海上风力发电桩基础承载性能研究

本文经分析认为地基基础结构是海上风电的关键技术,应加强桩基础支撑结构体系在风、波浪等周期性荷载作用下的承载性状方面的研究。     

潮位对桩基础沉降影响的研究

深水环境中,大型桥梁的群桩基础沉降的影响因素是复杂的,其中包括有利的和不利的。通过实测数据分析潮位对桩基础受力的影响,借助数值分析的方法对潮位引起的群桩基础沉降进行定量。采用Duncan-Chang非线性模型与Biot固结理论相结合的方法建立群桩基础有限元模型模拟潮位对群桩基础沉降的影响。研究结果表明,潮位有加速桩基土体固结的作用,潮差越大这种作用越明显,沉降也就越小,对群桩基础的受力是有利的。     

低频循环荷载对桩基础承载力的影响

深水环境下的桩基础长期承受潮位的涨跌产生的低频循环荷载,从而增大了桩基础的工后沉降。室内模型试验结果表明,在低频循环荷载作用下,地基土逐渐被压密,从而产生硬化,但硬化的程度无法通过试验进行定量评价。利用ABAQUS有限元软件开展数值模拟,定量评价地基土硬化对桩基础承载性能的影响。     

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明：循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。     

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.     

桩端扩大头尺寸对承载性能影响模型试验

为了研究注浆加固体体积即扩大头尺寸对桩端承载性能的作用效果,本试验通过往PVC管内注浆,改变注浆量和PVC管尺寸来控制扩大头尺寸,然后以此开展室内单桩静载模型试验,最后采用了传统桩端沉降公式计算得出桩端阻力-位移曲线并与实测曲线对比.结果表明:桩端灌注水泥土形成扩大头的桩,相比未注浆的桩,其承载力显著提高,在相同的荷载下,其沉降显著变小;随着扩大头直径的增加,承载力持续增长,但每单位直径增加所提高的承载力先增后减,在工作荷载下对减少位移的效果呈递减趋势;端阻分担比在位移5cm后趋于稳定,其中桩端水泥土扩大头承担较高的端阻比例,且其比例随扩大头直径的增大而增大,由于水泥土受力较大,实际工程中应该注意桩端水泥土的强度;传统桩端沉降公式计算的桩端阻力-位移曲线与实测曲线吻合良好.     

砂土地基桩基础承载性状试验研究

通过湘阴湘江大桥两根试桩的静载荷试验,探讨了该地区砂土地基中桩基础承载性状及荷载传递机理,对比分析了同一长径比下,桩长对桩身轴力的传递和桩身侧摩阻力的发挥有较大的影响,Ⅰ号试桩属纯摩擦桩,Ⅱ号试桩属端承摩擦桩.在设计荷载一定的情况下,恰当选择桩长桩径使摩阻力的发挥达到最优状态是一个设计时值得考虑的问题.另外采用工程桩作为试桩,难以用静载试验确定桩的极限承载力.图8,参11.     

长短组合桩基础的竖向承载性能探析

对于长短组合桩基而言,长短桩的桩长、桩径等因素对其竖向承载性能均有较大影响.采用数值模拟的方法,针对影响桩基竖向承载性能的多种因素进行了分析.     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。     

基于模型试验的陡坡段基桩水平循环响应特性分析

为探究陡坡段桥梁基桩水平循环响应特性,设计并开展了不同循环次数、荷载幅 值和坡度条件下的水平循环受荷陡坡段基桩模型试验. 通过对比实测弯矩推导的地基反力分 布与实测地基反力分布,验证了实测数据的可信性,进而分析了桩顶水平位移、桩顶偏转角、 桩身弯矩及地基反力分布的演化规律. 结果表明：桩顶水平位移由弹性变形和塑性变形组成, 弹性变形基本保持不变,塑性变形随循环次数的增加而非线性增大,增加率逐渐减小,即塑性 安定;桩顶无量纲位移和桩顶转角均随循环次数的增加而非线性增大,且桩顶无量纲位移的 上包络线均可用幂函数y0/D=An0.11拟合;陡坡段基桩的单向水平循环响应主要受前100次循环 加载影响;桩身最大弯矩和最大地基反力均随荷载幅值和坡度的增大而增大,二者的位置均 随坡度增大而下降,但几乎不受荷载幅值影响.     

水平力(H)-扭矩(T)组合受荷桩承载特性模型试验研究

为探讨单桩基础在桩顶水平力(H)-扭矩(T)组合作用下的承载特性,研制了H-T组合加载装置.通过室内砂箱模型对比试验,获得了8组H-T组合工况下的桩身内力变形与承载力结果.其表明:相比于单一水平受荷或受扭桩的极限承载力(Hu或Tu),两种荷载的不同大小组合与加载顺序(H→T或T→H)均会导致相应桩身承载力的减小,且H→T组合的影响要比T→H组合明显,如2Tu/3→T时桩身水平承载力减小约12.4%,而2 Hu/3→T组合下桩身扭转承载力减幅达48.5%,故工程设计时不宜基于叠加原理计算HT受荷桩的承载力.在此基础上,采用基于MATLAB编制的可考虑桩周土约束及H-T耦合效应的改进杆系有限元法计算程序求解了不同工况下的H-T组合受荷桩的桩顶扭转角及桩身扭矩与弯矩,并将计算结果与模型试验值进行了对比分析.     

砂土中桩筏基础承载力的模型试验研究

本文设计一个试验模型来研究桩筏基础的承载力,对桩身轴力和桩顶反力、桩侧摩阻力、桩筏基础的沉降和承载力进行了细致的研究。试验结果表明：桩顶反力中心桩最小、边桩稍大、角桩最大;桩侧摩阻力的强化效应和退化效应同时存在;群桩基础的承载力一般由沉降控制。     

桩侧+桩端后压浆提高基桩承载力的工程实践

详述了某工程采用桩侧桩端联合后压浆提高基桩承载力的施工方法,并对后压浆的10根试验桩和未压浆的2根锚桩进行了现场检测试验,对实测数据进行了分析。结果表明:桩侧桩端联合后压浆桩的桩长满足要求,桩身结构完整;联合后压浆桩的承载力比未压浆桩的承载力提高70%以上;将静载试验的最大荷载确定为单桩竖向极限承载力是偏于安全的,工程桩极限承载力按8800 kN设计是可靠的;使用桩侧桩端联合压浆提高桩承载力的方案是可行的,但在施工过程中要正确选择后压浆的地层、控制好压浆量和压浆压力。     

高承台支桩群桩效应模型试验

设计缩尺模型试验,通过改变桩间距、支部位置、支部数量的模型桩试验与等截面桩试验的对比分析,研究砂土中高承台支桩的群桩效应。试验结果表明,含有支部结构的模型桩,其Q-s曲线多呈缓和形态,其具有优异的承载性能及抗沉降表现;桩间距对支群桩的影响不明显,支群桩的承载力随着支数、支层数的增加而增大,其沉降呈现减小的趋势,支层数的影响最为明显;在弹性阶段,支群桩的桩端阻力、支端阻力与支群桩的沉降位移呈线性正相关;支群桩的各桩桩侧的支部结构有效的分担部分荷载份额,其边桩优先比中桩发挥作用;支桩的群桩效应系数η基本接近于1,其各桩的承载力基本等同于单桩承载力。     

考虑挤土效应的桩基承载力分析

考虑了沉桩挤土效就引起的桩周土体的应力和孔隙比的变化及其对土体非线性性质的影响，修正了现有的荷载传递函数，编制了计算程序，并对一试桩资料进行计算分析，计算结果与试验结果吻合较好。     

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.     

固结状态不同的饱和软土中桩基竖向循环承载特性

为了研究地基土在不同固结状态下竖向循环荷载对桩基承载力的影响,在三组不同固结围压、固结度的饱和软土单桩基础中,分别进行了初始静载和循环加载后静载两个独立试验,其中循环加载采用位移控制,依次施加四个递增振幅。通过数值模拟进一步分析桩基承载力的循环弱化规律。结果表明:当循环荷载大于桩周土硬化应力阈值时,桩土系统会发生强度弱化和刚度软化,桩基动刚度随着循环次数增加而减小。地基土固结围压、固结度的增加使桩周土硬化应力阈值提高,桩土系统抗弱能力提高。当循环荷载小于硬化应力阈值时,桩土系统强度弱化不明显,甚至发生刚度硬化,桩基动刚度随着循环次数增加而增大。地基土固结围压越大、固结度越高,桩基极限承载力越大,弱化后的桩基极限承载力也越大,相应的残余承载比越小。循环加载时,桩侧摩阻力和桩端阻力共同弱化,桩端阻力的弱化速率滞后于桩侧摩阻力,桩侧摩阻力的弱化是该桩基承载力弱化的主要原因。     

对水泥土桩承载力确定的几个问题的分析

根据水泥土桩桩－土接触面载荷传递模型试验、水泥土桩与灌注桩承载力的现场足尺对比试验和有限元分析,对水泥土桩载荷传递机理和破坏机理进行了分析,对水泥土桩复合地基栽荷试验承压板－桩－土相互作用进行了分析研究,进一步分析了复合地基载荷试验方法对单桩进行检验的局限性,辩证分析了褥垫层对水泥土桩复合地基承载力确定的影响,不能简单地认为垫层对提高复合地基承载力和减少沉降是有利的,本文还对单桩破坏模式及承载力的评定方法提出了建议。