竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性影响研究

针对竖向荷载变化下的陡岩群桩(梅花形五桩)双向承载工况,采用ABAQUS有限元软件,建模过程考虑陡岩群桩基础施工承载等环节,以及软岩与桩接触非线性影响,构建陡岩梅花形五桩三维模型,计算分析竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性的影响.研究表明,竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性的影响,与群桩基础的空间效应、群桩桩身嵌固程度、桩前岩体抗力等综合作用相关.其中,R=0°～15°,随着竖向作用力的增加,承台下各桩桩顶的水平位移得到一定的抑制;但竖向作用力过大,承台下各桩桩顶的水平位移会随着其增加而增大;R=30°～45°,竖向作用力对各桩桩顶水平位移的抑制作用不明显,其桩顶水平位移呈缓变-陡增的趋势.R=0°～45°的梅花形五桩,其前排桩竖向承载发挥程度较后排桩大.R=15°～45°,其后排桩水平承载发挥程度较前排桩大.在实际工程中,可根据受力过程中群桩基础力学响应变化等,进行相应加强设计.     

摩擦群桩中单桩的等效轴向刚度及其应用

提出了摩擦群桩中单桩等效轴向刚度的概念,建议采用现场实测数据确定之;并运用这一概念分析了桥梁桩基础设计中的绝对刚性承台假定的适用性,探讨了摩擦群桩与嵌岩群桩承载机理的不同．     

大直径嵌岩桩桩端极限承载力计算方法

为更加准确获得大直径嵌岩桩桩端极限承载力,假定桩端岩体整体连续滑裂破坏、桩周岩体剪切破坏、桩周岩体微裂纹断裂破坏3种可能的极限状态,基于岩体二维、三维Hoek-Brown(H-B)破坏准则、岩体微裂纹Ⅰ-Ⅱ型复合判据,提出4种大直径嵌岩桩桩端岩体极限承载力的计算方法.引用现有实测数据对所提出的计算方法进行对比分析和验证,结果表明所提出的4种计算方法均比较接近实测值,尤其是基于Ⅰ-Ⅱ型复合判据的桩周岩体微裂纹断裂的桩端极限承载力计算结果与实测值最为接近.进一步研究了大直径嵌岩桩的尺寸效应,研究表明,桩端极限荷载与嵌岩深度及桩径密切相关,嵌岩桩桩端极限荷载随嵌固深度的增大而增大,而随桩径的增大而减小.4种计算方法中基于Ⅰ-Ⅱ型复合判据的桩周岩体微裂纹断裂计算方法与现场实测规律更加相符.     

贵州软质较破碎白云岩嵌岩桩竖向承载力分析

针对嵌岩桩只适用于完整和较完整岩体,且往往被视为端承桩的情况,以贵州两个工程项目的软质较破白云岩嵌岩桩为研究对象,其持力层岩体均较破碎,通过锚桩横梁反力装置桩基静载荷试验,分析软质较破碎岩嵌岩桩竖向承载力,探讨此类地质条件下嵌岩桩承载特性。研究结果表明,该区软质较破碎白云岩嵌岩桩桩顶荷载-位移曲线主要呈缓变型,沉降由桩身压缩控制,嵌岩段桩侧摩阻力发挥较好,荷载分担比例在30%~50%之间。根据经验参数计算及实测对比研究,得出实测嵌岩桩竖向承载力比计算值高出数倍。     

强风化花岗岩中嵌岩短桩承载特征原位试验与有限元分析

通过对青岛地区风化岩地基2个工程11根短桩的原位测试及有限元模拟分析,研究嵌岩短桩的承载性状和荷载传递特征。对大直径嵌岩短桩的承载性状进行有限元模拟,探讨长径比、嵌岩深度及基岩强度对嵌岩短桩承载性能的影响。研究结果表明:风化岩地基中的嵌岩短桩极限承载力高,沉降小,能够满足工程需求并具有较高的安全储备;单桩极限承载力随着桩长的增加变化并不显著,表现出极强的端承性状。嵌岩段桩侧摩阻力峰值随长径比的增大逐渐减小,桩顶沉降随长径比增加而增大;不同的嵌岩深度下,桩身轴力衰减的规律基本相同,随嵌岩深度的增加,桩顶沉降逐渐减小,端阻力在承载力中所占比例(Qp/Qu)逐渐减小;桩顶沉降随桩岩刚度比(Ep/Er)的增加而逐渐增大,而端阻分担的荷载比随Ep/Er的减小逐渐增大。     

深嵌岩型嵌岩桩竖向承载机理分析

嵌岩桩具有承载力高、沉降小、抗震性能好等特点,近年来在岩土工程中得到了广泛的应用。长期以来,对于嵌岩桩普遍认为是以端承桩为主。本文结合两个工程实例,对三根具有较大嵌岩深度的嵌岩桩进行竖向承载机理分析。通过比较发现,在软岩地区嵌岩桩的嵌岩段侧摩阻力可以提供很大一部分承载力,体现出摩擦桩的特性。应该根据本地区的特点,对嵌岩桩的嵌岩深度进行设计。     

基桩嵌岩段抗拔承载特性现场试验研究

通过现场试验研究了砂岩层中基桩的抗拔承载特性,分析了基桩嵌岩段的破坏机理,提出了嵌岩桩极限抗拔承载力的预测公式,将计算结果与试验值和规范计算值进行了比较。研究结果表明:嵌岩桩的上拔荷载-桩顶位移曲线均为陡变型,增加桩长可以有效地增加承载力,但对桩顶位移的影响有限。试验得到桩岩相对位移为20～25 mm,中风化砂岩层侧阻力达到极限,极限抗拔侧阻力为925.4～961.3 kPa。当桩身强度高于桩周岩体时,基桩的抗拔承载力由桩周岩体的抗剪切强度提供,桩的极限侧阻力可以等效为桩周岩体的抗剪切强度。现行规范的计算值偏于保守,与本文试验值的比值为0.18～0.39。     

桩-岩界面胶结作用影响下软岩嵌岩桩承载特征

为研究竖向荷载作用下嵌岩桩桩-岩界面水泥浆的胶结作用对其剪切特性及嵌岩桩的荷载传递性质的影响规律,针对桩-岩界面剪切过程中的胶结弹性变形、滑动剪胀和剪切滑移三个阶段特点,建立了考虑胶结作用影响下的各阶段桩-岩界面剪切本构模型.根据软岩嵌岩桩桩-岩界面粗糙体磨损特性,利用滑移线场法原理分析并得到了嵌岩桩极限剪胀位移.基于荷载传递理论,推导并建立了软岩嵌岩桩荷载传递解析模型.依据所建立的模型并结合实例验证方法,进一步分析了胶结作用影响下桩侧岩石力学特性等因素对嵌岩桩桩侧摩阻力的影响规律.研究结果表明:桩-岩界面胶结作用使剪胀区域桩侧摩阻力明显增大;随着桩侧岩石弹性模量的增大,胶结作用对剪胀区桩侧摩阻力的增强效应越明显,对剪切区域桩侧摩阻力弱化效应越大.当计算软岩嵌岩桩极限承载力时,桩-岩界面胶结作用的影响不可忽略.     

关于嵌岩灌注桩单桩竖向承载力确定方法的探讨

嵌岩灌注桩作为主要柱型之一,确定其竖向承载力通常采用单桩竖向静载试验.现有试桩资料显示:单桩竖向静载试验终止加荷时,多数未达到破坏,少数为柱身破坏,属柱周(端)土(岩)体破坏者罕见,试验荷载桩侧阻力分担了大部分.对于工程桩来说,由于在施工过程中荷载是缓慢施加的,建(构)筑物的使用周期较长,在整个使用期内,桩周土层尤其是软土或松散土,将会产生固结沉降,这种沉降有时可能较大,致使工程桩与试桩的工作性状有较大的差异,用试桩所得的单桩极限承载力来评价工程桩是有其局限性的.对于硬质岩体来说,嵌岩灌注柱承载力建议按桩身强度计算确定;对于软质岩体,嵌岩灌注桩承载力可根据试桩结果分析确定.     

嵌岩灌注桩的承载性状与承载力特征研究

在基岩埋深不太大的情况下,常将大直径灌注桩穿过全部覆盖层嵌入基岩,成为嵌岩灌注桩。这种方法多用于桥基中,对于高层建筑、重型厂房等建筑物,嵌岩灌注桩也是一种良好的基础形式。嵌岩灌注桩如果设计得当,可以充分利用基岩的承载性能而提高单桩的承载力。更重要的是嵌岩灌注桩由于桩端持力层是压缩性极小的基岩,因此其单桩沉降很小,群桩沉降也不会因群桩效应而增大,群桩承载力不会因群桩效应而降低,且建筑物的沉降在施工过程便可完成。以嵌岩灌注桩为基础的建筑物在地震过程中所产生的地震反应也比其它基础形式更轻微,抗震性能更好。     

贵州地区水平受荷嵌岩群桩内力与变形特性分析

水平荷载作用下嵌岩群桩的受力主要受桩间距、嵌岩深度、桩径、土层厚度的影响,借助数值模拟来探究这些因素对基桩内力、变形的作用。基于ANSYS,介绍土岩本构模型及力学参数,对水平受荷群桩进行数值模拟,采用正交试验来研究各因素对基桩变位的影响。结果表明:存在临界桩间距,在该临界桩间距内峰值弯矩、桩底剪力与桩间距正相关;桩底弯矩、剪力随嵌岩深度增大而增大;基桩弯矩、剪力绝对值随桩径增大而增大;基桩弯矩峰值位置随土层厚度增大而下移;土层厚度是影响群桩变位的主要因素。     

复合桩基承台下土的极限承载力提高值分析

为探究复合桩基承台下土体极限承载力提高值产生的根源,利用非线性有限元技术对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行三维弹塑性分析,得到土体绕桩滑动模式、土体极限承载力提高值等变化情况,并将数值计算的结果同提高值的理论解进行对比.分析结果表明:桩的遮拦作用使承台底土破坏时发生绕桩滑动并受到极限滑动阻力,从而提高了承台下土体的极限承载力;随着桩距的增大,承台下土体极限承载力提高的幅度和提高比例逐步下降,最后趋于天然地基的受荷特性.     

不同运行桩数下能量桩群桩承台变形规律研究

能量桩（又称能源桩）作为一种浅层地热能利用新技术,近年来得到了广泛的关注.基于COMSOL软件,结合桩顶荷载对能量桩群桩荷载传递机理的影响模型试验,开展了3×3能量桩群桩中1根～5根桩停止运行时最均匀与最不均匀布置情况的数值模拟计算.研究结果表明,当运行桩布置均匀时,其整体的承台变形情况也对称分布,随着运行桩数的减少,桩顶承台最大和最小沉降量随之减小,沉降差在0.048%D～0.072%D(D为桩径)之间;在多根桩停止运行的所有工况中,四根桩停止运行且均匀布置时,承台的沉降最均匀,沉降差最小（0.059%D）;当不运行的桩数相同的情况下,不均匀布置下桩顶承台变形的沉降差始终大于均匀布置下的变形情况.     

考虑地应力作用的嵌岩桩基础岩体完整性系数评价

岩体完整性系数是桩基设计中评价岩体完整程度的重要指标之一。根据在建的济南恒大国际金融中心(总高518 m)嵌岩桩设计对岩体完整性评价的需求,在现场岩体纵波速度测试的基础上,开展了原位地应力(围压)条件下,桩端持力层深度岩块纵波速度测试,结果表明:强风化辉长岩(埋深69~80 m)的完整性系数为54.1%~58.8%,微风化辉长岩(埋深94~99 m)的完整性系数为77.2%~94.4%。随着风化程度的降低,地应力作用对岩体完整性系数的影响增强,考虑地应力作用下强风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了2.1%,微风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了5.2%。建议在超深嵌岩桩基础设计中,需考虑原位地应力对岩体完整性系数的影响。研究结果对嵌岩桩岩体完整性系数评价及超高层建筑地基勘察具有一定指导意义。     

强震作用下嵌岩群桩时程响应振动台试验

地震动荷载作用下，由于“群桩效应”,群桩基础表现出不同于单桩的动力时程响应规律.通过大型振动台模型试验，选取强度均为0.35g人工合成的5002波、5010波，以及典型的Kobe波、El-Centro波，探明嵌岩群桩基础的动力时程响应规律及基频损伤情况.振动台试验结果表明，地震波频谱特性对嵌岩群桩基础的各动力响应参数具有显著影响；El-Centro地震波作用时嵌岩群桩加速度峰值较大，桩顶峰值出现时刻较为滞后；Kobe波作用下，桩顶水平相对位移、弯矩峰值较大，但在El-Centro波时均出现最早；弯矩峰值均没有超出其抗弯极限承载力，且基频未发生明显变化，说明强震作用下群桩基础未发生损伤破坏；因此，可通过不同频谱特性的地震波对嵌岩群桩的抗震性能进行优化设计，并提出相应工程建议.     

旋挖成孔方式下螺纹状围岩粗糙度量化分析

嵌岩桩是大跨径桥梁工程中常用的一种基础形式。由于钻孔工具等因素,桩-岩界面上会形成系列起伏的三维粗糙体,其对桩基承载性能至关重要。因此准确量化实际三维桩-岩粗糙体的粗糙度特征,是建立基于界面粗糙度的桩基承载力设计方法首先需要解决的问题。为此,依托于马鞍山长江大桥深嵌岩桩基工程,在现场钻取含三维粗糙体的砂岩试样,利用三维激光扫描重塑桩-岩界面数字化模型,对其粗糙度特征值,面积扩展率S、相对平均起伏度Rs和桩-岩界面平均倾斜角θ 等进行量化分析;而后构建桩-岩界面试样开展3组界面剪切试验和3组界面抗压试样以计算试样的JRC3D值,并基于试验结果验证已有JRC3D经验计算方法对桩-岩界面的适用性。结果表明:（1）实际桩-岩界面既有规则的螺纹状凹槽,也有起伏较低的相对平整面,而非室内试验中规则粗糙体或不规则孔洞;（2）实际桩-岩界面粗糙度远大于岩体结构面和室内规则粗糙体,面积扩展率、相对平均起伏度和界面平均倾斜角均明显较大;（3）桩-岩界面JRC3D均值为26.15,大于岩体结构面（标准轮廓线上限值20）和室内规则粗糙体,可近似采用公式7估算。研究成果可为建立基于界面粗糙度的深嵌岩桩设计方法提供科学依据。     

支盘群桩在复合荷载作用下的承载特性研究

针对输电线路铁塔基础同时承受竖向、水平荷载的特点,依托实际工程开展了1 000kV特高压铁塔2×2挤扩支盘群桩真型试验,得到其在下压-水平荷载工况下的荷载-位移关系、桩端及承台土压力变化规律;并通过ABAQUS有限元软件,分析了不同桩间距、水平与下压荷载的比值对支盘群桩承载性能的影响.结果表明:在达极限承载状态时,支盘端阻力与桩侧摩阻力共占极限承载力的79.86%,承台占19.6%,桩端阻力占0.84%.因水平荷载对群桩的二阶弯矩效应,使得前排基桩的桩端阻力、桩身轴力均大于后排桩;但对于等径群桩,这种现象并不明显,所以基于前排桩在承受单向下压荷载与复合荷载时的桩身轴力,提出考虑水平荷载作用下的抗压承载力调整系数计算公式.     

复合桩基梁式承台受力性状模型试验

通过梁式承台系列的复合桩基室内模型试验,研究了极限荷载下不同桩距的桩-承台-地基土的受力性状.试验结果表明:承台梁在墙下条形荷载作用下,地基反力分布呈马鞍形;随桩间距的增大,桩对承台梁的支承作用逐渐增强,承台梁由整体受弯过渡到局部受弯,在梁式承台下桩的支承性质为弹性支座.建议在承台梁内力计算中,应结合上部荷载形式和地基反力的分布,考虑桩距对承台梁内力的影响,及桩间距增大对桩支承作用的增强效应.     

PHC管桩群桩效应数值模拟分析

本文运用FLAC模拟在承台竖向荷载作用下PHC管桩群桩,得出其荷载-沉降曲线,再与现场载荷试验所得曲线进行对比分析,结果证明二者数值吻合较好.然后进一步采用该FLAC模型讨论了在桩数不变的情况下,桩长L、桩间距Sa等对群桩效应及群桩效应系数η的影响.     

悬臂围护基坑开挖对邻近双桩基础影响的三维数值研究

目的研究悬臂围护基坑开挖引起地层移动对临近双桩基础的影响.方法运用岩土数值计算程序FLAC~(3D),采用修正剑桥模型模拟土体的非线性应力-应变关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面,通过与离心机试验结果的对比表明数值模拟能较准确反映临近桩基的位移和内力,然后就桩承台、桩到基坑距离、围护墙体刚度及桩顶竖向荷载的影响进行研究.结果双桩桩顶自由时的位移、内力等要小于同位置单桩,双桩带承台时前、后桩上部会产生负弯矩,随距离增大和围护墙刚度的增加双桩位移、内力和桩侧土压力等均减小,在桩基允许承载力范围内竖向荷载的影响很小.结论前后桩之间存在加筋和遮拦效应,前后桩通过承台相互作用且变形协调.