基于桩侧阻概化模式的基桩均化附加应力系数研究

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,在现有Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降基础上,提出任意布桩模式下基桩均化附加应力系数数值计算方法。针对特定侧阻分布概化模式给出不同长径比、不同桩距条件下的基桩均化附加应力系数表格,为手算群桩基础沉降所需的均化附加应力计算提供有效的简易方法。提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

Mindlin解均化应力法计算桩基沉降及工程应用

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,总结了Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降的具体步骤细则。针对计算中具体问题,诸如压缩层计算厚度、上部结构刚度贡献、变刚度调平设计中桩类型的多样性,结合特定侧阻分布概化模式不同长径比、不同桩距条件给出基桩均化附加应力计算简易方法。应用所提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降,通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

基桩桩端平面下竖向均化附加应力研究及应用

文章基于Mindlin解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑基桩投影面范围附加应力的差异效应,在现有Mindlin解分层总和法计算群桩基础沉降基础上,提出基桩均化附加应力计算方法。针对特定侧阻分布概化模式给出不同长径比、不同桩距条件下的基桩均化附加应力系数表格,为手算群桩基础沉降所需的均化附加应力计算提供有效的简易方法。文中提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降,通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

群桩基础地基中的竖向附加应力性状研究

根据我国４幢高层建筑桩基础的共同作用分析成果，对群桩基础中桩的荷载传递特性，桩间土、下卧层土中的竖向附加应力分布特性作了研究。结果表明，群桩的荷载传递特性与单桩不同，群桩基础在下卧层地基中的竖向附加应力分布特性也明显地区别于等代深基础。按本文方法得到的群桩基础地基中的竖向附加应力，用分层总和法计算地基变形，无论是桩间土的变形特性还是桩基沉降量均与现有的实测成果比较一致     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

群桩基础柔度矩阵在桩基工程中的应用

大规模群桩基础是随建筑物不断增高、上部荷载逐渐加大而出现的一种复杂成桩形式。软弱地基中群桩基础的内力和沉降分析一直是岩土工程中的重要课题,也是工程设计中非常关键的一部分。基于Mindlin应力公式构建了在集中荷载作用下土体竖向应力计算模型,并通过编制的程序重点研究了不同计算参数下群桩基础的柔度矩阵形式和分布规律,得出考虑群桩与承台变形协调的桩-土荷载分担比。最后结合算例将编程结果与建筑地基基础设计规范算法对比分析,表明该数值分析算法较为准确。     

群桩基础沉降计算中的几个问题

深厚软土地基中群桩沉降的预测一直是工程设计中的难点。本文分析了群桩基础中应力扩散的规律,提出了桩端附加应力的简化计算方法,指出国家桩基规范计算的桩端压缩层厚度偏大。讨论了目前国家建筑桩基技术规范中关于群桩沉降计算中的几个问题,包括压缩层厚度、模量取值、应力计算等,提出了相应的群桩沉降计算方法,并和工程实测数据进行了比较。     

合理运用Mindlin公式计算桩端附加应力的探讨

规范推荐的桩基沉降计算中,其桩端下附加应力系根据Mindlin解所得的Geddes应力公式来计算,其理论依据是简化为半无限体内一竖向集中力推导出来的,计算结果会在桩端附近产生较大的应力集中现象,导致桩端计算厚度范围内应力大大超过土的强度,使计算失真,沉降偏大。而且,规范没有明确分层总和法中计算分层厚度的选取,导致不同的计算分层厚度会影响最终沉降值。因此,本文推导出方桩和圆桩情况下考虑桩端截面影响的附加应力公式,用于计算桩身轴线下的应力;并且在竖向关于z进行再积分,得出了桩端下竖向附加应力面积的解析式,这样分层厚度一般可取自然土层厚度,不必再划分较细的计算层厚度,避免了计算分层厚度成为影响沉降值的因素。     

基于Mindlin解的单桩竖向附加应力系数

基于考虑桩径影响的竖向荷载下Mindlin应力解,将单桩端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布侧阻产生的应力表达为各分项阻力与相应附加应力系数的乘积,并将附加应力系数表示为以深径比h/d和距径比ρ/d为自变量的函数以描述其空间变化。这样使得附加应力系数物理意义直观明晰,应用简单。通过对单桩附加应力系数的三维图形和附加应力系数表的分析表明:①端阻附加应力系数由桩端平面呈现柱状分布随深度演变为锥形分布,空间衰减迅速;端阻附加应力系数基本不随长径比l/d而变;②侧阻附加应力系数由桩端平面的长桶喇叭形分布演变为漏斗形分布,空间衰减缓慢;正三角形分布侧阻与矩形分布侧阻相比,其附加应力系数上部较大,且衰减较快;③侧阻是群桩应力叠加效应的主要因素,端阻影响甚微。     

基于Mindlin应力解近似计算路堤桩沉降

由于桩间土的分担荷载大部分以负摩阻力的形式传递给桩,因此近似假定路堤桩为上部荷载直接作用在中性点处的桩基,以此作为桩侧摩阻力的分布模式,用Mindlin应力解计算路堤桩地基中的附加应力与沉降,计算结果与实测结果的吻合程度较好。     

规范Mindlin方法计算群桩沉降时参数α,β的影响分析

通过自编的Mindlin群桩沉降计算软件,对规范中新引入的群桩沉降计算方法——Mindlin方法中两个重要计算参数α,β的影响进行了研究分析。α对桩端附近上下各约8d范围内应力相对集中区域的应力场影响较为明显,从而影响沉降计算结果,因此应根据工程经验或实测资料合理确定α值;β取值大小决定了桩侧摩阻力的分布形式,其影响主要体现在桩身范围内,而对桩端以下应力场的影响较小,因而规范规定对于一般的摩擦型群桩基础,采用此法计算桩基沉降(只计算桩端以下地基土的压缩量)时可取β=0的做法是可行的。     

基于Mindlin应力解的大直径灌注桩单桩沉降计算

对某公路桥梁灌注桩进行了静载试验和内力测试,采用考虑桩径影响的Mindlin应力解进行了桩基沉降的数值计算,同时侧摩阻力分布形式采用矩形荷载简化和三角形荷载简化,按分层总和法计算桩端沉降,计算结果表明,采用考虑桩径影响的Mind-lin应力解计算大直径灌注桩单桩沉降的方法具有较好的适用性。     

基于Geddes应力解的桩筏基础沉降计算

桩基础沉降计算理论在国内应用较多的是Geddes应力法,目前在应用Geddes解计算桩基础沉降时,一般不考虑筏板刚度的影响,假定所有桩均分上部荷载,理论上存在缺陷。为了使桩筏基础的沉降计算更加合理,本文将薄板理论与Geddes解结合在一起,提出分析桩筏基础的新方法。该方法采用Kirchhoff薄板理论模拟基础底板,土被当成各向同性弹性半空间体,桩与桩之间以及桩土之间的相互作用通过Geddes解实现,采用有限单元法计算出每根桩分担的荷载,据此桩顶荷载,根据Geddes解计算桩基沉降。本方法解决了桩基沉降计算理论上的不足,使计算原理和计算结果更加合理。同时,在有限元计算中,采用对角阵近似代替群桩的满秩刚度矩阵,使计算时间大大缩短,能够分析较大规模的桩筏基础。     

角桩缺损情况下群桩基础承载特性分析

某连续刚构桥1号墩采用3×3的群桩基础,桩基超声检测发现承台下角区一根角桩桩身完整性不良,经钻孔验证其桩身存在缺损。为保证安全,分别按照缺损角桩为摩擦桩和缺损角桩缺失两种工况进行了桩基承载力验算,并进一步采用数值模拟方法,分析缺损角桩对群桩基础承载特性及承台受力变形的影响。结果表明,承台最大主拉应力、最大主压应力作用区域随角桩缺失区域移动;考虑最不利情形,角桩缺损时承台的应力和变形变化不大;角桩缺损对承台以及上部结构承载能力及正常使用性能的影响较小。同时考虑桥梁长期服役性能,建议对缺损角桩进行桩端后压浆处理,以防止缺损角桩桩端沉降过大导致群桩承载力下降而危害桥梁结构安全。     

承台刚度对受荷群桩基础承载性状的影响研究

既有建筑下挖增层改造将引起群桩基础产生附加沉降。笔者引入双曲线模型来模拟桩端和桩侧阻力的发挥机理;考虑到群桩基础之间存在复杂的桩-桩、桩-土相互作用,结合剪切位移法导得双曲线模型参数的计算方法;通过荷载传递法建立群桩基础刚性承台条件下的控制方程,并结合Plaxis 3D数值分析软件验证了该计算方法的可行性。最后,研究了既有建筑下挖增层改造对刚性和柔性承台群桩基础承载性状的影响因素。结果显示:刚性和柔性承台顶部沉降比随着开挖深度的增加大致呈线性增加;在同一开挖深度时,沉降比随着顶部荷载的增加而有所增大,且柔性承台的沉降比大于刚性承台的沉降比;群桩基础中的桩间距对承台顶部沉降比会有一定的影响;在既有建筑下挖增层改造过程中,群桩基础承台应做成刚性承台。     

竖向荷载下桩身压缩和桩基沉降变形研究

随着我国建设规模的扩大,桩基础领域发展迅速,长桩基础被越来越多的工程所采用.工程实测表明,桩侧土模量较高的非软土地区,长桩静力试桩的荷载传递和桩身压缩性状与软土地区超长桩性状相似,长桩的桩身压缩量相当可观,计算中应予以考虑.目前的桩身压缩测试结果大都基于工程试桩所得,通过现场大型单、群桩模型试验,深入研究群桩基础承载力、桩身压缩和土体压缩沉降性状.主要研究内容如下:(1) 通过系统模型试验,研究单、群桩基础的承载力性状.群桩中基桩桩身轴力、侧阻力的分布形式因位置的不同而不同.群桩端阻表现出明显的沉降硬化效应,即随着群桩基础沉降的增大,端阻力都会有不同程度的提高,且在较小桩距条件下提高程度较大,在较大桩距条件下提高程度较小.(2) 工程实测表明,桩身压缩产生的沉降始于加载初期,并伴随加载全过程.桩侧土压缩模量较高的非软土地区,长桩静力试桩的荷载传递和桩身压缩性状与软土地区超长桩性状相似,长桩的桩身压缩量相当可观,计算中应予以考虑.(3) 群桩试验表明,桩间土的竖向变形在桩顶处最大,随着深度的增加,桩间土的竖向变形逐渐变小.桩间土除了产生剪切变形(桩、土相对位移)外,还出现压缩变形.(4) 同一荷载水平下,桩端以下土层的沉降值随深度的增加而减小,整体压缩主要产生在距桩端一定厚度的土层范围内,即土层距桩端越近,单位厚度土层的整体压缩量越大;同一深度处,土体整体压缩沉降值随荷载的增大而增大.(5) 当复合基桩分担荷载值一定时,大桩距群桩桩端整体压缩沉降值较小桩距群桩小;桩数多的群桩桩端整体压缩沉降值较桩数少的群桩大,这是由于群桩效应增强所致,即桩距一定时,随着桩数的增多,桩与桩之间的增沉效应增强.(6) 群桩桩端平面以下地基土,其整体压缩变形及压缩层深度因桩距的不同差异很大,即在P=Pu/2(其中,P为群桩承载力特征值,Pu为群桩极限承载力)荷载条件下,大桩距群桩基础地基土整体压缩变形及压缩层深度较小桩距小,这与粉土、软土中群桩试验的结果一致.(7) 研究了桩侧阻力分布模式对桩身压缩沉降的影响机制,给出了考虑不同侧阻分布模式时,桩身压缩系数的3个计算公式:ξe正三角=0.33α+0.67,ξe矩形=0.50α+0.50,ξe倒三角=0.67α+0.33其中zξe正三角,ξe矩形,ξe倒三角,为不同侧阻力分布模式下的桩身压缩系数,α为端阻比例.(8) 给出了小桩距群桩基础的沉降计算公式:s=ψn∑(i=1)σgzi-Esi△zi+se 其中,s为计算沉降值;ψ为沉降计算经验系数;σgzi为群桩各基桩对应力计算点桩端平面以下第i层土1/2厚度处产生的平均附加应力之和;Esi为第i计算土层的压缩模量,采用土的自重压力至土自重加附加压力作用段的压缩模量;.zi为第i计算土层的厚度;se为计算桩身压缩量.该公式可考虑桩身的压缩、桩数、群桩的几何特征、侧阻力分布模式、端阻比例等因素对桩基沉降的影响.(9) 基于目前规范中给出的压缩层厚度确定方法,通过压缩层厚度计算方案的比较,确定了压缩层厚度计算公式.(10) 在已有的考虑桩径影响Mindlin解竖向应力系数的研究成果上,给出了小桩距群桩基础的平均竖向应力系数的数值解,制作相应的数据表格,该表格可供相关的工程设计人员手算沉降量时使用.     

基于荷载传递法的高承台桩基沉降计算方法研究

沉降计算是高承台桩基设计中的难点所在。为探讨高承台群桩基的沉降性状与计算方法,首先,基于Cooke法导得桩基侧摩阻力在其周围土体中产生的位移场分布,并考虑邻近桩基的存在所引起的位移折减效应,经迭加后获得桩侧单位厚度土的等效刚度系数;然后,通过对Boussinesq解进行桩的入土深度修正,导得桩端土的等效刚度系数。在此基础上,提出一种新的基于荷载传递法的高承台桩基沉降计算方法,并利用该方法对一模型桩试验结果进行了分析比较。结果表明,按该文方法获得的沉降预测值与实测值吻合较好。     

减沉桩基变形控制机理的案例分析

桩数沉降关系是按变形控制设计桩基础(减少沉降桩基础设计)的重要依据,受荷载大小、桩位布置和场地类别等多个因素共同影响。结合某工程现场实测数据,运用近似数值方法和平面应变有限元方法对2幢采用不同桩数的多层住宅桩筏基础进行计算分析,研究不同桩间距对地基压缩变形、基础内力和土体应力应变分布的影响,对桩数减少一半时基础沉降几乎没有变化这一问题给出合理解释。结果表明,作用于基础顶面的荷载水平越低,桩侧与桩端土层可压缩性差异越小,基础沉降量对桩数变化越不敏感。对于深厚软土地基中的低承台群桩基础,按变形控制进行桩基设计,能最大程度地节约基础用桩量,可获得十分显著的经济效益。     

路堤柔性荷载下的粉喷桩复合地基内的附加应力分析

路堤柔性荷载作用下粉喷桩桩身与土上部的位移不协调即桩顶及桩端的刺入变形,宜采用弹性力学中的Mindlin解与Boussinesq解联合求解,计算粉喷桩复合地基内的附加应力和地基沉降。工程实例计算表明,应用上述方法求解的复合地基沿深度的附加应力曲线,与用单一Boussinesq解求解的天然地基沿深度的附加应力曲线差别很大。应用此方法求解总的附加应力及所计算的最终地面沉降,与工程实例的实测结果吻合较好。