土岩复合地层吊脚桩支护结构力学分析与优化设计

为了更加安全经济地进行土岩复合地层中基坑工程设计,针对上土下岩复合地层中吊脚桩基坑支护结构的受力及变形特性进行研究。采用二维数值分析方法,建立土岩复合地层条件下吊脚桩支护基坑开挖模型,分别分析基坑开挖过程中吊脚桩支护结构内力、变形的发展过程,以及土岩弹性模量比RE、吊脚桩嵌岩深度t、岩肩宽度b与桩体受力、变形之间的相关关系。结果表明： 1）随着基坑开挖深度逐渐增大,桩身侧移增大且桩身最大侧移发生位置逐渐下移,最大下移幅度为土层厚度的17.5%; 2）当基坑开挖至土岩交界面时,吊脚桩桩身内力达到最大值,下部岩层的开挖使得桩身最大负弯矩减小27.5%; 3）当岩层弹性模量介于600 MPa和4 800 MPa之间时,最优设计嵌岩深度为1.5 m,最优设计岩肩宽度为1.5~2.0 m。     

土岩“二元基坑”吊脚桩支护体系锁脚锚杆预加轴力计算方法研究

为解决土岩二元基坑吊脚桩支护体系中吊脚桩、岩肩与锁脚锚杆之间的相互作用力学机制,根据吊脚桩桩底位于岩质边坡潜在滑动面的位置,分别提出锁脚锚杆预加轴力的计算方法： 1)当吊脚桩位于潜在滑动面以下位置时,锁脚锚杆的预加轴力等于岩层基坑未开挖时的被动区合力减去岩肩能提供的反力; 2)当吊脚桩位于潜在滑动面以上位置时,锁脚锚杆的预加轴力等于滑块对吊脚桩嵌固段的推力加上岩层基坑未开挖前被动区的土压力。并给出2种工况下锁脚锚杆预加轴力的计算公式。最后通过有限元方法进行数值验证。结果表明： 按照提出的计算方法得到的锁脚锚杆预加轴力基本合理。     

土岩组合地层地铁深基坑地表变形规律研究

青岛地区属于典型的"土岩组合"二元地层,为研究此类特殊地层下地铁深基坑开挖引起的地表变形问题,通过现场大量实测数据,建立了研究区域内土岩二元地质条件下的18个基坑工程案例数据库,数据库内容涵盖基坑几何尺寸、围护结构形式、岩土二元地层厚度、各类变形监测数据。将围护结构形式提炼为灌注桩嵌入基底(嵌岩桩基坑)和灌注桩未嵌入基底(吊脚桩基坑)两类。基坑变形监测设地表沉降观测点177组,共得到735个有效测点。在此基础上,通过地表最终变形、地表最大沉降、地表沉降空间分布研究了土岩组合地层地铁深基坑地表变形规律。     

按桩顶沉降控制的嵌岩桩嵌岩深度计算方法

深入探讨了嵌岩桩的荷载传递机理,针对目前规范采用的嵌岩桩嵌岩深度计算方法的不足,根据嵌岩桩承载机理建立荷载传递方程,提出按基桩竖向荷栽传递特性确定嵌岩桩嵌岩深度的计算方法,并得到桩端荷载分担比与嵌岩深度的表达式.通过算例深入研究了嵌岩深度及桩端荷载分担比随桩顶沉降变化规律.结果表明,同等条件下桩顶沉降要求越小,所需嵌岩...     

大直径深嵌岩桩的承载特性与桩长设计研究

基于自平衡桩基测试技术,根据荆岳长江公路大桥一桩的静载荷试验,对其泥质岩地区大直径钻孔嵌岩桩,在嵌岩深度较大情况下的承载特性进行了研究。结果表明:大直径深长嵌岩桩桩顶的Q-S曲线主要是缓变型为主,属摩擦型桩。根据实测的桩侧荷载位移曲线,利用荷载传递法,研究了桩端缩短5,10m两种情况下桩顶的荷载大小及其相应的位移情况,为桩长的设计提供了依据。     

深厚嵌岩超长单桩承载性能研究

为了解深厚嵌岩超长单桩的承载性能,以戛洒江特大桥4号墩桩基(采用超长群桩基础,基桩嵌岩段超过50 m)为背景,采用FLAC3D仿真计算软件建立有限差分模型,计算桩顶竖向荷载作用下,不同桩长(71,81,91 m)和桩径(1.5,1.8,2.0,2.2 m)组合单桩的沉降、荷载～沉降变化规律以及竖向荷载分担比例.结果表明...     

陡坡段桥梁基桩嵌岩深度问题研究

利用数值流形元在处理桩位移及应力不连续问题方面的优越性,重点解决了桩岩接触面分析的数值实现。然后,在合理模拟边坡基桩开挖及选取材料本构模型与参数的基础上,对陡坡路段桥梁基桩的嵌岩深度问题进行了深入探讨。计算表明:边坡桥梁基桩同样存在嵌岩深度问题,当嵌岩达到一定深度后,盲目增加嵌岩深度对承载力的提高已不明显,工程设计建议取2~3倍桩径。     

嵌岩灌注桩抗拔承载特性现场试验研究

依据国家电网路平—富乐500千伏双回线路新建工程中嵌岩灌注桩单桩竖向抗拔静载试验数据,分析了嵌岩灌注桩荷载传递性状和嵌岩段摩阻力发挥程度。研究结果表明:静载试验测得的强风化砂岩层中桩侧极限阻力是《建筑桩基技术规范》推荐值的2.4～2.6倍,同时测得极限状态下中风化砂岩层中桩侧阻力为635～770 kPa;嵌岩段桩身与岩层的相互作用应是摩擦力、黏结力、嵌固力的综合作用;试桩在达到极限抗拔荷载时,桩侧阻力有效发挥的嵌岩深径比为3.75,并不是嵌岩深度越大对提高抗拔承载力越有效。     

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。     

大直径深嵌岩桩侧阻力试验研究

随着大跨度桥梁工程的建设和上部结构荷载的增大,在一些地区已出现嵌岩深度超过5倍桩径的深长嵌岩桩基.基于自平衡测试技术,根据青岛海湾大桥两根桩基的静载荷测试报告,对大直径深长嵌岩桩的桩侧阻力进行了研究分析,主要内容包括桩顶等效荷载位移曲线分析,桩周岩层侧阻力大小、桩周岩层侧阻力与位移关系、桩侧与桩端阻力分担比等.研究结果表明,该地区大直径深长嵌岩桩的桩顶的Q-S曲线主要是缓变型为主;从桩侧岩层摩阻力来看,勘探报告所提供的岩层极限侧阻力数值偏小;从桩侧、桩端阻力分布来看,在软岩地区嵌岩深度大小对承载力影响较大,嵌岩比越大,桩端分担的阻力越小.     

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     

深基坑桩锚支护体系桩身内力及变形监测分析

依据西安市高新区某桩锚支护式深基坑支护桩内力和侧向位移的监测数据,对支护桩桩身内力与变形的变化规律进行了对比分析,得到了桩身弯矩和位移沿深度方向的分布。分析结果表明:随着基坑开挖深度的增加,支护桩的桩身弯矩值以及桩身向基坑内侧方向的位移不断增加,桩身弯矩最大值出现在基坑开挖底面以下,反弯点沿桩身向下移动。锚索锁定后对桩身内力与位移的作用显著,减小了桩身弯矩,限制了桩身位移的增加;空间效应在基坑开挖过程中,对桩身内力与位移产生影响,基坑中间支护位置桩身的最大弯矩值与位移值明显大于其他支护位置,分析结果可对基坑的进一步施工提供参考。     

自平衡静载试验在软岩地区桩基设计验证中的应用

为验证软岩地层的嵌岩桩设计承载力、实测桩周各土层发挥的侧摩阻力值和桩端阻力,采用自平衡静载试验技术进行现场试验。评估基桩的实际承载能力,取得嵌岩钻孔灌注桩随着荷载加大桩侧阻力和桩端阻力的发挥特性。     

层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验

为了深入研究侧向受荷桩的承载特性及抵抗变形的能力,结合实际工程中天然土体的成层特性,开展了侧向受荷桩的室内模型试验,研究了不同粒径土层厚度及相对密实度对桩土相互动态耦合作用的影响,并结合PIV图像技术,分析了桩周土体位移场的发展趋势,为水平受荷桩的设计提供了理论依据。试验结果表明：①土体刚度与较小粒径土层的厚度呈正相关关系,而较大粒径砂土层厚的增加则对整个桩土体系的刚度产生了弱化作用;②当桩顶位移相同时,随着较小粒径砂土层厚的增大以及相对密实度的提高,土抗力随之增大,在深度为5~6倍桩径范围内达到最大值,且相对密实度对土抗力的影响更大;③水平受荷桩的桩前和桩后砂土表面均形成了一个纺锤形的位移影响区域,且此区域与水平加载方向的最大夹角随土层条件和相对密实度的变化很小,其值均为45°左右;④在相同的桩顶荷载下,砂土相对密实度的增大约束了桩体的运动趋势,使得桩体的水平位移减小,例如,当桩顶荷载均为30 N,密实度为0.5时桩前砂土的最大位移影响范围比密实度为0.3时普遍减少了约1倍桩径的距离;⑤桩身弯矩值随着较小粒径土层厚度的增大而增大,最大弯矩约出现在0.15 m深度（5倍桩径）处;随着砂土相对密实度的提高,桩身弯矩也逐渐增大,最大弯矩所在的位置逐渐上移。     

上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析

近年来,常出现在深基坑开挖支护中的吊脚桩存在一定的安全隐患。为此,以青岛地铁某长条形基坑为载体,对上软下硬地质条件下遇到的吊脚桩问题展开研究。首先,根据地质条件及周边工程概况,给出基坑开挖及支护思路和方案;然后,结合支护方案采用弹性抗力法和等效被动土压力法分别对上部桩撑(锚)体系和下部岩石边坡稳定性进行分析计算。实际应用结果表明:1)青岛地区上部土层适合采用桩+支撑,下部岩石边坡采用锚喷支护的组合支护方案;2)直壁开挖的岩石边坡中,微型钢管桩具有超前支护、预裂及减振作用;3)推荐算法适合于吊脚桩支护体系的设计。     

倾斜软基上斜直桩组合结构单侧受力破坏模式试验

倾斜软基上修建高速公路（铁路）时,地基容易出现差异沉降、滑移甚至垮塌。提出坡脚斜直桩组合结构+桩体复合地基加固倾斜软基,采用模型试验,对比测试倾斜软基上桩体复合地基受压时,坡脚处插入硬层的双单桩、双直桩组合结构以及斜直桩组合结构的桩侧土压力、桩身应变和外侧桩水平位移,揭示倾斜软基上插入硬层的斜直桩组合结构单侧受力变形机制与破坏模式,为倾斜软基上斜直桩组合结构的设计提供试验依据。结果表明：①内、外侧桩在桩身中部偏上位置呈现桩侧土压力峰值;外侧桩倾斜度增大,其桩侧土压力峰值快速减小,内侧桩桩侧土压力大于外侧桩;②外侧桩在桩身中部偏上位置呈现侧移峰值,桩顶嵌固连梁外侧桩的桩身水平位移及其峰值均随倾斜度增大而减小,总是小于桩顶自由的外侧桩,峰值位置也较低;③桩身中上部出现弯矩峰值,外侧桩弯矩峰值位置略低,外侧桩倾斜度增大导致内侧桩弯矩增大、外侧桩弯矩减小;④单侧受载时,斜直桩发生水平位移,随后弯曲变形,内侧桩率先破坏、外侧桩后破坏,具有关联性,而双直桩的破坏荷载介于斜直桩的内侧桩和外侧桩之间。加大内侧桩的抗弯刚度和外侧桩的倾斜度将大幅度提高斜直桩组合结构的整体稳定性。工程中,建议外侧桩倾斜度为10%～20%,并根据路堤高度（荷载）选择内侧桩与外侧桩刚度之比大于2。     

水利工程中双排钢板桩支护结构性状研究

某水闸基坑工程中采用带拉杆的双排钢板桩结构解决单排钢板桩支护位移过大问题。运用有限元软件模拟排间距及被动区土体加固长度对支护结构及周边管道位移的影响,结果表明,双排钢板桩支护结构前、后排桩及桩间管道水平位移均随排间距的增大而减小,桩间管道竖向位移随排间距的增大先增大、后减小,竖向位移最大时对应的排间距与桩间土体破坏面宽度有关。支护结构及管道位移均随土体加固长度的增大而减小。通过设置合适的排间距及土体加固长度,基坑开挖变形满足规范要求并可限制桩间管道位移,供类似工程设计参考。     

黄土地区抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成演化过程试验

抗滑桩是大型交通基础设施中稳定边坡和治理滑坡的主要手段之一，嵌固段桩前被动土拱效应是影响抗滑桩水平承载力的重要因素，被动土拱的形成演化过程是抗滑桩水平抗力调整的关键。通过几何缩尺比例为1∶15的抗滑桩物理模型试验，对桩前被动土拱的形成演化过程进行了探究。根据抗滑桩桩前被动土拱和模型试验系统的对称性，自主设计土压力传感器的布设方案，以保证在试验过程中对桩前土体各测点的x和y方向土压力分布规律进行实时采集；采用千斤顶对模型桩施加水平荷载，对加载过程中抗滑桩嵌固段桩身弯矩、桩前土压力及桩前土体应力变化规律进行了分析。绘制桩前土体应力云图并对桩前被动土拱拱轴线进行了拟合，同时采用数值模拟方法进行对照分析，以揭示桩前被动土拱的演化过程。结果表明：①桩身弯矩和桩前接触土压力均在嵌固点下4倍桩宽处附近出现极大值，后随埋深逐渐减小；②桩前被动土拱是由相邻桩对桩前土体的相互作用使主应力发生偏转而逐步形成的，其演化过程可分为初步形成阶段、承载阶段和破坏阶段；③桩前被动土拱拱轴线呈抛物线形式，随埋深逐渐增大形成被动土拱所需桩顶位移随之增大；④同一埋深处桩前被动土拱矢跨比随桩顶位移增加而逐渐变大，在承载阶段土拱矢跨比随埋深逐步减小。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。