顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

盾构近距离下穿桥梁数值分析与监测

目的分析盾构掘进施工对桥桩的影响,评估盾构掘进对桩体位移、桩身轴力、弯矩等的影响程度.方法以石家庄轨道交通1号线下穿周汉河桥段为例,采用三维数值模拟的方法建立双线盾构穿越桥梁桩基础模型,对盾构掘进施工过程中所引起的桩基础的位移和内力进行分析,以数值分析为基础制定合理的监测方案,对盾构掘进穿越桥梁基础进行现场监测.结果盾构施工造成的桥桩应力变大,1号桩最大应力为0.86 MPa,2号桩最大应力为1.96 MPa远小于设计值22.4 MPa;左线盾构掘进完成后,地表的最大沉降为5 mm,右线盾构掘进完成后,地表最大沉降为10.2 mm;桥桩的最大水平位移为2.6 mm,其中2号桥桩的沉降最大,为9.35 mm;下穿周汉河桥桩段路面最大下陷值为6.9 mm,3处桥梁桩顶沉降分别为5.78 mm、5.51mm和5.43 mm,小于施工限值12 mm.结论数值模拟计算结果与现场实测数据的结果符合较好,说明模拟计算时所建立的数值模型与相关物理力学计算参数的确定是合理可靠的.     

微型集群钢管桩在滑坡体基坑支护工程中的应用

目的研究设计非开挖护坡微型集群钢管桩在深基坑支护工程中的施工方案,并在建筑工程应用中验证其可行性.方法对位于已经通过治理滑坡体原抗滑桩下方的某地一高层建筑的基坑支护工程,设计了微型桩群+锚索横梁+挂网喷锚结构、三纵四横的阵列布置方式;根据弹性地基梁的"m"法通过微型桩抗滑桩受力模型转换为由单根微型桩受均布荷载模型和刚框架顶部受集中荷载模型的计算叠加得出抗滑桩内力的计算方法,由深基坑岩土相关软件计算出微型桩体系的抗剪切、抗弯曲内力及最大位移.结果施工后经对桩体变形监测得出,累计平均整体位移数值15.1 mm,小于《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497—2009)位移预警值30 mm,微型桩群设计方案技术指标符合国家规范要求.结论对于近距离周边有滑坡体的深基坑开挖采用非开挖护坡微型集群钢管桩的深基坑支护施工设计方案是完全可行的.尤其在大型机械不能到达的边坡、空间狭小的位置有着很强的适用性.     

极寒环境下大跨贝雷梁钢管施工平台力学性能研究

目的 研究极寒环境对大跨贝雷梁钢管施工平台力学性能的影响,解决高寒地区大型临时钢结构的力学性能与施工安全性问题,并为其提供理论基础与工程价值。方法 首先采用已有的贝雷梁试验结果对ABAQUS建模技术进行验证;在此基础上,基于某工程常温下建造的贝雷梁钢管施工平台(20℃),分析其环境温度降至-10℃、-20℃、-30℃、-40℃、-50℃时,平台的应力、结构位移以及局部贝雷梁承载力的变化规律。结果 随着温度降低,施工平台中贝雷梁应力从20℃时的85.0 MPa增大到-50℃时的232.2 MPa,钢管柱应力从20℃时的9.9 MPa增大到-50℃时的108.3 MPa;贝雷梁位移从20℃时的3.7 mm增大到了-50℃时的44.7 mm,钢管柱位移从20℃时的0.4 mm增大到了-50℃时的17.4 mm。随着温度降低,钢管柱直径与壁厚的改变对其应力变化影响逐渐变大。温度从20℃降到-50℃,贝雷梁平面外位移从0.7 mm增大到36.6 mm,承载力从561.8 kN减小到475.5 kN,下降约为15.4%。结论 环境温度降低会导致贝雷梁和钢管柱应力不断增大;贝雷梁平面外位移增大到一定...     

超长桩基对临时栈桥及平台结构的力学特性影响研究

研究通过控制单一变量,选取有关结构强度、刚度及稳定性的力学指标,包括组合应力、剪应力、位移和第一阶临界荷载系数K,深入研究和讨论了不同桩长、桩径和壁厚对临时栈桥及平台结构的力学特性的影响.研究结果显示桩长、桩径和壁厚对于临时栈桥的横向分配梁、平联和钢管桩的位移量影响最大,随桩长增加,桩顶横梁、平联和钢管桩位移值的增幅都达到500％以上;而随着桩径和桩壁厚度增加,三者的位移值降幅都达到60％以上.所以施工过程应该合理管控桩长,同时适度增加桩径和壁厚,以保证结构具备稳定性.     

高应力巷道钢管混凝土支架支护围岩稳定性分析

针对高应力巷道围岩控制难度大的问题,对鹤壁三矿高应力巷道的钢管混凝土支架支护后的巷道围岩变形破坏情况进行了理论分析和数值模拟.理论计算表明,Φ219×8mm型钢管混凝土支架极限承载能力是2 595.04kN,可提供极限支护反力为1.8MPa.数值模拟结果显示,支护后巷道最大垂向位移172mm,两帮位移82mm,变形量较小,满足巷道围岩控制要求.现场实测发现两帮和顶底板变形均发生在施工后30d内,最大移近量为40mm和60mm;后期变形量无明显增长,巷道围岩保持稳定.     

基于ABAQUS大跨度双联拱隧道开挖的数值模拟分析

针对大跨度双联拱隧道开挖工程中应力变化规律问题,本文选用ABAQUS软件对大跨度双联拱隧道进行二维数值模拟,分析“三导坑法”施工顺序下其隧道应力、应变及塑性变形区域分布情况,结果表明:在隧道开挖过程中,其应力应变最大位移出现在隧道顶部位置,为12 mm,最大压应力出现在中导墙处,为3.5 MPa,拉应力最大出现在拱顶处...     

自锚式悬索桥主缆锚固区空间应力分析

目的对典型的锚固区局部节段进行分析,以解决自锚式悬索桥主缆锚固区结构复杂,平面杆系程序无法把握锚固区复杂受力状态的问题,为桥梁设计和施工提供参考依据.方法运用MIDAS/FEA建立浑河景观桥锚固区局部有限元模型,分析最不利索力设计值下的局部应力状态及不同荷载下的极限承载力.结果锚固区在主缆索力T=50 000 kN作用下,产生的最大位移为4.91 mm;锚垫板的索孔周围的von Mises应力在110 MPa左右.随着荷载的增加,锚固区von Mises应力不断增大.当索力为设计荷载的3.5倍时,锚固区各板件的应力均达到了468 MPa以上,位移最大值为24 mm.结论主缆锚固区各构件的刚度和强度均满足要求,锚固区的极限承载力为设计荷载的3.5倍,结构的安全系数较高.     

船行波激励下施工栈桥动力响应及控制研究

在船行波的激励下，施工栈桥会产生较大的位移和加速度响应，影响施工作业、造成过往人员恐慌，甚至造成栈桥过大变形，埋下安全隐患。针对这一问题，以郑万高铁某特大桥的施工栈桥为依托，基于线性波理论简化船行波荷载计算，通过附加质量法考虑水体对结构频率的影响，采用附加阻尼考虑水体对钢管桩振动的抑制作用，分别考虑中小型客船与大型驳船，通过谐响应分析法计算两类船行波下钢管桩的动力响应规律。结果表明，水体对栈桥钢管桩频率的影响较大，而水体外阻尼对钢管桩动力响应的抑制作用可忽略；中小型客船引发栈桥过大位移的机理为共振反应，而大型驳船导致栈桥过大位移的原因在于船行波荷载较大；建议中小型客船限速为15 km/h,以防止共振；大型驳船限速10 km/h,以减小波浪荷载大小，保证施工栈桥的安全。     

采动下沉盆地压缩区斜交框架桥受力性能

为揭示采动区下沉盆地压缩区土压力对正交框架桥和斜交框架桥的受力性能的影响,采用ANSYS进行建模,研究了不同土压力工况下正交框架桥和斜交框架桥的位移及力学响应.结果表明:正交框架桥和斜交框架桥在土压力作用下,水平向位移最大值在框架桥侧墙中部区域,竖向位移最大值在框架桥顶板中间区域,最大米塞斯应力值在框架桥侧墙和底板交界处区域;当土压力从静止土压力增大到极限被动土压力过程中,以上参数极值绝对值出现的区域不变,数值不断增大;当土压力工况相同时,斜交框架桥位移和应力极值绝对值稍大于正交框架桥.     

焊接接头腐蚀对预应力高强混凝土管桩抗震性能影响的有限元分析

针对地震作用下预应力高强混凝土(prestressed high-strength concrete, PHC)管桩的受力特性问题,考虑焊接接头腐蚀的影响,应用ABAQUS有限元软件建立管桩-土体三维模型,采用拟静力的方法对管桩顶部施加水平低周往复荷载模拟地震荷载,研究了竖向荷载与焊接接头的腐蚀程度对PHC管桩抗震性能的影响,并提出了增配非预应力筋的改善措施。结果表明,竖向荷载的存在会降低管桩的耗能能力,而提高管桩的水平极限承载力;焊接接头处焊缝的应力最大,在焊接接头腐蚀后率先发生屈服,管桩的水平极限承载力随着焊接接头腐蚀程度的增大而降低,其造成的影响不容忽视;通过在桩身配置一定数量的非预应力筋能够降低焊接接头处焊缝的应力,同时能够有效改善管桩的耗能能力,提高管桩的水平极限承载力,从而降低焊接接头腐蚀对管桩抗震性能的不利影响。     

采用位移模式的柔性桩单桩荷载传递规律分析

根据桩土的位移协调条件、改进李海芳位移模式和有效桩长的定义,分析桩侧摩阻力在桩顶处最大时的柔性桩单桩荷载传递规律,得到柔性桩的桩身应力、桩侧摩阻力和有效桩长的计算表达式.实例计算结果表明:桩身应力和桩侧摩阻力均是在桩顶处最大,沿桩长的分布形式与试验结果较一致;有效桩长与试验值非常接近,且比段继伟的建议取值稍大.     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

基坑开挖对坑内工程桩影响的实测及有限元分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响越来越受到工程界的重视.对天津站地下换乘中心盖挖逆作法基坑工程开挖过程中支承于桩基上的钢管柱的竖向位移进行了实测,在此基础上进行了有限元分析.实测结果及有限元分析表明：基坑开挖可导致工程桩产生较大隆起,截至底板浇筑完毕本工程实测钢管柱顶最大值达到33,mm,钢管柱之间及钢管柱与地下连续墙之间产生了可观的差异竖向变形.随着盖挖逆作法基坑分层降水、分层开挖及分层施做地下结构,钢管柱的竖向位移呈波动式发展.坑底以下土体的隆起除在引起桩发生较大的竖向位移外,在桩身还可引起一定的拉力.不同位置处工程桩对应桩身拉应力和侧阻分布相差较大,基坑边部桩受地连墙变形影响较大.在桩顶作用有较大荷载的情况下,基坑开挖后,桩身中下部仍会产生较大的拉力,在设计时须加以考虑.     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

钢管-水泥土组合桩的抗拔性能

针对传统抗拔桩承载能力的局限性,根据劲性搅拌桩施工及荷载传递特点,提出钢管-水泥土组合抗拔桩形式,并借助ANSYS数值模拟软件,分析钢管直径及壁厚对组合桩承载能力及破坏模式的影响。结果表明:钢管直径对组合桩的抗拔性能影响显著。钢管直径小于0.4 m时组合桩的承载力增幅很大,达到0.4 m时承载力接近极限值;钢管直径为0.3~0.4 m时组合桩破坏模式较合理。钢管壁厚对组合桩的抗拔性能影响较小。壁厚为10 mm时组合桩的极限承载力增幅较大,钢管壁厚宜取10 mm。钢管壁厚不影响组合桩的破坏模式,破坏均发生在钢管与外桩界面。该研究为改善水泥土搅拌桩的抗拔性能提供了参考。     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

填方工程中双排桩的设计方案优化

传统的的双排桩应用于高度较大的填方工程时,前排桩与后排桩无法尽早组合形成整体,导致桩体在悬臂状态下进行一定高度的土方填筑,必然导致双排桩的受力特征与挖方工程存在较大差异。为了提高填方工程中双排桩的整体刚度,建议在双排桩腰部增设连系梁,并基于数值分析表明,双排桩腰部增设连系梁后,填方工程中填土与桩体的水平位移大大减小,降幅超过45%,且腰部连系梁以上的前排桩、后排桩、顶部连系梁的弯矩降幅超过75.0%。并进一步对填方工程双排桩的构型进行优化,使原地面以上前排桩的高度仅为后排桩高度的一半,在前排桩的冠梁与后排桩腰梁之间设置连系梁。分析表明,优化后双排桩方案的填土水平位移与桩体控制内力比传统双排桩方案的相应值更小,说明优化方案具有合理性与可行性,且具有侧移刚度大、造价低等的优点。     

截面型式对钢桩水平受荷的影响特征

目前针对异形截面桩的研究主要集中在现浇混凝土桩的竖向承载力承载特性,而对异形截面薄壁钢桩的水平向承载特性研究较少.基于数值模拟,研究3种不同截面桩型(空芯圆桩、空芯方桩及X形桩)、两种不同长径比(桩基嵌固深度与桩外径或宽度的比值)的钢桩水平承载特性.研究表明,对于半刚性桩,方桩、X形桩等异形截面桩的承载力比圆桩高,两者的承载力要比圆桩分别高9%和11%;对于柔性桩,方桩承载力比圆桩和X形桩均高约15%.在此基础上,通过对比桩身变形、最大弯矩等,探讨不同截面桩型的优缺点,得到3种桩型的力学特征之间的经验关系,以便于实际工程设计中参考.