岩溶区高铁桥梁桩基沉降计算及参数影响分析

本文结合郑徐客专徐州特大桥工程,对桥梁桩基础下伏土层厚度和下伏层溶洞直径对群桩基础沉降影响进行分析。结果表明,群桩沉降变形主要由桩端下卧土层的压缩引起,下卧土层越薄沉降越小;溶洞孔径的大小对群桩基础总沉降影响不大;当相邻两墩台分别采用摩擦桩与嵌岩桩作为基础形式时,嵌岩桩的工后沉降远小于摩擦桩的工后沉降。因此,有必要对坐落于软土地基上摩擦型群桩基础进行加固处理,以满足工后差异沉降要求。     

微型钢管桩在大厚度黄土地区的承载性能研究

研究目的:微型桩以其桩径小、承载力高、工艺简单等诸多优势在地基加固中得到广泛应用，但对黄土地区微型钢管桩的承载性能研究还相对匮乏。故本文依托某实际加固纠偏工程，进行现场微型钢管桩单桩竖向承载力试验，并通过理论分析与数值模拟进行验证，以此研究大厚度黄土地区微型钢管桩的破坏模式和承载性能。研究结论:(1)微型钢管桩由桩身材料决定的承载力最大，由桩侧阻与端阻确定的承载力最小，由稳定性决定的承载力居中；(2)在桩正常工作条件下，微型钢管桩的实际承载能力远大于理论计算值，是理论计算值的1.3倍以上；(3)微型钢管桩具有良好的承载性能，长细比达到400仍表现出良好的工作状态；(4)在工程实践中，设计超大长细比微型钢管桩，既不经济又容易发生屈曲失稳破坏；(5)本文研究可为在黄土地区微型钢管桩的承载性能研究提供参考。     

桩实测承载力低于设计要求的原因分析

在大直径扩底桩承载力的设计中，通常依据经验公式来确定单桩承载力，公式中极限端阻力标准值qpk仅由持力层土的物理指标决定，而未考虑持力层上覆土层的特性。文章分析某住宅大直径扩底桩承舷力不满足设计要求的原因，认为当桩进入持力层深度不够且持力层上覆土较软时，其地基破坏模式更接近浅基础破坏模式。桩承载力设计应根据地基破坏模式分别按桩基础和浅基础公式验算。     

大直径嵌岩桩承载特性的试验研究

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地连结成为共同受力的整体结构。通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型非线性分布的。     

低岩跨比软岩地铁隧道上覆管线变形规律

为科学预测低岩跨比条件下软岩地铁隧道开挖后上覆岩土层及其管线的变形规律，针对隧道上覆岩层与土层客观移动规律的差异，考虑开挖时隧道围岩的施工扰动，构建低岩跨比隧道上覆岩土层的“类双曲”移动模型，据此提出地表沉降槽宽度的计算式，并基于Hoek-Brown强度准则给出隧道上覆地层损失率的确定方法，在此基础上运用弹性地基梁理论分析隧道上覆管线的变形规律。以南宁某上覆排水管、天然气管和给水管3种不同材质管线的地铁区间隧道工程为例进行验证。结果表明：地表沉降槽宽度随上覆岩层厚度增加而减小，随上覆土层厚度增加而增大；管线竖向挠曲位移、转角、弯矩及剪力与扰动程度正相关；管线转角、弯矩及剪力随其埋深和管隧夹角增加而增大，但竖向挠曲位移却随管隧夹角增加而减小；各管线沉降区域均主要集中于距隧道中轴线12 m范围内，竖向挠曲位移理论计算与现场监测结果误差均小于10%，且对天然气管和给水管的预测精度更高。     

灌浆力学与钻孔桩基础

灌浆方法应用于桩基础是对传统钻孔桩的一种改进。传统的桩基础由于受施工方法的影响，其承载效率偏低，桩端阻与侧阻较同级的打入桩偏小甚多。尤其是端阻常常得不到有效发挥而造成工程隐患，影响建筑物的正常使用。因此，如何提高灌注桩的承载能力，使地基的潜力得到充分发挥，是目前工程界亟待解决的问题。本文将对灌浆方法用于钻孔桩的工艺和机理进行初步的探讨和分析。     

侧阻附加弯矩对桥梁桩基水平承载力影响研究

为研究桩身被动侧竖向摩阻力对大直径桥梁基桩的水平承载特性影响,首先在抗力矩概念基础上分别建立任意桩身横截面竖向侧摩阻力产生的附加弯矩计算公式及其影响下的桩身单元受力微分表达式。基于传递矩阵法及Laplace正逆变换,分别得出考虑侧阻附加弯矩影响时桩身弹性段、塑性段的传递矩阵系数解。结合推导的桩端水平阻力本构模型和给定的迭代求解方法,进而得出考虑桩侧竖向摩阻力影响的桥梁基桩桩身响应解。通过试验对比验证了本文方法的合理性,证明了桩侧竖向侧摩阻力所产生的附加弯矩对桩基水平承载力的影响非常显著。最后开展了附加弯矩参数影响分析,结果表明:不同τ-s曲线作用时桩身最大变形降低幅度变化规律均类似;桩身最大变形降低幅度随着桩侧摩阻力τ-s曲线极限值τu的增加、临界位移su的减小而增加;当长径比Lb/d≥4时,可忽略桩端水平阻力的影响;当Lb/d≥10时,可忽略侧阻附加弯矩效应的影响;长径比相同时,桩径越大,相应的初始阶段最大位移降低幅度也越大。     

基于Mindlin应力解的超大群桩基础沉降计算

针对18根和64根超长大直径群桩基础,采用Mindlin应力解,假定桩端阻力为集中力、桩侧摩擦阻力呈向下线性增加分布形式,推导沉降计算公式.在苏通大桥主塔下实际地基和离心试验模型地基条件下,分别按照应力比和变形比确定压缩土层的计算深度,对这两类超长大直径群桩进行沉降量计算.研究表明,对于超长群桩而言,基于Mindlin应力解,采用变形比法进行沉降计算比较合理;对于桩数不同的群桩,其计算精度也不相同,说明群桩效应对沉降计算有影响;在两类地基条件下,不论按应力比法还是变形比法进行沉降计算,与离心模型试验沉降值相比,其最大差值均不超过10%,说明利用模型地基进行沉降计算是可行的.     

大直径超长消阻试验桩制作方法及应用

针对盖挖地铁车站桩柱一体的大直径超长试验桩制作和试验存在的问题进行了研究,提出了结合消阻双护筒的试验桩制作方法,并成功应用于石家庄地铁1号线人民广场站。工程应用表明:该方法可消除试验桩无效土层的桩侧摩阻力并解决双护筒的防水问题,保证试验数据准确、作业安全和试验桩成桩质量。     

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。     

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。     

大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性现场试验研究

通过无锡市地铁1号线高架桥段钻孔灌注桩试桩工程的现场静荷载试验及其桩身应力测试结果,分析层状地基中大直径超长钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的荷载传递规律。试验结果表明:大直径超长钻孔灌注桩的荷载-沉降曲线无明显拐点,属缓变型;桩端承载力仅分担了桩顶最大加载值的6.8%,该试桩承载特征为典型的摩擦桩;桩身侧摩阻力与桩端阻力并不是同步发挥的,且两者之间相互影响;桩侧摩阻力呈由上而下逐步发挥的变化趋势;在具有相似物理力学特征的土层中,埋深对桩侧摩阻力的影响较显著,部分土层中桩侧摩阻力的实测值与规范的推荐值有明显差异。     

多排微型桩边坡加固的效果分析

微型桩因放坡空间小、侧向刚度大等特点被广泛应用在边坡治理中。本文运用ABAQUS软件模拟多排微型桩,分析土层条件以及桩排数对微型桩加固效果的影响。研究结果表明:微型桩在滑坡推力的作用下其主要破坏模式是抗弯破坏,最大剪力发生在滑面附近,滑面处第1、第2、第3排桩最大剪力比值约为1∶(0. 64～0. 88)∶(0. 48～0. 75);边坡滑体岩土强度越高,微型桩群与桩间土体整体移动趋势越强,各排桩之间位移差距越小;在软弱地层条件下仅设置竖向排桩加固效果不明显,未能较好地发挥其抗滑作用。     

高速铁路采空区桩板结构复合路基受力机理数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土和黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板复合路基为研究对象,数值模拟分析路基的受力机理。研究表明:桩身轴力呈上大下小变化趋势,所有桩均为端承摩擦桩,穿过采空巷道的桩在采空巷道范围内轴力保持不变;所有桩桩侧摩阻力都呈现出先增大后减小的趋势,桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心要比未穿越采空区的桩要深,桩身越长侧摩阻力所占承载力比例越大;采空区复合路基的桩土应力比要比软土路基的小。     

螺纹桩竖向承载特性及承载机理研究

研究目的:螺纹桩是一种新型异型桩,具有高效、环保、经济的优点。但目前对螺纹桩承载机理尚无准确的认识,因此本文通过模型试验和数值模拟,对比分析螺纹桩和直桩竖向承载性状的不同,研究螺纹桩桩身轴力及桩侧摩阻力分布规律,分析桩顶荷载作用下桩身与桩周土体的变形规律,揭示螺纹桩竖向承载机理,并讨论螺纹结构参数对螺纹桩承载力的影响。研究结论:(1)竖向荷载作用下长径比为12的直桩和螺纹桩分别表现为摩擦端承桩和端承摩擦桩的承载特性;(2)螺纹桩极限承载力和桩身材料利用率都明显优于直桩;(3)螺纹结构参数中,螺距和螺纹宽度是影响螺纹桩承载力的主要因素,螺纹厚度对承载力影响很小;(4)螺纹桩桩侧承载力主要由桩周土体的剪切力提供,存在最优螺距使螺纹桩桩周土体抗剪强度发挥程度最大,极限承载力最大;(5)实际工程中,过大的螺纹宽度或过小的螺纹厚度会引起螺纹强度不足,并加大施工难度,因此,设计时要兼顾承载力、螺纹强度、施工难度及工程成本;(6)本研究成果可为螺纹桩地基或路基处理工程提供有用参考。     

德胜快速路高架桥桩基础的设计

根据德胜快速路高架桥勘察资料,结合已建工程经验,选择了大直径钻孔灌注桩作为基础。对桩端持力层、桩径、地基承载力及下卧层强度和变形进行计算分析,结果表明含有强风化岩层的中风化岩层可以作为桩端持力层,为其它类似工程基础处理提供经验借鉴。     

砂土地层钉形变径桩变截面处端阻计算方法研究

变径桩具有承载力高、施工速度快以及经济性强等特点，被广泛运用于铁路桥梁基础中。然而，现有桩基承载力计算方法主要针对等直径桩基，未能考虑变径截面带来的影响。由于桩基变径截面的存在，其竖向承载机制区别于普通的等直径单桩。采用有限元分析方法，分析竖向荷载作用下，砂土地基中钉形变径桩在变截面处的承载模式。计算结果表明：变截面以下有限范围内的土体存在刚性核，与变截面共同承担上部荷载；与普通等直径桩相比，变截面桩的桩身轴力在变截面处出现明显的突变现象；依据球孔扩张理论，引入变截面处承载力的计算公式，结合传统的桩基端阻与侧阻计算原理，推导了变径桩的竖向承载力计算公式。与现有规范对比表明，提出的公式可较好地计算砂土地基中变径桩的竖向承载力。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

双桥静力触探在天津软土地层分类中的应用研究

通过双桥静力触探土层分类图对天津软土地区双桥静力触探测试成果进行汇总分析，研究基于双桥数据的土层分类界限标准合理性。根据四类典型土在土层分类图上分布位置的对比分析结果，发现现阶段的土层分类图并不能很好地区分黏土和粉质黏土，土层的类别细分仍需根据不同地基土层双桥触探数据的端阻、侧阻以及摩阻比曲线特征进行具体定义。本文研究成果能够有效应用于基于双桥静力触探数据的土层分类命名，对岩土工程中的勘察设计和工程建设具有积极指导作用。     

承台-桩-土作用下铁路桥梁桩基础地震反应

研究目的:低桩承台桩基础是铁路桥梁广泛采用的基础形式,考虑承台-桩-土相互作用效应,对其进行精细化地震反应分析意义重大。以32 m铁路简支梁桥为研究对象,建立考虑承台-桩-土相互作用效应的单墩抗震计算模型,采用反应谱法研究承台侧向土埋深及桩侧土m值取值对桥梁动力特性及桩基础地震反应的影响规律。研究结论:(1)承台侧向土埋深对桩顶位移及桩顶剪力影响显著,增加埋深,能有效降低桩顶剪切破坏震害的发生;(2)承台侧向土埋深对桩身弯矩的大小及分布规律影响显著,随着埋深减小,横向激励下桩身弯矩最值可能同时出现在两个部位,而纵向激励下桩身弯矩最值仅出现在某一个部位;(3)同一种土层,m值取值不同,对桩顶位移及桩顶弯矩影响显著;(4)本研究成果可应用于铁路桥梁桩基础的抗震设计。