根键布置方式对根式基础竖向承载性能的影响

文章通过现场试验和数值分析探讨根键布置方式对根式基础承载性能的影响；建立池州长江公路大桥根式基础的数值计算模型，与现场堆载试验得到的荷载-位移曲线进行对比，验证数值模型的正确性；通过分析桩顶荷载-位移曲线、桩身轴力和桩侧摩阻力，探讨根键水平布置方式、根键布置位置和相邻根键层间距对根式基础竖向承载性能的影响。结果表明：相比于传统桩基础，根键梅花形布置和等角度布置时，桩的承载力分别提高65.28%、46.71%,根键能够增大桩侧摩阻力和减小桩端阻力；根键梅花形布置能够减弱应力重叠，充分发挥根键承载潜力；根键布置在下部时，相对于布置在上部和中部，桩的承载力分别提高34.51%、14.69%,同时根键布置在下部能够减小桩端阻力；根键层间距较小时，根键端部形成环形剪切面，此时根键无法发挥作用，随着层间距增大，根键间相互影响逐渐减弱，根键趋近于独立承载。     

地下连续墙-桩组合基础的水平承载性能

地下连续墙-桩组合基础是将地下连续墙与桩基础结合的一种新型变刚度基础形式。从设计理念上讲,地下连续墙-桩组合基础具有较好的抵抗侧向变形的能力且兼具经济型,然而目前还缺乏从受力特性角度对该新型基础形式的受力机理进行系统的研究。基于开展的大比尺现场模型试验真实模拟新型组合基础在水平荷载下的受力,将试验和数值模拟结果对比得出基础的荷载与位移的变化规律。通过分析不同等级荷载下组合基础的变形特性,揭示基础的荷载传递规律,并对桩墙组合基础的水平承载力进行了初步近似计算。结果表明：水平荷载作用下组合基础出现整体倾斜破坏;墙身弯矩远大于桩身弯矩,桩墙弯矩随加载等级的递增而逐渐增大,且弯矩最大处位置与弯矩峰值位置不变;随埋深、荷载的增加,墙侧土压力呈现非线性变化,地连墙边侧土压力大于中间土压力,并且最大土压力出现在连续墙中下部。     

V-H组合荷载作用下基坑围护结构变形特性分析

为了探究竖向荷载(V)和水平荷载(H)组合作用下的地铁车站围护结构变形特性,以南宁地铁5号线某地铁车站基坑为依托,首先采用FLAC3D有限差分软件对基坑开挖支护进行数值模拟,将受V-H组合荷载和仅受水平荷载作用的基坑围护结构变形计算结果进行对比分析,然后将数值计算得到的规律与现场监测数据进行对比验证.结果表明:现场实监测值与数值计算值较吻合,受V-H组合荷载和仅受水平荷载作用的基坑围护桩变形形式一致,预先作用的竖向荷载对桩身变形形式的影响较小;预先作用的竖向荷载能使围护桩身最大水平位移位置下移,下移深度约为开挖深度的12.5％;监测结果显示,V-H组合荷载下的围护桩身最大水平位移增大约27％,削弱了围护桩的水平承载力,同时预先作用的竖向荷载使内支撑轴力增大约10％.     

根式沉井基础竖向承载特性数值模拟分析

根式沉井基础,是采用沉井预留顶推孔,待沉井下沉到设计标高后,在土层中顶推预制的根键,在保证根键与沉井固结后形成的一种仿生的基础形式,使其承载力得以提高,通过FLAC3D数值模拟研究根式沉井基础Q-S曲线和井身变形情况,并与试验结果进行对比分析,总结其竖向承载特性.结果表明:根式沉井基础的竖向承载力比同等长度和直径的普通沉井基础大幅提高,根键作用效果明显;竖向荷载作用下井身自上而下竖向位移相差不大,随荷载增大根式沉井基础井身始终处于弹性状态,根键周围部分土体出现塑性变形破坏.     

细颗粒对海洋桩基水平承载力的影响规律研究

在传统m法的基础上,基于塑性变形理论,建立了桩基地基反力系数理论计算公式,提出了基于塑性变形理论的桩基水平承载力理论计算方法,本方法能够有效反映地基土基本力学参数对桩基水平承载力的影响规律.结合海洋土地基不同细颗粒和伊利土含量的强度和变形特征分析,研究了不同桩顶位移下海洋性桩基水平承载力变化规律.研究显示:在同种破坏模式下,海洋地基土中伊利土含量越高,桩基水平承载力越大.但伊利土含量的不同可能导致地基土破坏模式的变化.当伊利土含量达到10%后,海洋土开始由软化型破坏向硬化型破坏转变.由于变形特性的改变,使得不同位移控制下水平承载力规律呈现非线性变化特征.当伊利土含量5%时,允许桩顶位移为5 cm的桩基水平承载力比1 cm的增大182.9%;当伊利土含量15%时,允许桩顶位移为5 cm的桩基水平承载力比1 cm的增大214%.常规设计采用一种位移控制确定水平承载力的方法没有考虑地基土层变形破坏模式的影响,无法实现科学的优化设计,针对海洋性地基建议根据外海地层变形破坏模式考虑多位移控制下的水平承载力优化设计方法.本方法为研究海洋桩基水平承载力设计提供了新的思想,并在没有现场试验的条件下增加了桩基水平承载力设计的科学性.     

多次注浆微型桩水平承载力试验与数值模拟分析

通过不同施工工艺微型灌注桩的现场水平荷载试验及数值模拟,研究微型灌注单桩水平承载力的主要影响因素.试验考察多次注浆工艺对微型灌注单桩水平荷载位移曲线形式、临界荷载、极限荷载、桩周土抗力系数的比例系数(m)等的影响.数值模拟对比分析注浆量及注浆范围对单桩水平承载力的影响程度.结果表明:多次注浆工艺可明显改善水平荷载作用下微型灌注桩的变形及工作性状,有效提高微型单桩的水平承载力;在对多次注浆微型桩进行水平承载力设计时,m应取规范所给的最大值;桩土最优刚度比为100∶1,最佳注浆深度为4D.最后初步探讨了微型桩桩周多次注浆施工工艺提高单桩水平承载力的机制.     

基于能量法的基桩变形P-Δ效应模拟分析

复杂荷载下基桩受力分析是桩基设计计算重要内容之一.引入能量原理,针对基桩荷载倾斜与偏心的特殊情况,并考虑土体的成层特性,建立了三维基桩-土体系统能量控制微分方程.在此基础上,结合不同边界条件及桩土位移条件,基于有限差分方式得出了倾斜偏心荷载下基桩位移的半解析解答,该解答可充分考虑轴向与横向荷载共同作用对基桩变形的P-Δ放大效应.而后,开展了倾斜偏心荷载下单桩的室内模型加载验证试验.对比结果表明,本文理论解答与试验测试结果吻合较好,较好地模拟了组合荷载下基桩变形P-Δ放大效应.最后,对影响基桩P-Δ放大效应的主要因素进行了分析,结果表明,轴、横向荷载相对大小、桩顶自由段长度、桩身刚度及浅层地基土刚度等都对P-Δ放大效应有较大影响.     

等质量圆形基础与风电空心锥形基础承载特性

空心锥形钢筋混凝土基础是一种新型陆地风电基础形式。通过开展数值模拟,研究了在钢筋混凝土用量相等情况下,空心锥形基础与传统重力式圆形基础在水平荷载、竖向荷载及弯矩作用下的承载特性和基础周围土体变形规律,探讨了基础尺寸、比尺效应对基础承载力和土体变形的影响。研究表明:相较于圆形基础,空心锥形基础水平承载力提高幅度为202%～456%,并能有效控制基础位移;弯矩承载力大幅提升5.1～7.9倍;竖向承载力最大提高35.5%。空心锥形基础水平极限承载力随径高比(基础顶面直径与高度之比)的增大逐渐减小,竖向与弯矩极限承载力随径高比的增大而增大。随锥形基础径高比增加,在水平荷载和弯矩作用极限状态下,基础周围土体隆起量逐渐减小;竖向载作用下,土体变形范围逐渐增大。对基础极限承载力进行无量纲化处理,研究比尺效应对其影响,发现比尺效应对基础竖向承载力影响较大,对水平和弯矩承载力影响较小。     

考虑混凝土损伤和钢筋屈服的海上单桩基础水平承载特性数值分析

采用三维非线性有限元方法对水平荷载作用下海上单桩基础力学响应进行了比较系统的数值分析.桩身混凝土采用弥散开裂模型,钢筋采用基于Mises屈服准则的理想弹塑性本构模型.首先对已有的基桩水平静载原位试验进行了数值模拟,计算结果与相关试验数据比较吻合.进而探讨桩周土内摩擦角、变形模量、桩体配筋率及竖向荷载水平等对海上单桩桩头水平位移与水平承载力的影响,结果表明:增大桩周土内摩擦角可有效提高桩基水平承载力.配筋率较低的单桩,其水平承载力容许值主要受桩身开裂控制,而对于配筋率较高的桩,水平承载力容许值受桩头水平位移控制.由上部结构物传递下来的竖向荷载有利于桩顶侧移的减小,但同时会增加桩身最大弯矩,最优竖向荷载水平为单桩竖向极限荷载的0.4~0.6倍.     

砂土中吸力式三筒基础水平承载特性试验研究

通过一系列小比尺模型试验对吸力式三筒基础水平荷载作用下的承载特性进行了研究,分析了长径比、荷载作用方向和筒间距对吸力式三筒基础承载力影响,试验包括3个长径比、3个荷载作用方向以及3个不同筒间距.试验结果表明:不同工况条件下得到的吸力式三筒基础荷载-位移曲线特性有所不同.相同筒重、不同筒间距下,增大筒的长径比有利于提高水平承载力,但在基础失稳前,沉箱基础模型水平位移随长径比的增加而增大.荷载作用方向对吸力式三筒基础联合工作区域影响显著,荷载最有利方向为0°,此时对应的联合工作效应区域最大;最不利方向为60°,此时筒-土间的联合工作效应最弱.相同尺寸和荷载方向条件下,随着筒间距的增加,承载力有不同程度的上升,长径比越大,承载力增加幅度越明显.     

泥岩地基中动力打入桩竖向承载特性现场试验

为深入研究泥岩地基动力打入桩的竖向承载特性,开展了泥岩地基打入桩单桩竖向抗压静载试验,分析了试桩的沉贯与承载特性,探讨了地下水对试桩承载性能的影响,基于静载试验结果,对比分析不同理论预测模型的单桩极限承载力计算值,评估了模型的适用性。结果表明:试桩的极限承载力与打桩能量有关,不同的打桩能量对桩周泥岩造成不同程度的扰动损伤,进而影响试桩的承载性能;对比桩周泥岩遇水与试桩破坏情况,发现桩周泥岩浸水软化与否,与桩的破坏无直接关系;对比不同模型的极限承载力预测结果,认为双曲线模型更适合本试验场地泥岩的性质,预测曲线变化趋势和实测值吻合度较高;指数模型预测值与实测值产生较大差异的原因为试桩在最后一级荷载的非正常破坏,泥岩地基打入桩受超孔隙水压力、软硬互层及打桩过程扰动的影响,单桩承载力在很大程度具有不稳定性。     

砂土中螺旋桩在斜拉荷载作用下的承载性能

为研究斜拉荷载倾斜角度和叶片埋深对螺旋桩极限承载力的影响,基于ABAQUS软件构建了砂土中螺旋桩的有限元模型,通过螺旋桩水平承载机理砂箱试验与竖向拉拔试验数据,对模型的准确性和可行性进行验证。设置4组不同叶片埋深的螺旋桩模型,分别施加不同角度的斜拉荷载,探讨了砂土地基中螺旋桩的承载性能与斜拉角度、叶片埋深的相关性。结果表明:砂土中螺旋桩的极限承载力随着斜拉角度的增大不断减小;当斜拉角度小于30°时,螺旋桩极限承载力与斜拉角度的关系曲线近似呈线性;螺旋桩极限承载力存在一个临界埋深比,当埋深比大于等于4时,承载力不随埋深比的增大而变化。推导了深埋状态下螺旋桩受斜拉荷载作用的极限承载力公式,经验证该公式能较好反映螺旋桩极限承载力随斜拉角度增大而逐渐下降的规律。     

基于图解法的嵌岩抗拔桩极限承载力分析

基于嵌岩抗拔桩现场试验结果,采用图解法对实测荷载-位移曲线进行极限承载力判定取值,并将判定值与实测值进行比较。结果表明,初始直线斜率法受到3.8 mm位移增量的限制,对嵌岩抗拔桩极限承载力取值为实测值的42.0%～102.4%,平均66.0%,偏于保守;双直线交点法的取值为实测值的85.2%～98.5%,平均94.8%,较为合适;L_1-L_2法的L_1取值仅为实测值的15.5%～64.1%,平均29.7%;L_2取值方法是现行桩基规范中确定极限承载力的判据之一。当基础变形有严格特殊的要求时,在试桩荷载-位移曲线特征明显的情况下,L_1-L_2法可以用于试桩承载变形分析,但并不适合用于确定极限承载力。     

基于圆孔扩张理论散体材料-混凝土桩承载力计算*

地基加固处理中应用广泛的碎石桩易于在桩顶发生鼓胀变形破坏,为解决此问题,提出一种新型优化复合地基形式,即散体材料-混凝土桩复合地基。采用圆孔扩张理论,基于Mohr-Coulomb屈服准则,用极坐标轴对称问题对散体材料-混凝土桩进行Vesic圆孔扩张压力求解,并由此推导出桩间土体内摩擦角φ=0和φ≠0时散体材料-混凝土桩的极限承载力计算公式。将计算方法应用于已有试验,并展开对比分析,结果表明该计算公式的计算结果与现场试验结果较为接近,验证了基于圆孔扩张理论对该新型桩进行极限承载力计算的准确性。     

碎石土斜坡桩基水平承载特性模型试验

承受水平荷载的桩基,在水平和斜坡场地其水平承载力存在明显的差异。为了研究碎石土斜坡坡度对桩基水平承载力的影响,采用碎石土作为斜坡土体模型。通过室内水平静载模型试验,获得不同斜坡坡度下桩基水平承载力的变化规律;在此基础上提出基于水平场地计算斜坡桩基承载力的简便计算公式,可为碎石土斜坡桩基础设计计算提供参考。     

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。     

基于DIC数字散斑技术的钢护筒—混凝土单桩轴压力学性能试验研究

对于检测钢护筒的约束作用对钢筋混凝土单桩轴向力学性能影响方面的问题上,以往的轴向位移检测手段主要由应变片和千分表等仪器进行检测,而对新兴的变形检测技术—DIC数字散斑动态应变测量分析系统的运用较少,因此本文主要借助DIC技术进行桩体位移检测,通过控制变量法制作无钢护筒—钢筋混凝土桩,薄壁钢护筒—钢筋混凝土桩以及厚壁钢护筒—钢筋混凝土桩三种类型的混凝土桩,采取逐级轴向加压的方式,研究钢护筒的约束作用对钢筋混凝土单桩轴向力学性能影响的主要因素,包括有无钢护筒约束作用,钢护筒壁的厚度等。试验结果表明,钢护筒的存在极大的提高了钢筋混凝土桩的极限承载力,增大了核心混凝土的变形能力;在相同的轴向加压方式下,不同种类的钢筋混凝土桩的轴向承载力和变形能力有区别;随着钢护筒壁厚的逐渐增大,钢筋混凝土桩的轴向极限承载能力也逐渐增大;在钢筋混凝土桩未发生屈曲现象前,三种构件的轴向荷载—位移曲线基本重合,说明轴向荷载主要由钢筋混凝土桩承担。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析.结果表明:变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩...     

钢纤维混凝土桩承载特性模型试验

为研究钢纤维混凝土桩在竖向荷载作用下的承载力、桩身应变特点以及桩体的破坏现象,就不同直径的钢纤维混凝土桩和素混凝土桩进行了静载试验.沿桩体纵向布置应变片,监测其应变.试验完成后,开挖出桩体,对比分析钢纤维混凝土桩和素混凝土桩的破坏特点.结果表明:掺入钢纤维能有效增大桩体抵抗压缩变形的能力;钢纤维混凝土桩桩径由4.5cm增至7.0cm时,桩体抵抗压缩变形的能力增大,单桩极限承载力增大,但当桩径由7.0cm增至8.0cm时,桩体的压缩变形和极限承载力变化较小;2种桩体发生破坏时均为桩体两端出现裂缝甚至破损,钢纤维有效地提高了素混凝土桩的抗裂性能.根据试验结果,给出了设计钢纤维混凝土桩的几点建议.     

基于可靠度理论的嵌岩桩自平衡转化系数研究

嵌岩桩作为桩基础的重要分支，在基础工程领域已得到广泛使用，其竖向承载力通常认为由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。统计了5个实际工程中合计62组分别采用传统静载法和自平衡法的嵌岩桩竖向极限承载力对比测试数据。对测试数据进行了归一化处理之后，采用贝叶斯优化计算了服从对数正态分布的模型因子统计参数。挑选了合适的可靠度指标求解方法计算了不同自平衡转换系数对应的嵌岩桩竖向承载力的可靠度指标，分别探讨了活载效应与恒载效应比值、安全系数以及荷载效应统计参数等因素对可靠度指标的影响。结合各行业规范并考虑最不利原理确定了嵌岩桩竖向承载力合适的目标可靠度，给出了该目标可靠度对应的自平衡转换系数推荐值。