土体流动对自升式平台桩靴极限承载力的影响

现有自升式平台强度设计中地基承载力采用静态设计法,将地基作为一种不变的边界条件,将桩土作用简化为泥面下简支约束,从而忽略了地基土的非线性及低强度特性。桩土贯入过程属于动态高度非线性、大变形问题,土体流动特性对桩端承载影响很大。建立桩土有限元模型,采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)模拟桩土贯入,利用罚函数法求解桩土面-面动力接触效应。分析结果表明:桩靴上部空腔破坏,土体回流冲击桩靴上端面,并在桩靴上下端面形成速度逆差,造成桩靴下部形成瞬态吸力,使桩端承载骤增。因此采用静态设计法得到地基承载能力低于实际贯桩桩端承载,由此提出了这样的问题:按照现行规范进行地基承载能力设计,会导致地基承载能力不足。     

自升式平台插桩性能分析及验证

基于静压贯桩试验对桩端底部压力分布规律进行验证表明,桩靴底部压力由内向外先增大,后减小,再增大。采用ABAQUS/ALE模拟插桩过程以研究Mohr-Coulomb模型中土体各参数物理意义对桩端承载影响。数值模拟结果表明,弹性模量对桩靴承载力影响不大;泊松比控制桩靴上部空腔的形成、发展及破坏机理。摩擦角、内粘聚力影响土体剪切强度及桩端承载力,其中以摩擦角影响为主。     

桩靴支护结构对桩端极限承载力的影响

以渤海湾"胜利五号"自升式作业平台桩基贯入工程实例为基础,优化自升式平台桩靴支护结构位置,采用有限元数值模拟位置优化后的桩端极限承载力,并与实际桩端承载进行比较。优化结果表明:沿桩靴径向和垂向优化发现桩端极限承载力由内向外是先增大、后减小,支护结构在r'/r=0.6,h/H=0.4处优化达到预期效果;合理优化桩靴支护结构的位置可以改变桩靴上端面土体流动方向,减小土体对桩靴上端面冲量及桩靴上、下端面土体流速差,稳定贯桩过程,能够增加桩端极限承载力。     

开口钢管桩桩基承载力桩端部分计算方法探讨

港口工程类设计规范中未明确给出开口钢管桩的桩基承载力计算方法,设计中常参考JGJ 94—2008。建立桩周全部土体与钢管桩蔽塞效应间的关系,并通过实际工程试验加以验证,为开口钢管桩桩基承载力桩端部分计算方法提供新的思路。解决了“JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中给出的,桩基承载力计算方法中对桩端蔽塞效应系数的计算仅考虑桩端进入持力层的深度,而忽略了持力层以上土体对桩端蔽塞的影响”的问题。     

自升式平台层状地基条件下插桩过程数值模拟研究

对于采用独立式桩靴结构的自升式平台,桩靴的入泥深度是保障平台安全作业的关键问题之一。采用ABAQUS软件的Explicit求解器,以位移增量步方式计算地基极限承载力;在施加初始地应力场的前提下,引入无限元边界处理方法,考虑了土壤无限大边界条件的影响,并使用ALE自适应网格技术有效地解决了土壤模型的大变形问题;最后,将有限元计算与经验公式计算进行比对分析。结果表明,在一定预压载荷条件下,有限元计算结果能较全面精确地反映插桩结果,弥补经验公式考虑参数单一、无法解决层状土承载力之间不连续问题以及无法动态模拟插桩过程的不足。     

后注浆灌注桩在外海岩基码头工程中的应用

针对在外海无掩护孤立墩施工环境条件下岩基上采用灌注斜桩存在泥浆护壁的泥皮和孔底残余沉渣降低桩基承载力、孔壁浸泡软化降低桩周土层土体强度、混凝土芯柱过长质量难以保证、硬质岩层钻孔成孔难度大、成孔工期长等技术难点,进行减小桩基入岩深度和提高桩基承载力的研究。采用灌注桩施工后进行桩底后注浆技术,对桩底沉渣和岩基裂隙进行注浆密实,并对后注浆桩基进行检测。结果表明,后注浆能提高桩基承载力,有效减小桩基入岩芯柱长度,从而保证混凝土芯柱质量,缩短施工工期。     

东非某离岸式码头桩基承载力研究

东非某离岸式码头采用桩基结构,地质表层为较厚的软黏土,底层为风化泥岩,沉桩过程中桩尖无法贯入中风化泥岩层,桩基抗拔承载力存在风险。通过分析沉桩记录以及静载和动测试验,调整停锤标准,保证了后续施工的桩基满足承载力要求,并以试验方法研究强风化泥岩层的承载力。本工程在沉桩终锤要求和桩基承载力分析的经验上可供类似工程借鉴。     

含黏性土圆砾层桩端后压浆灌注桩的承载特性现场试验研究

基于台州湾大桥及接线工程的3根钻孔灌注桩,通过对采用U型管法的桩端后压浆钻孔灌注桩进行现场静载荷试验,研究桩端后压浆对含黏性土圆砾层钻孔灌注桩的承载特性,试验结果表明,在含黏性土圆砾层中桩端后压浆钻孔灌注桩随着桩顶沉降的增加,其承载力能显著提高,且在达到极限状态时,极限承载力的提高幅度至少67%;桩端压浆后端阻力提高幅度为125.09%~146.36%,且端阻力占极限承载力的比值有很大提高,表明采用U型管法的桩端后压浆对含黏性土圆砾土层具有明显的增强作用。此外,在含黏性土圆砾土层中采用桩端后压浆技术不仅可以通过增强端阻力来提升桩基极限承载力,还能提高桩身总侧阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。     

基于ALE、CEL法的管土垂向相互作用数值模拟对比分析

深海管道在自身重量、水压以及铺设的作用下会嵌入到海床的一定深度处,其中管土垂向相互作用会对管道在海底的在位稳性造成影响,选择合适的数值计算方法来处理地基土壤网格有重要意义.文中基于Lagrangian、ALE、CEL法开展了管土相互作用的数值模拟对比分析,得到管道下沉位移—抗力载荷关系曲线,与现有理论研究成果进行了对比.研究了网格尺寸大小、管道贯入速度及管道与土壤接触表面的不同粗糙度等因素对管土相互作用模拟方法的影响,通过ALE、CEL法对无量纲化参数E_u/S_u、土壤容重γ′进行了参数敏感性分析.分析结果表明:ALE、CEL法均较Lagrangian法具有更高的准确性.其中ALE法更适合接触面粗糙的情况,CEL法更适合接触面光滑的情况,并且判断出网格尺寸敏感性和贯入速度影响程度的临界点通常出现在10%～20%管径深处;当E_u/S_u的取值在400～1 000,参数对荷载位移关系几乎没有影响;当管道的贯入深度为10%管径,是判断土壤容重参数敏感性的临界位移.     

桥梁桩基竖向承载力分析

结合试验桩静载试验,考虑桩土相互作用,采用理论研究和数值分析相结合的方法分析了桩的极限承载力,得到桩基竖向承载力的计算公式,分析结果可用于准确评价桩基的竖向承载力。     

桩靴贯入对邻近三桶导管架基础的附加变形影响

为避免桩靴贯入过程中邻近三桶导管架基础发生倾覆破坏，利用耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）方法，将桩靴在真实风电场地质条件下安装过程中周围土体的流动划分为浅层贯入、邻近桶中部-桶底深度及完全穿越桶底等3个阶段，明确在各阶段“桩靴-周围土体-邻近桶”的传力机制，模拟三桶导管架基础系统的水平、竖向和转角位移响应，结果表明，随着净间距的增加以及场地分层土强度分布的增加，三桶导管架基础将产生更大的附加倾覆量。     

乐清湾大桥超长大直径后压浆灌注桩的自平衡试验研究

基于乐清湾大桥及接线工程的1根超长大直径钻孔灌注桩,通过对桩端后压浆钻孔灌注桩进行自平衡试验,研究桩端后压浆对含黏性土角砾层超长大直径钻孔灌注桩的承载变形特性。结果表明,桩端压力浆液上返能有效地改善了下段桩的桩土边界条件,并增大了桩侧剪切界面阻力和粗糙度,使得下段桩桩侧摩阻力提高了66.67%,且对桩的荷载传递特性产生明显影响;在含黏性土角砾层中桩端后压浆钻孔灌注桩承载力随着桩顶沉降的增加而增加,且在达到极限状态时,极限承载力的可提高幅度58.14%,端阻力可提高幅度60.64%。此外,在含黏性土角砾层中采用桩端后压浆技术不仅可以通过增强端阻力来提升桩基极限承载力,还能提高桩侧摩阻力,且桩侧摩阻力的提高也成为提升桩基承载力的主要原因。     

基于APIRP2A-WSD规范的桩基内力分析

针对桩土之间的复杂受力问题,采用Recommended Practice for Planning,Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design（API RP 2A-WSD）的桩基设计方法（用P-Y曲线弹簧模拟桩侧土体法向抗力,用T-Z曲线弹簧模拟桩侧土体轴向抗力,用Q-Z曲线弹簧模拟桩端土体轴向抗力）对高桩墩台码头进行桩基内力分析,并把计算结果同弹性嵌固法的计算结果进行比较。得出如下结论：在摩擦桩中,桩身轴力随着入土深度的增加而减小;桩身弯矩有两处反弯点,其最值发生在桩头或是入土端4d～6d处;API法计算所得的桩基最大弯矩较弹性嵌固法小。     

海底管线地基土体塑性及剪切破坏分析

提出一种分析管线地基极限承载力的平面应变有限元模拟方法,采用自适应网格技术和接触对算法模拟管线嵌入土体的准静态过程,利用修正Drucker-Prager/Cap本构模型模拟土体塑性.研究不同土性和管土界面摩擦条件下,管线地基土体的塑性变形及位移场特性.利用载荷沉降曲线并结合地基塑性应变分布图和位移矢量图,可判别管线地基的剪切破坏型式、确定地基极限承载力.     

南京长江五桥泥岩嵌岩桩自平衡试验研究

南京长江五桥引桥桩基础以泥岩作为桩端持力层,为验证桩基承载能力、优化设计桩基参数,采用自平衡法对三根试桩进行静载测试,研究泥岩嵌岩桩的承载特性变化规律。结果表明:桩端嵌固于中风化泥岩层中的桩基所承担的桩顶荷载主要由侧摩阻力承担,而桩端阻力占极限承载力的比例不超过20%,且随着长径比的增大而减小;中风化泥岩层的侧阻力可以达到190k Pa左右,大于勘察建议值120k Pa,建议桩基设计按照摩擦桩计算,并且宜对桩型进行优化,适当加大桩的长径比。     

海洋平台非连续打桩过程的有限元动力分析

在海洋平台施工过程中往往会因接桩或施工调配等需要暂时停锤,在停锤续打后桩体无法顺利贯入的情况也屡屡发生,解决打桩拒锤的问题就成为决定打桩成败的关键。采用有限元动力分析方法研究连续打桩过程中砂土孔隙水压力和有效应力的变化,分析结果显示:连续打桩使桩周土体的残余孔隙水压力累积较明显,暂时停锤后土体的超静孔隙水压力很快消散,使桩基承载力明显提高。     

离岸深水全直桩码头竖向承载特性有限元数值模拟

建立结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型,分析软土地基上离岸深水全直桩码头竖向承载特性与失稳模式。通过研究得出,竖向荷载作用下,该结构竖向承载特性及失稳模式与土体强度密切相关。当地基较软时,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定;当地基较硬时,结构竖向极限承载力由桩身及土体强度共同控制。为此,在进行该类结构设计时,应充分考虑软土地基软化效应等可能降低土体强度的不利因素对结构竖向承载特性及失稳模式的影响。     

克里比深水港工程钢管桩桩端结构选型

针对克里比深水港工程码头后方轨道梁部分钢管桩无法沉桩至设计桩端持力层,承载力无法满足设计要求这一工程难题,提出通过优化桩端结构来提高钢管桩在硬黏土层中的承载力。对3种桩端结构进行了现场试验,并通过贯入度观测、打桩监控、高应变动力测试和静载试验等方法,分析了开口、半闭口和闭口钢管桩在硬黏土层中的贯入度、桩身应力和极限承载力的变化情况。基于现场试验结果,最终选定闭口桩端结构作为本项目的优化方案。     

风化岩层中开口钢管桩沉桩性状*

终锤贯入度、桩端持力层和极限承载力是保证基桩施工质量的要素。采用高应变全程动测试桩研究不同壁厚开口钢管桩在珊瑚礁灰岩地质中的沉桩性状,主要包括测试承载力、沉桩贯入度、打桩应力以及桩身传递能量等关键参数,并通过分析480根开口钢管桩的沉桩规律,得出以下结论:基桩持力层应选择强风化珊瑚礁灰岩,终锤判定条件应同时考虑终锤贯入度和入强风化岩深度2个指标。     

海利动力打桩公式参数取值试验研究

以深圳港盐田港区西作业区集装箱码头为依托,采用动测试验方法,研究了土体恢复系数(K值)及海利公式中锤击能量的有效传递系数(n值)和桩土体系总的弹性变形(C值)的取值,得到求解1 200 mm和1 000 mm桩基极限承载力的更便捷、准确的计算方法,并利用海利公式确定终锤贯入度e值,为打桩停锤提供控制标准。