一种桩筏基础分析法及应用

介绍一种考虑桩筏相互作用的桩筏基础分析方法.将桩简化为作用在筏板下面的具有一定刚度的弹簧,弹簧刚度根据桩顶平均荷载和桩顶沉降来计算.群桩中桩顶沉降包括桩身压缩和桩端沉降两部分.群桩中桩身压缩由单桩静载试验得到的桩顶沉降与桩端沉降之差求得,群桩的桩端沉降由分层总和法计算.采用有限单元法计算程序,结合算例,说明了本分析方法的应用特点.     

热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法及工作特性研究

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法,通过迭代求解得到任意荷载-温度组合作用下桩身内力和位移,将计算结果与试验结果进行对比,结果较吻合.研究结果表明：温度作用会影响桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律.对不同桩顶荷载水平下的桩顶沉降值进行分析,在荷载-升温/降温工况下,当桩顶荷载水平较低时（≤25%Pu,Pu为极限荷载）,温度变化对桩顶沉降幅度影响显著,桩顶沉降幅度可达到55%（25%Pu）;尤其荷载-降温工况下,当桩顶荷载水平超过75%Pu时,桩顶沉降量临近极限值,此时需特别注意桩基承载性能.     

板桩码头浚深改造方案研究

针对某实际板桩码头工程,用数值模拟方法对其浚深改造方案进行了比选研究.研究发现,原码头浚深后,板桩的弯矩和桩顶沉降增大;在3个改造方案中,在板桩底进行土体加固的方案1中板桩弯矩过大,在板桩墙的后侧设置一排遮帘桩的方案2的板桩顶沉降过大,方案1和方案2相结合的方案3能满足各方面的要求,整体稳定性较高,特别是将面板上的荷载增加1倍后,板桩弯矩、桩顶沉降、桩顶水平位移等仍较小.结果表明,板桩底加固和板桩陆侧设置遮帘桩相结合的方案是该板桩码头较好的浚深改造方案.     

桩嵌入承台深度对桩水平承载力影响的室内模型试验

水平荷载作用下,桩与承台节点处往往承担较大的弯矩作用。本文基于室内带承台单桩模型试验,对桩顶嵌入承台不同深度的单桩-承台体系进行水平拟静力研究,并考虑了桩周土对桩体的约束作用。通过测试不同嵌固深度条件下桩身弯矩、桩顶位移随加载位移的变化,得出桩顶嵌入承台的深度对单桩-承台体系的水平受力性能具有明显的影响,嵌入深度大,有利于单桩水平承载力的提高。     

负摩阻力作用下的单桩竖向承载性状

对负摩阻力作用下的单桩承载性状、负摩阻力与工作荷载之间的关系进行理论分析,然后建立单桩有限元模型,研究负摩阻力作用下桩基的承载性能、桩基的刚度以及下曳沉降变化规律.研究结果表明:下曳沉降由2部分组成,一是桩顶没有荷载作用时纯粹由负摩阻力引起的桩顶沉降;二是负摩阻力作用下,桩顶荷载下移中性点位置,使得承受桩顶荷载的桩段缩短所引起的沉降.负摩阻力在中性点平面形成的一对平衡力相当于在单桩桩体上施加了预应力,提高桩体本身的轴向刚度.     

桩身刚度对承载性能的影响分析

建立了超长单桩有限元分析模型,采用有限元方法分析了超长桩在不同刚度条件下桩顶位移与桩顶反力之间的关系,并分析桩侧摩阻力随深度的变化规律及单桩承载力情况.分析结果表明:增大桩身刚度能够使桩身下部侧摩阻力得到有效发挥,从而提高单桩承载能力.但在桩身刚度增大到一定程度时,继续增大桩身刚度对单桩承载能力的提高将趋于稳定.并提出了在条件允许时可通过提高桩身刚度改善桩的承载性能的工程建议.     

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。     

不同连接形式桩筏系统动力响应数值模拟

针对不同连接形式对桩筏系统抗震性能的影响,开展了3种连接形式桩筏系统在循环荷载作用下的数值模拟研究.通过对桩土动接触压力峰值曲线、土层顶部和筏板顶部加速度反应谱等动力响应的对比分析,探寻垫块和褥垫层对桩筏系统抗震性能的影响规律.结果表明：桩顶设置褥垫层可以最有效地调动地基土潜力,桩身弯矩峰值降低4 kN·m,筏板顶加速度峰值降低7%,桩顶加速度峰值降低9%;桩顶埋设垫块桩身弯矩峰值降低6 kN·m,设置垫块可使筏板加速度峰值降低45%,桩顶加速度峰值降低35%,可以有效调动地基土潜力,对土层顶部和筏板顶部加速度放大效应减少最有利. 2种连接形式均可减小上部结构加速度响应,减震效果良好.     

分离卸荷式板桩码头承载特性与结构优化设计分析

分离卸荷式板桩码头结构是一种新型板桩码头结构形式,其主要结构特点是在传统的单锚式板桩码头前墙后方安置一定埋深的桩基卸荷承台来达到对前墙的卸荷效应.以工程原型为参考,建立有限元数值模型,在控制桩墙单宽混凝土用量总和相同的条件下,以桩间距与桩刚度为参数建立数值模型组,以前墙与海陆侧桩的最大截面弯矩及其截面边缘应力为主要判断标准来评价结构参数变化对结构承载特性的影响.结果表明,在原型结构基础上,在维持桩墙单宽混凝土用量之和不变的条件下,适当增加桩间距和桩自身的刚度可使分离卸荷式板桩码头承载特性得到有效的优化,对工程实践有一定的参考价值.     

扩底桩承载特性离散元对比分析

文章利用室内半模试验和颗粒流理论对比分析多层土地基扩底单桩与群桩的抗压、抗拔承载特性及变形特征,并对比分析了扩底桩的荷载-位移曲线。结果表明,群桩的抗压、抗拔承载能力均大于单桩。抗压群桩桩间距从1.125D(D为扩大头直径)增加到2.250D时,荷载增长率为4.39%;超过2.250D后荷载增长率趋缓,在1/2极限荷载作用下,群桩桩顶位移比单桩大0.37 mm,而承载力比单桩增加了46.59%;极限荷载作用下,桩顶位移基本一致,群桩的极限承载力比单桩极限承载力大266 N。抗拔群桩间距分别为1.125D、1.250D、1.750D、2.250D时,与相同持力层厚度单桩相比,其抗拔极限承载力分别增加40.94%、59.38%、87.11%、88.57%。抗压单桩和群桩桩身轴力沿着桩身深度的增加方向均呈现凸曲线减小趋势。桩身深度相同的情况下,从细观角度分析揭示了群桩综合承载能力大于单桩。     

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。     

CFG桩复合地基承载力分析

某客运专线某标段采用CFG桩加固技术。对CFG桩进行了低应变动测、单桩承载力试验、复合地基承载力试验及理论计算。结果表明：一类桩占93.9%,二类桩占6.1%;单桩承载力及复合地基承载力特征值均大于设计值。建立了三维有限元模型,模拟分析了CFG桩顶及桩间土应力随加载水平的变化关系以及CFG桩及桩间土应力分担比。模拟结果表明：1)随着荷载的增加,CFG桩顶应力及桩间土应力也随之增大,但CFG桩顶应力的增长速率大于桩间土;2)加载初期,CFG桩与桩间土应力分担比逐渐增大,且增长速度较快;随着荷载的增加,桩土应力分担逐渐趋于稳定。     

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。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场试验

为探究水泥土搅拌桩及水泥土搅拌桩复合地基的承载性能,对青岛某厂区的6根水泥土搅拌桩单桩及2组3桩水泥土搅拌桩复合地基进行竖向抗压静载荷试验,并采用修正双曲线模型预测单桩和复合地基的极限承载力。试验结果表明:6根单桩及2组复合地基均未加载到破坏,其Q-s曲线均为缓变形,桩端持力层为全风化花岗岩的水泥土桩桩顶回弹量较大,弹性工作特征明显;桩端持力层为中砂层的水泥土桩桩身弹性工作特征不显著。经推算水泥土搅拌桩单桩承载力发挥系数为0. 88,符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)中水泥土桩承载力发挥系数的取值范围。经工程实例验证,修正双曲线函数能够精准预测水泥土单桩和复合地基的极限承载力,对于确定本试验中水泥土单桩和复合地基的极限承载力可信度较高。研究成果可为类似的复合地基的设计、施工与检测提供借鉴和参考。     

钻孔灌注桩桩底沉渣对桩承载性状影响

为了对沉渣影响桩的承载特性进行定量研究。根据现场检测试验资料,建立有桩底沉渣的钻孔灌注桩单桩桩土相互作用轴对称弹塑性有限元模型,从桩底沉渣厚度、物理特性以及长径比变化3个方面分析沉渣对桩承载性状影响进行研究。计算结果表明,沉渣的存在降低了桩极限承载力,沉渣厚度越大,沉渣对Q—S曲线影响也越大;当沉渣厚度大于300mm时,桩端阻力降低幅度明显;桩底沉渣一定程度上减少了桩身变形;在对桩底沉渣物理参数进行研究的结果表明,沉渣弹性模量和摩擦系数对桩极限承载力影响明显;长径比越大,桩底沉渣对桩承载力及沉降影响越小。根据上部荷载作用下沉渣变形特性分析,当沉渣性质较弱时,桩的破坏模式更多地表现为一种刺入剪切破坏,与现场测试结果一致。     

PVC管桩在软土地基处理中的实验研究

为了提高路基工程中软土地基的处理效率,根据地基处理中挤密并排水固结原理,利用PVC管作为管桩对软土地基进行处理。根据地基承载力及变形实验,得出待处理地基位移-荷载关系曲线,从而评价处理前后综合地基承载力的变化。实验表明,在沉降良好的原状土中,每平米压入6根管径为75 mm的PVC管桩,其地基承载力可提高至1.909 MPa,而变形量小于14 mm,可满足路基的承载力及变形要求。     

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。     

复合锚固桩的承载特性及工程应用

利用数值模拟方法对复合锚固桩的加固机理以及其承载性能进行了比较系统的分析,并将复合锚固桩技术成功地应用于多处地基加固工程.数值模拟结果及工程检测结果均表明:复合锚固桩改善了单根锚固桩桩体局部承载特性,桩体承载综合有效因子明显增加,桩体承载能力大大提高.     

冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究

为了研究冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性的影响,采用电阻热源模拟桩侧水热效应,并利用高低温试验箱进行单桩模型试验,通过设定有、无桩侧水两种环境因素,对比分析了桩侧水热效应对桩身应变、桩侧冻结应力、桩土相对位移、桩基的极限承载力和桩侧冻结应力与桩顶位移的流变特性的影响。试验表明,冻土区桩侧水热效应能使桩侧冻结应力减弱,造成桩身应变与桩顶位移增大,桩-土相对位移增加,同时加速桩基沉降,导致桩基极限承载力降幅达16%,且上述影响随着荷载等级的提高而增强,造成桩基承载力严重下降。     

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。