浅谈桥梁钻孔桩基础设计

桩基础在公路及铁路桥梁设计中得以广泛运用．桩基础类型的选择受地质、墩台类型等影响，制约因素较多．笔者根据在实际工作中的些许设计经验，从桩基础类型的选择、桩长的计算、桩底持力层的选择以及确定桩基础承载力时，对如何考虑桩与土的共同作用等方面进行了探讨．     

新建桥运营状态下对邻近高铁桥基础水平变形的影响分析

临近既有高铁桥梁新建与之并行的桥梁,新建大跨度桥桩基础将荷载作用传递至较深的土体中,并引起既有桥桩基础的附加变形.运用ABAQUS有限元法,采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,选取新建桥运营状态下的荷载作用,研究对既有桥桩基础横桥向附加水平变形的影响.研究结果表明:新建桥荷载作用会使桩在横桥向产生转动和局部弯曲并产生附加应力;由于承台的约束作用,群桩在桩顶变形较统一,而在桩底有较大差异;在横桥向变形方面,既有桥前排桩对中后排桩有着明显的遮挡效应;适当增加新旧桥中心距可以减小新建桥对既有桥横桥向附加水平变形的影响;增加新桥桩长可以减小新建桥对既有桥横桥向附加水平变形的影响,但应避免出现较大反向变形的情况.利用有限元方法根据具体工程要求,可以对工程选址提供指导意见.     

刚性承台超大群桩承载性状的三维有限元分析

为了了解超大群桩基础的承载性状,用有限元分析程序ABAQUS,对土体采用莫尔-库仑模型,对桩土界面采用非线性弹簧模拟荷载传递,对超大直径超长桩组成的群桩基础的承载性状进行了参数分析。具体分析了桩数、桩距、桩长、桩径、土变形模量、土内摩擦角、土粘聚力等因素对群桩的荷载-位移曲线以及桩顶轴力分布的影响规律。     

CFG桩复合地基室内模型试验研究

通过CFG桩复合地基的大型室内模型试验,研究褥垫层厚度、桩长、桩间距对CFG桩复合地基沉降和桩土应力比的影响规律。结果表明:复合地基的CFG桩存在扩径现象,且从下至上扩径现象越明显;褥垫层越薄,桩分担荷载越大,桩间土荷载分担比越小;随着褥垫层厚度的增加,桩承担荷载增长趋势变缓,故为充分发挥桩的承载作用,建议合理褥垫层的厚度为20～30cm;在外荷载一定的情况下,桩土应力比随桩长和桩间距的增加而增加,因此在进行复合地基桩间距的设计时,不仅要保证复合地基承载力满足设计要求,而且还要保证加固后地基土的工后沉降量满足规范要求,同时还应充分考虑打桩带来的不利影响。     

软土地基桥梁桩基础单桩竖向动静载试验研究

位于软土地区的铁路桥梁桩基础在高速列车运营过程中由于动荷载作用引起桩基工作性状变化,目前国内尚无原位试验资料。某试验段在试验现场进行了2种桩径共6根试验桩的单桩竖向动静载试验。结果表明,在桩端持力层较好的情况下,软土地基桥梁桩基础设计时可以忽略由于高速列车运营的反复荷载作用对桩基工后沉降和竖向承载力的影响。     

高速铁路大直径桩基础水平承载力机理研究

结合连镇铁路新沂河特大桥试桩工程,通过单向多循环加载法对桩端自由的PHC管桩和钻孔灌注桩进行水平承载力试验得出地基土水平抗力系数的比例系数m值;采用有限元软件对钻孔灌注桩进行数值模拟得出沿桩长范围的剪力、弯矩、位移和桩侧土抗力分布曲线。研究表明,同类地质条件下,两种桩基础工程特性不同,实际工程中可结合具体工程要求合理选择桩基础结构形式;钻孔灌注桩弯矩最大值主要分布在自桩顶1/4桩长范围内,桩身水平位移和桩侧土抗力最大值主要分布在自桩顶桩长1/8和自桩底部1/4桩长范围内。     

兰州轨道交通1号线被动式桩基托换技术的应用

以兰州轨道交通1号线穿越既有桥梁鱼儿沟桥工程为研究背景,首先采用MIDAS-Civil软件对其进行数值模拟,分析托换前后既有桩与托换桩的轴力变化规律及桩基竖向位移的变化;并进行室内模型试验,探讨桩基的承载性能。结果表明:桩基竖向位移最大值发生在托换后且同时截断两根桩的托换承台上方;托换桩荷载分担比随着距离既有桩的位置由近至远依次为29.3%、19.8%,既有桩所在位置处荷载分担比为40.6%;拉应力最大值出现在截断一根桩的位置处,为1.69 MPa;数值模拟承台荷载分担比约为14.3%。室内模型试验中,荷载分担比范围为14.1%～14.85%。     

铁路桥梁桩基优化计算方法研究

研究目的:铁路工程总承包项目设计时，桥梁桩基础体量庞大、控制因素繁多，存在较大优化空间。本文从桩基类型、桩长、桩身配筋等方面进行研究，在满足桩基设计安全和质量要求的前提下，提出桩基优化计算方法。研究结论:(1)构建了旋挖挤扩灌注桩的具体计算方法和流程，增加了桩基类型的比选方案；(2)提出了地震荷载下桩长优化的联动迭代算法，准确计算出桥墩摩擦桩基础的最优桩长；(3)提出等效地质参数法模拟上覆淤泥层较厚时的桩基计算，优化桩身配筋量效果明显；(4)提出了三次坐标转换的计算方法，解决了桥墩与基础产生扭角时计算精度不够的问题；(5)以上算法纳入桩基计算系统，大规模应用于多条铁路总承包项目，实现了铁路桥梁桩基础的精细化计算，满足了高经济性、高安全性与高质量的设计需求，为各项目节约了0.5亿～1.8亿不等的工程造价，可为铁路桥梁桩基结构优化设计提供借鉴。     

基坑及群桩基础施工对邻近地铁盾构区间的影响

随着城市建设步伐的加快,越来越多的建(构)筑物施工会对已建成的地铁结构造成影响,为了研究新建明挖基坑及群桩基础对邻近既有地铁区间的影响,依托长沙市黎托生态公园基坑项目,利用有限元计算软件建立基坑与相邻地铁2、4号线的三维数值模型,模拟公园基坑开挖及桩基施作至公园运营阶段桩基承载的全过程,得到公园基坑及群桩基础施工对既有地铁区间隧道的影响。此外,针对施工过程中可能出现因地层变化引起的桩长调整,对不同长度桩基础对地铁区间隧道的影响进行趋势分析。研究结果表明,基坑及桩基础施工过程对地铁区间的影响可控,当桩底超过区间结构顶部时,桩长改变对地铁区间的影响变化不大。     

非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明：本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。     

桩筏基础桩土荷载分担比研究

为解决在传统设计方法中忽略筏基下土体承载力的问题,利用有限元分析软件ABAQUS建立带筏板的双桩模型,深入分析改变距径比、长径比、端间土模量比、桩间土弹性模量、筏板厚度、垫层厚度、垫层弹性模量对桩土荷载分担比的影响。计算结果表明:当距径比增大时,桩体荷载分担比逐渐减小;当长径比增加时,桩体荷载分担比随之增大;端间土模量比的改变对桩体荷载分担比影响很小;随着桩间土弹性模量的增大,桩体荷载分担比有明显变小趋势;筏板厚度对桩体荷载分担比影响不大;随垫层厚度增加桩体荷载分担比逐渐减小,且减小幅度逐渐减小最终趋于平缓;垫层弹性模量越大桩体荷载分担比越大。综合考虑对桩土荷载分担比影响较大的因素,总结归纳出桩体荷载分担比计算公式,其计算结果较为准确。     

深厚淤泥地层中群桩基础竖向受荷特性试验研究

依托福州可门港大桥桩基工程的承载性能评价,设计并开展了群桩的竖向堆载现场试验,通过对现场实测数据的分析,得到了不同荷载等级下各桩的内力分布、桩土荷载分担比和桩侧摩阻力的变化规律。结果表明:随着荷载等级的增大及堆载位置调整,不同位置基桩桩顶压力的差异将逐渐减小,并最终趋于均匀;在不同的荷载等级作用下,群桩基础中不同位置的基桩其受力具有一定的规律性,但受到场地条件以及加载方式等方面的影响,各基桩的桩身受力性状往往表现出较大的差异性;对于软土地区的小桩距端承桩或端承摩擦桩,考虑到承台底部土层具有一定的承载能力,体现出一定的承台效应,但荷载分担比会随荷载等级的增加而减小;桩顶区域桩侧摩阻力基本为零,随着上部荷载水平的提高,桩身侧摩阻力由中上部向下部发展,并且数值逐渐增大。     

明挖隧道与盾构隧道下穿铁路桥变形影响及隔离桩效果

济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁。为保护既有铁路桥墩和桥桩,拟定采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案,通过数值模拟研究了明挖隧道和盾构隧道施工时铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律及隔离桩的隔离效果。结果表明：明挖隧道围护桩施工+基坑开挖、主体结构施工+覆土回填、盾构隧道下穿引起的桥墩竖向位移分别占桥墩总竖向位移的60.14%、27.07%、12.79%;受围护桩与隔离桩桩长的影响,明挖隧道及盾构隧道施工对24.5 m深以下桥桩的保护作用减弱;与未采用隔离桩相比,采用隔离桩后桥墩最大累计竖向位移与桥桩最大水平位移分别减小了68.5%、60.7%,隔离桩对变形的控制效果明显。     

高速铁路桥梁钻孔桩基础设计

钻孔桩基础在高速铁路桥梁设计中得以广泛运用。桩基础类型的选择及设计多受地质、墩台类型等影响,制约因素多,尤其是应用于高速铁路设计时,其承载性能直接关系到高速铁路的舒适度以及运营安全。根据在实际工作中的设计经验,从宝鸡至兰州高速铁路客运专线桩基础设计要求入手,在桩基础类型选择、桩长拟定、单桩承载力确定这几个方面阐述了高速铁路桩基础设计要点,对其他高速铁路桩基础设计具有一定的参考借鉴和指导意义。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

带帽PTC型刚性桩工作性状现场试验研究

为了解带帽PTC型刚性桩在处理深厚软土地基的工作性状,在某绕城高速公路两试验区进行现场足尺试验,研究了在不同地质条件下带帽刚性单桩的荷载沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力、地表土应力及桩土荷载分担比等性状的变化规律。研究表明:带帽长桩较带帽短桩易于控制地基沉降变形和增强地基承载力,土层条件的差异对桩的极限承载力、地表土应力和桩土荷载分担比有着较大的影响。试验研究成果有助于建立带帽刚性桩计算模型,优化工程设计。     

竖向荷载作用下大直径桩荷载传递机理的数值分析

采用弹塑性有限元法对大直径桩的轴向荷载传递机理及其影响因素进行分析,重点而系统地分析桩长、桩径、桩土刚度比,以及桩土界面特性对大直径桩荷载传递的影响。     

端承桩水平振动响应能量变分分析方法

考虑竖向荷载对桩基水平承载力的影响,采用能量法对地基土中端承桩的水平振动问题进行理论研究。根据分析动力学建立在水平动荷载作用下桩土系统的拉格朗日方程,通过复变函数和广义变分原理分别建立桩基和土体控制方程,采用分离变量法推导出土体位移表达式,结合桩土耦合振动条件和迭代程序得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析表达式。通过算例分析,研究竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响以及桩周土剪切模量和桩长对桩身位移分布规律的影响。研究结果表明:动力复阻抗随竖向荷载增大而逐渐降低,桩身水平位移和转角随桩周土剪切模量增加而注浆降低;桩长达到有效桩长时,桩土系统有效耦合振动长度不发生变化。     

岩溶地区桥梁桩基的设计与施工

桂林市机场路二期上海路口立交工程中山路高架桥,是5跨钢筋混凝土连续箱梁.高架桥墩台基础均采用桩基础,其中2号墩桩位下较深范围内有密集形溶洞,完整岩性埋置较深,设计中采用摩擦桩形式,避免了无限的增加桩长,降低了施工难度,减少了工程投资.同时,在施工中采取加大泥浆比重等有效措施,加快了工程进度,保证了工程质量,并对今后岩溶地区桩基的设计与施工,增添了经验.     

兰州地铁1号线桥梁桩基托换技术模型试验研究

以兰州地铁1号线穿越鱼儿沟桥工程案例为研究背景,依据桩基托换设计方案填筑室内模型,研究托换前后既有桩和托换桩的桩基竖向位移、桩身轴力和侧摩阻力的变化规律.结果表明:截断3号、4号和5号桩至沉降稳定时,群桩基础的沉降值为0.34 mm,模拟隧道开挖并施作衬砌至沉降稳定时,群桩基础下沉了 0.53 mm,表明桩基托换过程中...