小,堆载对中心桩轴力影响最小;从侧摩阻力方面来说,堆载对角桩侧影响最大,边桩次之,对中心桩影响最小;从桩身沉降方面来说,单侧堆载使得靠近堆载侧的桩顶竖向沉降最大,远离堆载侧的桩顶竖向沉降最小,且堆载对角桩的整体影响最大,边桩次之,中心桩最小。     

堆载宽度对邻近桥梁桩基的影响

采用数值方法对堆载土体对邻近桩基的水平位移、应力以及弯矩进行模拟分析。结果表明:不同分布宽度堆载基本不会影响桩底位移,且位移主要发生在地表上侧桩身。随着堆载分布宽度增大,桩身水平位移不断增大,在地面以上部分桩身水平位移基本一致,而在地面下部分,桩身水平位移从桩底到地面基本呈线性增大。不同分布宽度堆载对桩身水平应力作用规律基本相同,即从桩底到桩顶,应力先增大到峰值后回落,应力最大值区间基本在-5～-15m范围内,且随着堆载宽度的增加,桩身最大水平应力逐渐增大,但增大速率逐渐减缓。不同分布宽度堆载对桩身弯矩作用规律相同,堆载在不同宽度时对桩身弯矩影响最大位置在地表以下标高-2m附近。     

不同堆载形式对邻近既有桥梁桩基的影响

采用数值方法研究了不同堆载分布宽度和高度对邻近桩基的水平位移、应力以及弯矩的影响,结果表明:不同堆载分布宽度基本不会影响桩底水平位移;随着堆载分布宽度增大,桩身水平位移不断增大,在地面以上部分桩身水平位移基本一致,而在地面以下部分,桩身水平位移从桩底到地面基本呈线性增大;不同分布宽度堆载对桩身水平应力作用规律基本相同;不同分布宽度堆载对桩身弯矩影响基本相同。堆载高度对左右桩的竖向位移影响规律不同;对于邻近堆载体的桩基,堆载会影响整个桩身水平位移,随着荷载的增加,桩身水平位移整体呈现增长趋势,且最大值基本分布在顶部,位移方向水平向右,同时堆载还会影响右侧整个桩身水平位移。研究结果可为分析桥梁桩基稳定提供参考。     

软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

隧道下穿既有高架桥对桩基的影响

基于隧道下穿既有高架桥工程背景，为保证施工过程结构的安全性，隧道下穿部分桥梁进行桩基托换。通过建立三维数值模型研究了桩洞水平距离的影响。研究表明，托换桩基的承台的作用使得中心位置处的地表沉降值有所降低，而在远离中心位置处的地表出现沉降增加的现象。桩洞水平距离主要对托换桩基的水平变形和原有桩基竖向变形有显著影响，增大桩洞水平距离虽能减小托换桩基的水平变形。综合安全性和经济性，本工程的合理的桩洞距范围为1.0m～2.0m。隧道横断面方向的桥台差异沉降起控制作用，隧道施工时需加强监测，控制盾构掘进参数，控制出土量，保证桥梁结构安全。     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

路基填筑土体参数对邻近桩基位移变化影响分析

以实际工程为例,采用数值模拟方法,分析路基填筑对临近桩基变形影响,并分别考虑填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量对桩顶沉降和侧向位移的影响,得到以下结论:桩身整体发生沉降,最大值为2.5 mm,桩体整体向右侧变形,桩顶水平位移最大,最大值为45.8 mm,且随着桩深的增加,其侧向位移逐渐减小;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量均可减小桩顶侧向位移,且效果依次降低,对于桩顶沉降位移,通过增大上述4个参数后,其减小效果不明显;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角对减小桩顶沉降效果明显,在工程上可以合理利用。     

桩-土-断层耦合作用下桥梁桩基竖向承载特性

基于海南铺前大桥, 采用室内模型试验与数值仿真, 分析了断层-桩-岩土相互作用时桥梁桩基的距离效应与承载特性。研究结果表明: 在模型试验中, 对于直径为6.3 cm, 长度为60 cm的桩基, 当断层与桩基水平距离由9.45 cm增加到22.05 cm时, 承载力增幅为26.7%, 当水平距离由22.05 cm增加到31.50 cm时, 承载力增幅仅为3.8%, 断层与桩基水平距离对桩基承载力影响度降至6.5%, 可以忽略; 当桩长一定, 荷载相同时, 断层与桩基水平距离越小, 桩身轴力变化越小; 当断层与桩基水平距离由9.45 cm增加到22.05 cm时, 桩身30 cm处桩侧阻力增大了0.059 kN, 水平距离对桩侧阻力影响度降低了44.5%, 当水平距离由22.05 cm增加到31.50 cm时, 桩侧阻力增大了0.029 kN, 水平距离对桩侧阻力影响度降低了8.3%。在数值仿真中, 在桩基直径为1.5 m, 长度为30 m, 覆盖层厚度为10 m的工况下, 当断层与桩基水平距离由1.5 m增加到6.0 m时, 承载力增幅由11.0%减小到6.5%, 当水平距离由6.0 m增加到7.5 m时, 承载力增幅减小到4.9%;当断层与桩基水平距离由7.5 m减小到1.5 m时, 桩身轴力沿桩长方向减小趋势逐渐变缓, 当桩长一定, 荷载相同时, 断层与桩基水平距离越小, 桩身轴力变化越小; 当断层与桩基水平距离由1.5 m增加到6.0 m时, 桩身16 m处桩侧阻力增大了1.90 MN, 水平距离对桩侧阻力影响度降低了28.0%, 当水平距离由6.0 m增加到7.5 m时, 桩侧阻力增大了0.33 MN, 水平距离对桩侧阻力影响度降低了5.0%。模型试验与数值仿真结果均表明, 在5倍桩径范围内, 桩基竖向承载特性受断层与桩基水平距离的影响较大; 超出5倍桩径后, 水平距离的影响较小, 甚至可以忽略; 断层与桩基水平距离对承载力、桩侧阻力的影响度与桩侧阻力占比的仿真值均减小较快, 在水平距离为5倍桩径时, 较模型试验值分别降低了2.2%、6.0%、0.174, 结果较理想化, 可用作工程参考。      

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

湿陷性黄土桥梁桩基竖向载荷下的承载特性研究

湿陷性黄土结构非常特殊,其沉降具有不连续性、突发性、不可逆等特点,因此常对桥梁桩基造成威胁。如何确定黄土湿陷性变形桥梁桩基在竖向载荷下的承载特性一直困扰着国内外学者。根据前人的研究现状,将新疆高速湿陷性黄土地区的桥梁桩基项目列为研究对象,首先对其进行非均匀变形下的承载实验,介绍了实验原理和模型装置,并给出实验流程。基于实验结果,研究桥梁桩基的承载特性,分析了单桩承载力、单桩桩身轴力、单桩桩侧摩阻力、群桩承载力等特性。通过对单桩、群桩的桩基静载试验研究,得出单桩摩擦阻力最大部分在桩身中下部,湿陷性黄土沉降随着桩数的增加而降低。希望为今后湿陷性黄土桥梁桩基承载特性研究提供理论帮助。     

软土区不平衡堆载下桩基负摩阻力的数值模拟研究

在沿海软土地区由于吹填造陆等原因,经常存在不平衡堆载现象.由于海滩涂的土体存在含水率和压缩性高等工程特点,使桩基在不平衡堆载下产生明显的负摩阻力.负摩阻力会在桩周产生很大的下拽力,很大程度降低了桩基的竖向承载力,同时,由于堆载的不对称,会在桩周产生不对称的负摩阻力,从而导致附加弯矩的存在.通过大型有限元法软件ABAQUS对软土区不平衡堆载进行建模,在建模过程中,对桩土模型进行一定的简化,模型参数按照经验取值.分别对桩基主动侧和被动侧的位移和负摩阻力进行分析,进而研究了不平衡堆载对单桩负摩阻力的作用性状,为实际工程提供参考.     

近侧穿桩基盾构区间隧道掘进扰动分析

在城市地铁盾构隧道近距离侧穿高架桥桩基的过程中,极易造成地表下陷、桩基偏位,存在较大安全隐患.利用Midas GTS NX软件仿真盾构的隧道施工流程,对盾构掘进过程中地表下沉、桩基横向位移的变化规律作出了计算分析.数值计算结果显示,在单线隧洞施工过程中,地表沉降最大值出现在隧洞轴线以上的地表处,并向两端依次下降;双线隧洞施工过程中,地表沉降最大值出现在隧洞中间以上地表位置处;左右线隧道的连续施工导致了高架桥桩基产生侧向位移,桩顶和桩端也分别向接近和离开隧道的方向产生了偏离;盾构掘进参数,以及隧洞和桩基之间的间距是影响桩基偏位大小的首要因素.     

顶管井深基坑近接高架桥桩施工影响及参数优化研究

依托某污水管顶管井深基坑近接高架桥梁工程,基于Midas Gts Nx建立基坑与桥梁三维有限元模型,研究了顶管井深基坑开挖对基坑稳定性及桥梁桩基变形影响与坑外注浆加固保护措施对桥梁位移的控制效果,通过现场监测验证了加固参数的有效性.研究结果表明:顶管井基坑开挖过程中工作井井壁最大水平位移出现在井壁中上部;顶管井基坑开挖对桥梁桩基变形影响较大,引起桩基向基坑发生侧移,且桩身中部位移最大,施工过程中应对邻近基坑侧桥梁桩、基桩身中部水平位移进行重点监测;在采取坑外注浆加固措施下,桥梁桩基沉降及水平位移显著减小,深基坑坑外加固的合理宽度为2 m,深度为20 m,研究成果可为类似基坑近接高架桥桩工程提供借鉴.     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

红砂岩地层大型车站深基坑桩锚支护结构变形分析

结合江西省赣州市赣州西站预留地铁车站深基坑工程,对红砂岩地层深基坑桩锚支护的桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和地表沉降进行现场监测分析。结果表明:桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和地表沉降时空效应显著,基坑中部变形大于坑角,长边大于短边,且从中部向坑角逐渐减小;桩体水平位移曲线呈两头小、中间大的“弓”形,最大位移出现在桩体埋深1/2 ~ 2/3 处,与锚索最大轴力所在位置的深度一致;锚索轴力随基坑深度变化呈类抛物线形分布,轴力损失和增长主要发生在基坑开挖阶段;坑外的地表沉降主要呈凹槽形分布,最大沉降发生在距坑边8． 5 m 左右处;基坑周围地表最大沉降值与深层最大水平位移之间存在着较为明显的线性关系。     

大直径管桩-钢管复合桩基承载特性现场试验研究

为研究大直径管桩-钢管复合桩基承载特性,依托温州港状元岙港区码头二期工程桩基建设,选取工程桩S1、S2为试验桩,分别开展了竖向静载和水平静载原位试验,测得竖向静载的截面应变值ε,及水平静载下桩顶水平位移Y、桩顶转角θ;计算了竖向静载时不同截面桩身轴力Qaxial、桩端阻力Qpu、桩侧摩阻力Qs,及水平静载时泥面处桩的水平位移Y0、泥面处桩的转角θ0;分析了竖向静载及水平静载过程中桩顶位移S随着竖向荷载Q的改变而变化的规律,以及竖向刚性系数K、不同截面桩身轴力Qaxial和桩侧摩阻力Qs的变化规律.研究表明:竖向静载下桩顶荷载-桩顶位移(Q-S)曲线呈缓变形;试桩S1、S2竖向承载力均不小于10500 kN,满足工程设计要求;桩侧摩阻力Qs随桩入土深度z的增加而逐渐发挥,其分布形式呈"驼峰型";在最大竖向静载Qmax下,试桩S1、S2桩端荷载分担比分别为9.55％、8.45％,均属端承摩擦桩;在水平静载H下,试桩S1、S2的水平承载力均满足设计要求;试桩S1、S2的桩身最大弯矩Mmax分别为820、1038 kN·m,均出现在泥面以下3.0 m附近.大直径管桩-钢管复合桩能满足项目工程要求.     

组合荷载作用下斜坡桩基水平承载特性研究

斜坡桩由于斜坡的存在承载力与平地桩有较大的不同， 现阶段设计中一般通过设计人员经验进行承载力折减， 不能准确体现斜坡桩的实际承载力。 为明确折减方法， 通过一系列的数值模拟来研究水平力及弯矩组合作用下的斜坡桩基水平极限承载力特性。 具体考虑了弯矩、 坡度、 竖向力三个因素对斜坡桩基水平承载力的影响。 研究结果表明： 随着弯矩的增大， 桩基水平极限承载力显著下降后会维持平稳， 不同坡度下， 弯矩对水平极限承载力的相对折减值接近， 可用公式拟合； 随着坡度的增大， 桩基水平极限承载力的下降趋势在不同弯矩下趋同， 为线性下降， 可拟合后供实际使用； 竖向力对桩基水平极限承载力起有利作用， 坡度越大有利作用越大， 但均不显著； 土体性质影响斜坡桩基水平极限承载力， 但土体性质对水平极限承载力相对折减值影响较小。 总体来说， 坡度及弯矩对桩基水平承载特性影响最大， 竖向力及坡度影响较小。 设计时通过坡度及弯矩对平地桩水平极限承载力进行折减可得组合受荷斜坡桩的水平极限承载力。     

盾构开挖引起邻近单桩水平向变形解析研究

为了探索邻近桩基在盾构开挖下水平变形规律，提出了一种邻近桩基水平向受力变形响应的解析方法。首先，基于Loganathan公式获得周围土体在隧道开挖影响下的自由位移，将既有桩基简化成欧拉梁，桩-土相互作用采用Kerr地基模型，建立既有桩基水平向受力平衡方程，从而获得单桩水平变形解析解。通过与有限元GEPAN数据对比，验证了该方法的合理性；与既有的理论解析对比，该方法更贴近有限元GEPAN数据。参数分析表明：增大盾构隧道埋深会致使桩基水平向最大变形位置深度增大，同时会引起桩身最大位移增大；桩基水平向变形响应会随着地层损失比增加而逐渐增大；桩基水平向位移会随着桩基与隧道水平距离的增大而减小，但桩身产生最大水平位移处埋深会随之减小。     

桩板结构施工对高速铁路桥梁的影响分析

以台州市和合大道工程下穿在建杭绍台铁路椒江特大桥为依托,运用有限元分析软件模拟了桩板结构的施工过程,得到了椒江特大桥在道路工程附加荷载作用下的墩顶位移及桩基承载力检算结果.结果表明:在和合大道桩板结构施工及运营阶段,高铁桥梁墩顶位移(沉降量、差异沉降量、顺桥向水平变形量和横桥向水平变形量)及其桩基承载力均能满足安全限值...     

盾构施工隧道侧穿桩基侧摩阻影响研究

盾构开挖侧穿桩基对既有桥梁会产生扰动影响。利用有限元软件MIIDAS-GTS,采用对隧道洞分步开挖过程的方法模拟杭州市地铁5号线盾构施工,通过模型研究盾构施工过程中桩土界面相对位移,以此利用侧摩阻力来表示相对位移产生的影响。在地铁盾构隧道施工中,桩土相对位移最大值均发生在靠近桩顶附近,最大值7.3mm。桩基侧摩阻力在桩长范围内呈现负摩阻力,土体沉降均大于桩基沉降。黏质黏土和淤泥质黏土的土层交界处产生最大负摩阻力,计算结果有助于评价桩身稳定安全性。