水平循环荷载下饱和软土地基单桩基础模型试验研究

通过水平循环加载装置对某工程饱和软土地基单桩基础开展了水平循环荷载模型试验研究,探讨单桩基础的水平承载力和循环变形特性。结果表明:①桩周地基土体有不同形态的裂缝,桩周土软化后上部地基土会丧失部分承载力,危及桩基及上部结构的安全;②随着循环次数增加,桩身位移逐渐增大,建立了一种新的桩基位移预测计算模型,可根据该模型推算循环荷载条件下的桩基位移;③桩身最大弯矩值也随着循环加载次数的增加而显著增大,最大弯矩点出现于桩身的（3～4） D深度处。建议在设计规范中应充分考虑桩身弯矩的循环累积增大效应,在设计时应有足够的安全系数。     

高强钢丝网-UHPC加固损伤RC梁抗剪性能试验研究

为研究高强钢丝网-超高性能混凝土加固损伤钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,设计并制作了两根有腹筋工字形截面RC梁,其中一根作为对照梁进行一次性破坏加载试验,另一根经损伤加载产生剪切裂缝后对其两侧腹板布置高强钢丝网并浇筑UHPC进行抗剪加固。通过三点弯曲加载试验,研究了高强钢丝网-UHPC加固RC梁的抗裂性能、变形能力和抗剪承载能力,并分析了加固梁的破坏模式和失效原因。研究结果表明：高强钢丝网增韧UHPC加固方法可有效改善RC梁的抗裂性能,加固后梁的抗剪承载力显著提高。     

U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁抗剪性能试验

为了研究UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪性能,以UHPC永久模板的厚度和界面条件为试验参数,分别开展了UHPC材料力学性能与UHPC永久模板RC无腹筋组合梁四点加载试验。由于组合梁的抗剪性能与UHPC的基本力学性能密切相关,因此首先对UHPC的抗拉与抗压性能进行了试验研究。UHPC的力学性能试验结果表明,UHPC在单轴单调荷载作用下具有一定程度的应变硬化特征,其拉伸极限强度为4.87 MPa,极限拉应变为0.6%。在材料试验结果的基础上,通过考虑UHPC永久模板厚度与界面方式这2种试验参数,分别设计了1根RC参照梁,1根UHPC参照梁,以及2种UHPC/RC界面类型（光滑与均布剪力键）、3种永久模板厚度（15,20,25 mm）、共计6根U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁。在对这8根梁分别进行四点加载破坏试验的基础上,分析了UHPC永久模板不同厚度与界面类型对组合梁抗剪承载力的影响。结果表明：组合梁的抗剪承载力及其变形能力较相同尺寸及配筋的RC无腹筋梁至少提高了103.7%和117.7%;且无论何种界面类型下,抗剪承载力随着UHPC永久模板厚度的增加而增加;界面为均布剪力键的UHPC永久模板较光滑界面能提供更高的抗剪承载力与变形能力。最终,基于修正桁架模型理论,分析了UHPC永久模板与RC无腹筋梁的抗剪承载力及其抗剪构成,提出了UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪承载力计算公式,且公式计算值与试验值吻合较好。     

邻近加载下桩网结构路基离心模型试验研究

以邻近杭深铁路桩网结构路基的新建乐清湾铁路路基填筑作为工程原型,通过土工离心模型试验模拟工程建设过程中不同邻近加载条件下土体及桩网结构路基变形。结果显示:加载距离由4 cm增加到8 cm时,基桩最大水平位移由120 mm下降到60 mm;同一加载工况中,各排桩水平变形差异主要位于上中段三分之二桩体;前排桩基通过自身较大的水平变形可限制水平土压力与位移发展。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

抗滑桩对桥梁桩基受力变形影响的模型试验研究

通过室内模型试验研究了加载过程中桥梁桩基与抗滑桩桩顶位移、桩身应变、桥梁桩基前后土压力、抗滑桩桩前土压力的变化,得到两者的受力变形特性,并确定了模型试验中桥梁桩基和抗滑桩的破坏模式。研究表明,两者桩身弯矩分布均为抛物线形式分布,抗滑桩与桥梁桩基最大弯矩均位于岩土交界面与滑动面之间;两者桩基破坏面也均位于岩土交界面与滑动面之间;抗滑桩与桥梁桩基滑动面以上段桩前土压力分布均为倒三角形分布形态,在滑动面处土压力基本为0,桥桩桩后土压力分布成“S”形分布,压力峰值位于滑动面下方及桩顶处;抗滑桩先于桥梁桩基发生破坏,下滑力主要由抗滑桩承担,随着下滑力的增加,抗滑桩承担荷载比例增大;抗滑桩与桥梁桩基桩顶水平位移变化规律基本保持一致,在加载初期桥梁桩顶水平位移变化幅度小,随着荷载的增加其变化幅度逐渐增大,两桩之间相互作用越加显著。     

双线盾构隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究

以山西太原地铁2号线双线盾构隧道近距离穿越高架桥桩基为研究对象,建立三维有限元模型,考虑土仓压力、盾壳与土层的摩擦力、注浆压力的影响,模拟盾构隧道开挖掘进过程,分析桩基变形规律。结果表明:双线盾构隧道开挖完后,近接桩基承台发生的竖向位移为-3.21 mm;桩基竖向位移和垂直隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖距桩前10 m和桩后10 m之间,沿隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖至距桩前20 m和桩后20 m之间;垂直隧道开挖方向的水平位移和沿隧道开挖方向的水平位移最大值均出现在隧道掘进通过桩基过程中,分别达9.47 mm和-11.92 mm,均出现在隧道中心高度处;在隧道掘进过程中需采取桩基保护措施。     

城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响研究

为了探究城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响,以某实际工程为例,采用Midas/GTS有限元软件建立了三维模型,并就新建桩基施工对既有盾构隧道的位移和受力影响进行了分析。研究成果表明,第一,桩基周围土体会因桩基施工扰动而产生以沉降为主的变形,桩周3.0倍桩径范围内土体受影响最大,且地层变形在竖向呈倒"V"型分布,距离地表越深,桩基施工引起的地层变形范围越小,变形程度也越轻;第二,桩基施工引起的既有盾构隧道管片变形以沉降为主,且最大沉降值为1.82 mm,出现在隧道顶部;其最大收敛变形出现在纵向,两条隧道的最大收敛变形值分别为0.49和0.83 mm;第三,新建桩基施工引起的管片轴力和弯矩增量分别为1.6%和3.5%,可见,埋深越大,桩周土体的约束力越强,这对隧道具有很好的保护作用。     

不同桩锚支护结构受力性能及影响因素

采用ABAQUS软件,建立桩锚整体式支护结构和桩锚分离式支护结构有限元模型,分析二者受力性能差异,研究桩径、嵌固深度、冠梁尺寸、锚杆数量以及预应力等对其受力性能的影响。结果表明:两类支护结构位移由两端向中间减小,弯矩和剪力则由两端向中间增大,中间部分受力和变形保持一致;设计时应将端部两根抗滑桩的弯矩和剪力分别乘以1.35和1.2的承载力调整系数;桩锚整体式支护结构的最大位移比分离式结构小20%以上,最大弯矩小3%以上,最大剪力小6%以上;增大抗滑桩桩径,两类支护结构的位移和弯矩均减小;增大抗滑桩嵌固深度,两类支护结构的位移减小,但弯矩增大;冠梁尺寸增大可提高支护结构整体刚度和抗变形能力,但作用有限;增加锚杆数量、施加预应力均可显著减小抗滑桩的位移和弯矩,并改变位移和弯矩沿桩身的分布形态;以上参数变化对整体式支护结构的影响要远小于分离式支护结构。     

软弱地层隧道不同桩基设计参数的对比研究

为了系统研究在隧道开挖、支护过程中不同桩基设计参数对地层力学行为的影响规律,运用数值分析方法,通过分别改变桩基的桩长、桩径、桩间距和桩土刚度比,对比分析地层竖向位移及应力变化规律,并对桩基设计参数进行比选优化。研究结果表明:在一定范围内,桩长越长,桩径越大,桩间距越小,相应的地层竖向位移越小且第一主应力也越小;在桩长、桩径、桩间距一定的情况下,仅考虑弹性模量对其影响时,桩土刚度比越大,地层竖向位移越大,桩基轴力增大趋势越明显。     

带EPS的整体式桥台-桩-土相互作用拟静力试验

整体桥中台后土压力在温度循环作用下会发生较大变化,这种季节性横向土压力的变化在每次温度循环后会持续增大,其实际所受水平土压力会远大于桥台设计时的压力,同时桥台桩基会产生累积和残余变形,因而有效减少台后土压力与桥台桩基的累积和残余变形至关重要。为此以桥台-H形钢桩试件为研究对象,通过在桥台侧向施加水平位移荷载,开展带膨胀聚苯乙烯（EPS）填料板的整体式桥台-桩-土往复荷载拟静力试验,分析桥台、桩基的骨架曲线、滞回曲线及其沿入土深度方向的水平变形和桥台转角等的变化规律,初步研究EPS填料板的厚度对桥台-桩基-土相互作用受力性能的影响。试验结果表明：在台后埋设EPS填料板能有效减小上部结构变形时桥台所受到的水平力,最大可减小31%;同时,也可减小模型试件的累积变形,其随着EPS厚度的增加而逐渐减小,尤其对桩的累积变形减小最为显著,最大减小了74.3%;在台后埋设EPS填料板也可有效减小台后填土对桥台转角的约束作用;台后埋设EPS填料板会使单步位移荷载作用下产生的变形有所增大,但幅度不大;试验全过程各模型试件均表现出了良好的弹性性能和变形能力。     

PHC管桩-土相互作用受力性能拟静力试验

针对现有《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中设计计算方法难以适用于整体式桥台桥梁桩基的问题,以预应力高强混凝土(Prestress High Concrete,PHC)管桩试验模型为背景,进行了PHC管桩低周往复荷载拟静力试验。通过在桩顶施加水平位移荷载、埋设应变片、土压力计以及特殊设计的桩身水平变位测试方法,得到了PHC管桩桩身破坏特点、沿桩深方向上桩身水平位移与应变、骨架曲线和滞回性能曲线,初步探讨了桩-土相互作用机理,给出了PHC管桩-土相互作用的等效刚度计算方法。试验结果表明:预应力度和配筋率对PHC管桩的破坏模式有较大影响,裂缝分布规律不同,最大弯矩沿桩深方向发展,内力重分布;配筋率和预应力度越小,变形能力(延性)越差、破坏越严重,桩-土相互作用效果不佳;PHC模型桩在加载初期基本表现为线弹性性能,且水平外荷载主要由模型桩承担;当模型桩开裂后拉区混凝土退出工作,荷载增加减缓,表现出较明显的非线性性能,此后水平外荷载的增加主要由桩周土抗力承担;当桩周土压力达到极限时荷载开始下降并迅速破坏;试验全过程各模型桩均表现出了良好的塑性性能和变形能力,延性系数较大,抗震性能较好,可适用于整体式桥台桥梁桩基,研究结果可供有关规范的设计计算参考。     

隔离桩施工对邻近高铁高架桥桩基的变形影响分析

盾构穿越邻近桥梁桩基时通常采用隔离桩作为地基主动加固措施,但当隔离桩与既有桥梁桩基相距较近时,隔离桩桩基施工会对桥梁既有桩基产生影响,因此有必要对此进行分析。依托杭州地铁1号线下穿沪杭高铁余杭南站高架桥工程,结合现场实测数据对钻孔桩和旋喷桩施工引起既有高架桥桩基的变形进行分析。研究表明:钻孔桩施工对桩基水平位移影响很小,对沉降影响较大,现场实测最大沉降为0.94mm;钻孔桩完成后,旋喷桩施工对桩基水平位移和沉降有一定影响,现场实测桩顶最大水平位移为0.5mm,沉降为0.6mm。因此,在施工过程中应严格控制施工速度等参数,加强监测以减小隔离桩施工对既有高架桥桩基的影响。     

山洪对沿河在役桥梁桩基力学与变形特性影响的数值仿真分析

针对某沿河在役桥梁桩基产生的病害,基于数值计算方法研究了洪水冲刷作用下,漂浮物撞击与洪水冲刷共同作用下桥梁桩基的桩顶竖向位移、桩身水平位移、桩身轴力、桩侧土抗力、桩侧阻力及桩端阻力的变化规律。研究结果表明:洪水冲刷造成桩基竖向承载特性明显降低,变形增大,下部结构稳定性降低;洪水漂浮物的撞击使得桩基横向承载特性明显降低,变形增大,导致结构破坏;冲刷与漂浮物的共同作用使桩基产生了较大的水平位移,是沿河在役桥梁桩基发生偏位病害的主要原因。     

桩侧溶洞对桥梁桩基沉降和桩端受力影响分析

以处于灰岩地区的某桥梁工程为依托,建立桩基-溶洞三维仿真模型,分析不同荷载下桩侧溶洞关键尺寸大小对岩溶区桥梁桩基桩顶位移和桩端反力的影响。结果表明：桩侧溶洞高度的增加会导致桩顶位移增大,但对桩端反力影响较小;桩侧溶洞跨度的增大对桩顶位移和桩端反力影响不大;桩侧溶洞跨度相同时,桩顶荷载及高跨比的增大会引起桩基沉降量和桩端反力值增加;桩侧溶洞高度及高跨比较大时,建议增大桩基嵌岩深度,以确保相邻桩基差异沉降量满足要求,桩侧溶洞高度为4～6 m时,可考虑采用强度较低的桩端持力层。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点,目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而,整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移,并产生桥台-桩基-土相互作用。为此,以福建上坂大桥为背景,设计制作桥台-桩基结构试验模型,开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明:桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大,其值大于0.15,即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力;整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态,但会发生残余变形,同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象,实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关,还与桥台结构的受力机理相关;仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律;试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形,其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形,且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形;目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响,该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

大跨浅埋暗挖隧道近接桥桩施工扰动影响及控制技术研究

依托某实际工程,基于Abaqus软件建立桥-隧三维数值计算模型,对城市公路隧道近接桥梁桩基段施工进行模拟,得到大跨浅埋暗挖公路隧道施工对地层、桥梁桩基变形的影响规律,并研究高压旋喷桩加固措施对桥梁桩基变形的影响,结合现场实测数据,分析加固措施对隧道施工安全的控制效果。结果表明:软弱地层隧道施工对桥梁桩基变形影响较大,靠近隧道两侧桩基变形明显大于中部桩基,最大桩基差异沉降值远超规范允许值,需采取有效变形控制措施;增大高压旋喷桩加固参数(加固深度和宽度)对减小桥梁桩基位移效果较为明显,但加固宽度和深度都存在"极限值"。考虑安全与经济,得到工程合理的加固宽度为2.5m,合理加固深度为25m;隧道施工完成时桥梁桩基最大差异沉降约2.2mm,桥梁桩基变形在安全可控范围内。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

软土地基水平受荷桩基础力学性能研究

通过国内不同规范和文献的对比研究以及工程实例分析,建议以桩基地面水平位移达到6 mm的水平荷载作为桩基横轴向容许承载力,或者采用建筑桩基规范桩基水平承载力公式估算。考虑到软土地基桩土作用非线性的特点,引入了NL法对水平受荷桩内力和变形进行分析,建立了软土地基桩基在水平荷载作用下的精确分析方法;在相同的水平荷载作用下,采用m法计算的水平受荷桩变形值和内力值要比采用NL法计算的数值分别增大150%、15%左右,采用m法进行水平受荷桩设计时偏于保守。     

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。