桩筏复合结构加固高速铁路深厚软基长期性状的现场试验研究

结合杭甬高速铁路上虞北站深厚软土地基处理加固工程,开展典型路基断面桩筏复合结构长期工作特性的现场试验研究,测试获得筏板变形、地基沉降、桩顶反力、筏板钢筋应力及筏板下土压力随时间的变化规律。研究结果表明:桩筏复合结构可以满足深厚软基高铁无砟轨道工后沉降控制要求;筏板沉降沿路基横向呈现中心大、边缘小的分布形式,桩顶反力则沿筏板横向呈边缘大、中间小的马鞍形分布;铺轨6月后,筏板的累计工后沉降仅为0.48 mm,边缘处桩顶反力约为平均桩顶荷载的1.41倍、中心处桩顶反力约为平均桩顶荷载的0.75倍;筏板与其下的地基之间存在接触压力,且沿筏板横向呈抛物线型分布,大约承担30%上部荷载。     

上部结构刚度改变对桩筏基础的影响

传统桩筏基础设计没有考虑上部结构刚度变化的影响,边桩实际承载力超过设计承载力而中桩实际承载力小于设计承载力。建立了框架结构和单片剪力墙结构、桩筏基础与地基共同作用的平面有限元模型,计算了逐层加载和一次性加载条件下两种上部结构形式的桩顶反力、桩筏荷载分担比、桩基沉降及差异沉降。结果表明：刚度大的上部结构形式下桩顶反力小;桩筏荷载分担比随上部结构刚度的增大趋于稳定;不同上部结构形式的刚度变化对其下桩顶沉降的影响不同。为进行合理的桩基设计提供了参考意见。     

高速铁路湿陷性黄土桩筏复合地基沉降控制效应

为研究和分析高速铁路荷载作用下刚性桩桩筏复合地基控制湿陷性黄土地基沉降的效应,采用离心模型试验的方法对不同桩间距设置条件下的刚性桩桩筏复合地基进行了模拟试验.试验研究表明:湿陷性黄土地基无法满足高速铁路轨道结构对路基工后沉降的要求,需要加固处理.随着桩间距由2倍增至6倍桩径,地基总沉降量及工后沉降量显著增大且变化速率较大,桩间土对桩体的负摩阻力增大.桩间土与桩体相对位移中性点位置随着桩间距的增大而显著降低,工后阶段中性点位置变化趋势为逐步上升并趋于稳定.工后阶段筏板与桩体相对位移量呈减少并趋于稳定的趋势.差异沉降主要发生在施工阶段,桩筏复合地基工后阶段控制沉降及差异沉降的能力较好.     

天然地基上的筏板基础受力及变形分析

对天然地基上采用筏板基础的两栋建筑的实测资料进行分析，总结了不同刚度的筏板基础的受力和变形特点。分析发现，筏板基础的刚度对基底土反力分布产生很大的影响，而地基土的弹性模量变化对土反力分布影响不大，但对筏板的相对弯曲及沉降影响较大；在上部结构的施工过程中，筏板的中性轴在不断上移，筏板内的钢筋应力值始终很小，因此建议设计时应减少筏板的配筋率。     

筒体-桩筏-地基土共同作用非线性数值分析

考虑上部结构、基础与地基土三者共同作用,以及土的弹塑性性质,采用中厚板理论分析筏板,建立了全三维有限元模型,对筒体结构下桩筏基础受力作了非线性数值分析。通过对弹性模型和弹塑性模型计算结果的比较,明确了非线性分析的意义。研究了地基土应力、应变随荷载的变化情况及桩顶反力分布的发展过程,并指出筏板厚度的增加并不总是使桩顶反力趋于不均匀。同时,讨论了土塑性及基础沉降曲面形状对桩筏基础工作性状的影响。     

高层建筑桩筏基础中筏板受力数值模拟研究

建立了粉煤灰地基上高层建筑-桩筏基础-地基共同作用的数值分析模型,通过模拟不同距径比和桩长的桩筏基础,研究了筏板的受力响应问题。数值模拟分析表明在上部结构荷载作用下筏板及桩体周围的位移量较大,离桩筏基础越远位移量越小,筏板的沉降呈盆状;桩距径比越大筏板沉降量越大,桩长越大筏板沉降量越小。由于桩体轴力的作用,筏板边缘桩体位置处的剪应力出现集中,且筏板负弯矩有极大值;筏板内弯矩随着上部结构荷载的增大而增大;桩距径比越大筏板内的弯矩越小,桩长越大筏板内的弯矩越大。     

高速铁路桩筏结构的筏板合理设计研究

桩筏结构在高速铁路中的应用较多,但理论研究滞后于工程实践.为得出高速铁路桩筏结构的筏板的合理设计,采用三维有限元软件ABAQUS建立了桩筏结构空间模型,仿真模拟了桩筏结构的应力和沉降,并对筏板沿线路纵横垂三个方向的受力特性与规律进行研究.在此基础上,分析比较了筏板在不同的筏板厚度及垫层厚度时的受力与沉降,从而得出最为合理的筏板厚度及褥垫层厚度,并得到如下结论:1)筏板在桩筏结构中应按抗弯部件设计;2)筏板厚度的增加使得其所受应力呈指数下降;3)褥垫层厚度对筏板的竖向应力影响微小;4)褥垫层在桩筏结构中对缓解筏板竖向应力集中起到了一定的作用.本文研究结论为今后桩筏结构的设计及数值模拟提供了参考.     

框架结构-筏板基础-地基共同作用的数值分析

考虑框架结构、筏板基础和地基的共同作用,采用有限元分析模型,通过框架结构、筏板基础和地基之间在连接处的静力平衡和变形协调作用,形成共同作用分析方法,与非共同作用方法进行对比,分析框架结构柱轴力和弯矩的变化情况.有限元分析表明,在共同作用下,筏板基础发生“盆形”变形,框架结构应力重分布为角柱轴力增大,边柱和中柱轴力减小,柱的弯矩显著增大.共同作用下,不同厚度的筏板沉降量不同,厚度越大,筏板最大沉降量越小.     

地基刚度对 L形带裙房高层建筑结构-基础-地基共同作用的影响

建立了某实际工程L形带裙房高层建筑三维分析模型,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,对不设缝带裙房高层建筑进行了上部结构-桩筏基础-地基共同作用分析,主要讨论地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,研究表明:竖向荷载作用下,当地基刚度增大时,上部结构中心区和翼缘区的边柱和角柱轴力减小,而中柱的轴力增大,趋向于非共同作用;主楼与裙房基础的平均沉降随着地基刚度的增加而减小,但当地基刚度增大到一定情况时影响减弱;主楼与裙房各自的沉降差也随地基刚度的增加而减小,减小幅度趋于平缓;随着地基刚度的增加,其桩顶反力曲线趋缓,也即桩顶反力逐渐变得均匀.     

高速铁路中低压缩性土桩-筏(网)地基加固效果研究

基于沪宁(上海—南京)城际铁路CFG桩-筏地基(预压期超短,4月)和京沪高铁砂桩-网地基(昆山试验段预压期超长,间隔5 a)现场试验,测试获取路基沉降变形、孔压消散、桩土压力分布变化等规律,对比分析桩筏与桩网地基工作性状差异。研究结果表明:桩-筏和桩-网地基联合堆载预压可以满足中低压缩性土高铁无砟轨道工后沉降控制要求,桩-筏地基沉降总量与沉降速率均小于桩-网地基的沉降总量与沉降速率,堆载预压时间可以弥补地基加固结构的不足;受桩体刚度影响,CFG桩-筏桩体荷载分担比大于砂桩桩-网地基的荷载分担比,其超孔压消散速率则远比后者的小;筏板具有类似拱的传荷作用,板下应力分布较均匀,桩网路基基底压力分布呈倒钟型;在工期紧张情况下,桩筏地基工后沉降控制效果比桩网地基的控制效果优,但前者造价较高,高铁地基加固技术选择时需考虑综合效益。     

筏－桩－土共同作用分析方法

提出了一种分析筏－桩－土共同作用工作性状的实用计算方法—位移协调法［１］．该方法假定筏极与桩土地基位移协调，对矩形筏板根据其边界条件和变形性状采用一种双重三角级数位移模式．对拉土地基采用单桩计算方法—考虑桩压缩性的位移协调法［１，２］，分析桩土之间的相互影响。根据位移协调条件和力平衡条件建立筏－桩－土共同作用的分析方程．可求解筏板与桩土地基之间的接触应力、桩土地基的应力及沉降、筏板的沉降、弯矩、扭矩及应力和桩筏基础对周围环境的影响等．文中对桩筏基础、片筏基础及性承台的分析与设计具有理论与实用价值．     

高层建筑超长桩箱基础的现场测试

进行了国内外罕见的高层建筑超长桩箱基础的现场实测研究,实测研究证明:轴线桩的设计可以大大减薄箱基底板的厚度;高层建筑群桩基础对箱形基础的刚度是有影响的;桩箱基础的底板弯矩可按局部弯曲计算;温差引起的高层建筑箱基底板钢筋应力的变化不容忽视;常规设计的桩箱基础的桩间土从施工开始分担上部荷载的工作机理,应是桩箱(筏)基础的变形控制设计的研究基础.     

复杂工况下人工挖孔桩基础处理与监测分析

结合复杂工况条件下的典型的桩基工程实例,分析了在管涌条件下桩基处理方法。该实例在充分利用已施工的人工挖孔桩的基础上,将原设计人工挖孔桩基础改为桩筏基础;并在桩筏基础与地基共同作用计算的基础上进行了设计。在施工期间对基桩桩身应力、筏板主筋应力、筏板下土压力及基础沉降进行了严密的监测。监测结果表明桩筏基础存在一定的沉降差,筏板基础内力远小于设计值,经基础局部加强后保证了这个项目的顺利实施,使用效果表明基础处理方案达到了设计预期,该实例基础处理方法和监测结果对同类工程项目具有重要的参考价值。     

基于差异沉降最小的桩筏基础分布分析

利用桩筏基础分析方法,对层状地基上不同布桩方式的桩筏基础进行计算,给出无量纲化的计算结果,并分析与探讨了布桩方式对桩筏基础的平均的沉降,差异沉降,筏板的负荷承担比和筏板弯矩的影响特征。     

竖向荷载作用下不同长度和直径桩的桩筏分析

阐述了用于分析不同长度和直径桩的桩筏模型的有限层方法,土体按照物质特性的不同分为多个水平层,只考虑竖向荷载对筏的影响.用该方法研究筏-土体-桩的相互作用,所得结果与实测结果接近,验证了该方法的可行性.     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

高层建筑长短桩复合地基性状有限元分析

通过由长短桩复合地基处理高层建筑软弱地基的工程实例,利用有限元法分析了不同的上部结构刚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率对长短桩复合地基的平均沉降、差异沉降、桩土应力比、桩土荷载分担比所产生的影响及规律。结果表明:上部结构刚度的变化对复合地基性状的影响是有限的;长桩长度在控制平均沉降,改变地基承载力和改善桩顶应力集中方面影响显著;长桩置换率存在一定的合理取值范围;短桩置换率的变化对桩土应力变形影响不大。分析结果能为长短桩复合地基进一步优化设计提供参考。     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.     

桩筏基础固结沉降实用计算方法

针对饱和深厚黏土中的摩擦型桩筏基础,提出求解基础体系固结沉降的简化分析方法.采用桩-土-筏非线性共同作用模型和交替方向隐式差分算法求解二维平面应变区域内任意时刻不同位置的超孔隙水压力,计算桩端以下土层的平均固结度和基础体系的固结沉降.与有限元精确解的对比分析表明,提出的计算模型与简化假定基本合理.将该方法用于分析2个饱和黏土地基中的桩筏基础固结沉降,得到了与实测值比较接近的预测结果.     

基于节约理念的带桩筏基设计方法

采用线性扩展Drucker-Prager模型对带桩筏基下的地基土进行弹塑性模拟,建立了带桩筏基系统的ABAQUS程序三维有限元模型.模型中桩和土采用空间8节点实体单元模拟,筏板采用4节点厚板单元模拟,并采用三维有限元-接触面单元相耦合的数值方法来模拟桩-土体系,经分析计算得到了带桩筏基的一些工作特性.在此基础上结合《建筑地基基础设计规范》,改进了复合桩基的设计方法,提出了"三阶段"设计理念,并将其应用于工程实例,证明了两种方法的可行性.实例分析结果表明,复合桩基和"三阶段"设计方法较常规设计方法经济,是一种实用的带桩筏基设计方法.