基于堆场超载的引桥损伤检测与加固方案探讨

长江下游某件杂货码头后方堆场由于超载引起相邻引桥出现较大水平位移。通过对引桥排架和上部结构水平变形与损伤现场检测，利用ＡＢＡＱＵＳ建立引桥排架与地基土相互作用的三维有限元模型，分析排架的受力和变形以及引桥排架和上部结构的损伤程度。综合分析损伤对引桥运行安全的影响，提出排架中部增设钻孔灌注桩加固、排架二侧增设预制桩加固和调整排架位置拆除重建等方案，经过技术经济分析，推荐采用排架中部增设钻孔灌注桩的加固方案。     

高桩梁板码头桩基结构设计方案比选研究

某高桩梁板码头工程所处地段天然岸坡较陡,桩基持力层埋深较浅,采取常规PHC管桩方案时排架位移较大。通过对不同桩型进行比选,采用码头专业计算软件,对不同排架间距下多种桩基组合及不同布置形式的基桩内力和排架位移进行计算,提出了将PHC管桩和嵌岩钢管桩进行组合的桩基设计方案。组合桩基结构方案码头排架水平位移小、承担外荷载大、各桩内力较均匀。工程检测及监测结果表明,高桩码头中采用组合桩基是可行的,这一新型结构的设计理论及工程实例可供同类工程设计参考。     

桩基倾斜度对低应变反射波法割桩损伤的影响

低应变反射波法用于已建高桩码头的桩身结构完整性检测时,需要割桩设置传感器和激振两个平台,因而对桩身产生一定损伤。运用大型通用有限元软件ANSYS对比了不同倾斜度桩基在完好状态和检测状态下桩身应力的变化,分析了有割桩损伤侧桩身应力集中程度。结果表明:割桩损伤会导致割桩处出现应力集中,其影响范围主要在割桩处1.0 m之内,桩身受力最不利截面从桩基与横梁联接处移至割桩平台处。割桩处的应力集中程度与桩基的倾斜度相关:正斜桩应力集中程度最高,直桩次之,反斜桩应力集中程度最低。因此,对于以船舶撞击力为控制荷载的高桩码头,在低应变检测桩数目的前提下可增大抽检桩中反斜桩的比例。低应变检测桩基后应对割桩处1.0 m范围内进行修补,以确保桩基水平承载性能。     

后方土体淤积下高桩码头桩基变形规律分析

针对高桩码头结构受后方岸坡不断淤积影响下的变形破坏问题,采用有限差分法分别建立高桩码头与岸坡土体耦合的整体结构段模型和单排架模型,研究了码头桩基随土体淤积进程的位移变化规律。结果表明：码头结构整体以竖向位移为主,并向后方岸侧倾斜,桩基顶部水平位移明显小于桩身下部水平位移,由于桩身弯曲,桩顶处受力最为不利;单排架模型与整体结构段模型中间排架各桩基的位移计算结果更为接近,最大偏差为5.46%,且采用单排架模型可显著提高计算效率,但不能反映出不同位置排架的变形差异。     

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础双向承载结构分析

斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础将同时承受上部结构传递的竖向荷载与流水冲击产生的水平荷载,结构受力较平地桩基而言更为复杂。结合某工程实例,通过现场静载荷试验与数值模拟对比,分析了竖向荷载对桩顶位移及桩身应力的影响,研究了钢-混凝土复合桩的应力及桩身弯矩变化规律。结果表明:在竖向荷载及水平流水荷载作用下,柱顶竖向位移约为水平位移的2倍,且当竖向荷载超过300 k N时,桩顶竖向位移显著增加;桩身弯矩呈"S"型分布,桩身上段存在较大负弯矩,且对后桩影响更加明显;外钢管、内部混凝土与内嵌工字钢三者协同受力,荷载传递性能良好;内嵌工字钢在钢混段与嵌固段交界处出现应力集中现象。研究对斜截面浅覆盖层钢栈桥桩基础具有参考价值。     

冲刷作用下单桩水平承载特性试验研究及数值模拟

为了掌握冲刷前后桩基础水平承载性能的变化规律,通过自行设计加工的水平加载装置,进行了一系列不同冲刷深度下的桩基室内模型试验,获得在不同水平荷载作用下桩头水平位移以及沿桩身的应变,掌握冲刷作用对桩基水平承载性能的影响。在此基础上,采用FLAC3D软件模拟单桩在水平荷载作用下的承载性能,并依据模型试验结果修正数值模型相应参数,获得能考虑冲刷作用影响的单桩计算模型。用该计算模型对冲刷角、桩顶固定方式和不同冲刷深度下单桩的水平承载力性状进行分析,得出如下结论:当冲刷深度小于1.5倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较小;而当冲刷深度达到大于2倍桩径,小于8倍桩径时,水平极限承载力受冲刷影响较大,下降幅值达到80%;当冲刷深度继续增大,水平极限承载力下降趋于平缓;在一定的冲刷深度下,当冲刷范围变化时,桩基侧向承载力变化不明显;桩头固定有利于减小冲刷对桩基承载力的影响。     

加翼桩水平承载力计算方法研究

加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。     

水闸桩基础的优化设计

针对水闸以承受水平荷载为主,竖向荷载一般不作为控制水闸桩基设计指标的特点,介绍了提高桩基横向承载力的各种措施及符合水闸受力特点的各类桩基方案。根据具体水闸工程实例的工程地质条件拟定了桩顶换土、加翼板、阶梯形变截面桩、斜桩和现浇混凝土大直径管桩(PCC桩)5个桩基础优化设计方案,并从处理效果、施工技术、工程投资等方面对优化设计方案和原灌注桩基础的优缺点及合理性进行了对比分析,结果表明:PCC桩方案投资最少,其次为变截面桩方案和斜桩方案,桩顶换土方案、加翼板方案与原桩基方案相比投资相差不大。     

基于N-R法的某水闸桩基负载及变形仿真分析

为得到某水闸桩基预制管桩在水力静载驱动下负载性能状况。基于牛顿—拉普森迭代法非线性求解方法,借助有限元软件,仿真分析了单桩的承载性能和位移变化,并与桩基载荷试验测值进行了差异分析,结果表明:(1)桩体竖向位移值沿桩身呈逐渐变小规律,最大静载值为720 kN时,桩顶位移值约为13.50 mm。(2)桩体水平位移沿值桩身亦呈逐渐减小趋势,最大静载值为130 kN时,除去最上面1.00 m的桩头,其位移值约为17.40 mm,桩身最大弯矩约为432.29 kN·m。(3)仿真值虽与现场测值稍有不同,但是总体变化规律均保持一致,该方法验证了有限元仿真的可行性。     

水平荷载作用下GRF桩基础受力特性的数值分析

为研究GRF桩基础在水平荷载下的承载特性,利用有限元分析软件MSC.Marc,建立GRF桩基础和普通直桩的非线性三维模型,与普通直桩进行对比,分析了GRF桩基础在水平荷载作用下的桩顶和桩身位移、桩身弯矩及桩侧土应力分布。研究发现:在相同的桩顶水平荷载作用下,GRF桩基础桩顶和桩身水平位移比普通直桩有所减小;锚杆上缘的桩身弯矩发生突变,较普通直桩有所增大,锚杆以下的桩身弯矩均小于普通直桩;GRF桩的桩前横向土抗力也比普通直桩的小,而桩前锚杆下部土体中的竖向应力有所偏高。     

对称布置翼板加翼桩的水平承载性能分析

影响加翼桩水平承载性能的因素众多,其中翼板数量、荷载方向与翼板夹角是主要影响因素。采用ABAQUS有限元计算软件研究了软黏土地基中桩径为5.0 m,对称布置二、三和四翼板的加翼桩在不同荷载作用方向时桩身泥面水平位移、桩身倾斜率、桩身内力、桩身应力和极限承载力等的变化。通过与相同条件单桩的承载特性对比,分析了加翼桩水平承载性能提升幅度,明确了翼板通过同时或交替承担底面端承力、侧面摩擦阻力、水平土抗力和增加桩身抗弯刚度以提高其水平承载性能的机理,拟合了对称布置二、三和四翼板加翼桩水平极限承载力随荷载作用方向变化的计算式,对加翼桩极限承载力控制条件进行了对比分析。     

游荡型河道引桥桩基组合注浆工艺关键技术

黄河游荡型河段的河道断面宽浅,水流散乱,最宽处达数十千米,主槽摆动幅度达几千米。限于诸多不可控因素,黄河大桥建成后,主河槽存在从设计的主桥范围摆动至滩地引桥范围的可能性,此种情形一但发生将对黄河大桥引桥造成结构性破坏,为避免在此情况下引桥桩基竖向承载力不足,常规采用部分或全部滩地引桥统一按主河槽冲刷深度控制引桥桩长,提高桩基竖向承载力,满足极端小概率工况下的结构安全。但该方法造价较高,施工风险较高,工期也较长。本文结合新工艺、新方法,分析提出采用桩底及桩周组合注浆工艺提高引桥桩基的竖向承载力,付出较小的代价来抵御小概率极端工况下的风险。通过实际项目的方案对比发现,该工艺在工程造价、施工风险及施工工期等方面都较常规方案有明显优势。     

上钢下混组合桩水平承载性能影响因素分析

为研究不同因素对上钢下混组合桩水平承载性能影响,采用有限元软件ABAQUS,计算分析不同接桩深度、桩径、联接段参数的上钢下混组合桩在水平荷载作用下的桩身水平位移、弯矩、应力分布以及极限承载力。研究结果表明,组合桩接桩深度是影响上钢下混组合桩水平承载性能的主要因素,组合桩桩径、联段刚度和长度的影响相对较小,提出上钢下混组合桩接桩深度不小于10D,可确保组合桩的水平承载性能不低于同条件钢管桩的结论,为上钢下混组合桩的工程应用提供了技术支撑。     

分层地基环境下海上风电大直径单桩基础水平承载特性分析

依托某海上风电项目,针对几种典型地层条件通过数值方法研究分层地基环境下单桩水平承载性能影响因素并进行参数敏感性分析。首先,在用钢量恒定情况下,桩径对单桩水平承载力影响最大,且这种影响随着桩径增大而显著增大;其次,随着埋深的增大,水平承载力先增大而后趋于稳定;再次,桩周浅层土体弹模对桩基承载力亦影响较大,且桩径越大,其影响越明显且不能通过增加埋深来抵消。与均质地层相比,水平承载力在上劣下优地层中下降最为明显,在上优下劣及中夹差土地层中降幅较小。实际工程中除增大桩径或桩长,亦可对单桩周边浅层土体进行加固以提高水平承载性能。     

泵站单桩基础水平承载特性数值模拟分析

岸边引水式泵站厂房受较大扬压力作用,同时承受较高的水平向荷载,且偏心距较大,即使增加泵站偏心重量,抗滑稳定安全系数和泵站基底大小应力也难以满足规范要求。而通过解析法研究单桩基础竖向荷载及水平荷载又比较困难,所以采用有限元数值分析,并考虑桩径、桩长、地基土弹性模量等因素的变化,对桩基弯矩与位移的影响进行分析。研究得出:约束桩顶、增加桩径、提高地基土弹性模量,对桩基抵制水平荷载贡献较大;而增加桩长、提高桩基混凝土弹性模量,对桩基抵抗水平荷载效果不明显。通过采用约束桩顶、增加桩径、提高地基土弹性模量等措施,泵站抗滑稳定安全系数及基底应力满足规范要求。     

厚软土覆盖层区域高桩码头引桥桩基选型研究

高桩码头引桥部分一般位于河漫滩上,而对常见的厚软土覆盖层河漫滩,合理地选择安全、经济的桩基型式,是工程设计中必须深入研究解决的问题。结合工程实例,对厚软土覆盖层河漫滩地段地质特点进行分析,并从桩基施工难度、结构安全性及实施经济效果等角度,对钻孔灌注桩和PHC管桩两种桩型进行研究比选。根据比选结果,选择陆上施打PHC管桩作为引桥桩基。施工完成后,通过桩基检测,工程质量良好,经济效益明显。     

洋山深水港区大直径砂桩加固优化分析

洋山深水港区是世界上第一个外海孤岛建港的工程,该工程在外海深水区首次采用大直径砂桩进行软弱淤泥质地基加固.根据实际工程地质概况,建立了接岸结构以及砂桩加固土层的三维有限元模型,对不同砂桩地基加固方案进行了数值模拟,研究了不同加固方案下接岸结构桩基内力、承台位移、加固土层的变形特征及影响接岸结构的稳定因素;针对砂桩加固软土地基的方法与机理,对洋山深水港区砂桩加固范围、砂桩加固深度以及砂桩置换率进行了优化分析,为外海深水区类似工程采用大直径砂桩加固软土地基的设计提供了理论基础和实际依据.     

侧向受载排桩的动力试验及非线性分析

本文对动力水平荷载下排桩的工作性能和群桩效应作了研究。首先进行了室内饱和砂中的单桩和具有不同桩间距的多桩排架试验,探讨其在水平动力荷载下的工作性态,分析了桩间距及激励频率对它的影响。采用p—y曲线编制了桩基的非线性有限元程序NALLPG。据此,计算了模型桩基的动力响应,结果表明,计算与试验值符合较好。最后讨论了群桩效应对p—y曲线的影响。     

走锚漂流船舶撞击下桥墩基桩损伤分析

某挖沙船因洪水冲击走锚漂流,与下游浔江特大桥非航道孔桥墩发生碰撞。通过对事故时水文气象、漂流船舶状态与受损状况、受损桥墩外观调查,采用超声对测法和反射波法分别检测了撞击区域桥墩混凝土内部损伤和桩基桩身完好性,基于ABAQUS有限元软件分析了走锚漂流船舶作用下桥墩桩身应力、位移和损伤分布,综合分析判断事故中桥墩的损伤状况,为事故的后续处理提供技术依据。结果表明:桥墩碰撞处无开裂和明显破损,桥墩桩与盖梁间连接完好,上部结构与桥墩间搁置正常;碰撞区域混凝土内部无明显损伤,受撞桥墩桩身结构完整无明显缺陷;高危损伤区域为变径处系梁的左上和右下连接处;船舶走锚与船舶漂流对桥墩的撞击作用效应差别巨大,可判定本次碰撞事故未对受撞桥墩结构造成损伤。     

临海漫滩回填堆载对临近桩基的影响分析

软土地基地面堆载会引起地基土压缩和侧向位移，土体的侧移又会进一步导致临近桩基承载性能发生改变。为了考察沿海漫滩回填堆载导致的地基软弱土压缩和侧向移动作用下的临近既有桩基受力性状，采用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ建立了堆载作用下临近桩基的三维有限元模型，分析了堆载作用下软弱地基土的变形运移规律，研究了临近堆载单排桩、双排桩在堆载荷载大小与作用位置、桩身刚度、桩顶约束条件等工况中的性状。结果表明，堆载作用位置越近、荷载水平越高，桩身变形受力响应越明显；桩身刚度的提高会增加被动受荷影响范围；不同桩顶承台约束下桩身变形受力性状差异显著，且桩身轴力引起的“二次弯矩”效应明显，不容忽视。当基底软弱土较厚时，采用水泥搅拌桩加固有利于改善临近桩基变形受力性状。