根式基础竖向承载性能的现场试验及数值模拟

为深入研究根式基础的竖向承载性能,首先通过现场静载试验对普通桩基础和根式桩基础的竖向承载性能进行测试,获得了相应的Q-s曲线和轴力曲线。结果表明根式桩基础竖向极限承载力明显增大且沉降减小。本试验中,在基础长度和直径相同的条件下,根式桩基础竖向极限承载力比普通桩提高约23.75%～33.33%。而后基于数值模拟方法对比研究了根键长度、根键直径、根键位置和根键层间距对根式桩基础竖向承载性能的影响。发现其竖向承载力随根键长度增加而增大,而根键直径对其竖向承载力的影响较小;根键位置对其竖向承载特性有较大影响,当根键在基础下部时其竖向承载能力提高最大;随着根键层间距的增加,其竖向承载力呈增加趋势。总之,根键的存在充分调动了桩基础周围土体的承载力,加强了桩基础-土体之间的耦合作用。     

沉井和根式沉井水平承载特性研究

通过水平静载荷试验,对沉井和根式沉井的水平承载性能进行分析研究。试验采用单向单循环水平维持荷载法,对一个纯试验用沉井进行加载,试验完成后在沉井壁预留孔顶入根键,然后再进行根式沉井的水平承载试验。试验得到了沉井基础及根式沉井基础的水平承载力、沉井的变形、井身弯矩等成果。试验结果表明:根式沉井基础较普通沉井基础,水平极限承载力提高近60%;在水平荷载较小时,根键对承载性能的提高不明显,但随荷载增大,其提高越来越明显。     

侧壁后注浆根式沉井竖向承载特性原位试验研究

为进一步完善根式沉井的设计方法并分析井侧注浆对根式沉井竖向承载性能的影响,以望东长江公路大桥为研究对象,对顶入根键前、顶入根键后和顶入根键并注浆后的沉井基础进行了竖向荷载现场试验。试验结果表明:根式沉井的井身轴力在根键布置区内呈阶梯式分布,沉井侧壁后注浆会使轴力的阶梯状分布变缓;扩大孔径并回填砂砾的施工工艺会使沉井周围土层的侧摩阻力无法充分发挥,顶入根键和沉井侧壁后注浆均可有效提高土层的侧摩阻力,注浆可消除回填砂砾对土层侧摩阻力发挥的不利影响;顶入根键和井侧后注浆均可大幅提高沉井的竖向极限承载力,提高幅度分别为126%和77%,沉井端阻力分担竖向极限承载力的比例由64.2%减小至42.1%。     

厚覆盖土层地区根式基础应用与试验研究

针对厚覆盖土层地区地基承载力低的难题,提出了一种新型基础形式——根式基础。为了研究根键的加固效果及根式基础的适应性,以马鞍山长江大桥为背景,开展了根式基础的竖向承载力试验研究。试验采用自平衡测试法。研究内容包括普通沉井基础与根式基础的竖向承载能力与承载变形特性,两种基础形式在不同持力层条件下的承载特性及适应性等。试验结果表明:根键带动周围土体共同发挥作用能显著提高基础的竖向承载能力。根式基础在以砂土层和卵石层作为持力层时,竖向极限承载力分别提高了约100%和63%;根式基础在厚覆盖土层中具有很好的适应性,在加载初期便表现出提高基础竖向承载能力的效果,且随着加载值的增加其提高效果更加明显。在厚覆盖土层地区可以考虑用根式基础替代传统沉井基础或摩擦型桩基础,在大跨径桥梁建设中进行推广应用。     

砂土地基中根式抗拔桩承载性能模型试验

为探究根式基础在抗拔承载工程应用优势,文章针对砂土地基中等截面桩和根式桩进行了模型试验,模型桩选用砂纸界面并施加上拔荷载进行试验,得到桩身轴力变化曲线、桩周80mm砂土地基土应力变化曲线,计算得到桩身轴力及桩周砂土地基主承载区。根据试验结果得出桩土界面粗糙度越大抗拔桩极限承载力越高,根式桩在根键截面位置处出现轴力骤减趋势,根键布置使得桩周砂土地基主承载区下移,并进一步分析得到根键交错排列方式有助于提高根键发挥效率和抗拔承载力。     

马鞍山长江大桥根式锚碇基础设计

为了解决传统沉井基础力学性能的缺陷,提出了新型的根式锚碇基础。针对根式锚碇基础设计方案,利用现场试验数据对根式基础中根键的作用进行了分析。然后对根式基础进行了有限元分析,为设计提供数据支持。最后,对根式锚碇基础中根键部分进行设计简化计算,并为设计人员提供了简化的设计计算公式。研究表明,根键的压入能够大大提高基础的极限承载力,根式锚碇基础用于大跨度悬索桥是可行的。     

沉井基础设置根键及压浆后处理原位试验分析

研究设置根键及注浆对沉井基础承载特性的影响,采用自平衡原位试验的方法对某一沉井基础设置根键前后及压浆处理进行现场测试与分析。整个测试过程分普通沉井承载力测试、顶入根键后承载力测试、压浆后测试3个阶段进行。根据测试结果,分析了沉井基础在3种不同情况下的荷载与位移关系曲线(Q-s)、轴力的分布情况及侧摩阻力分布规律。研究结果表明:沉井基础在设置根键的情况下,通过根键的挤密、叠加及扩散作用,大大改善了沉井基础与土体的相互作用,使得沉井基础承载能力得到极大提高,提高幅度达到50%,且通过井壁后压浆处理可进一步提高其承载能力;从承载力的分担比例来看,根键的设置使得沉井基础的侧摩阻力所占比重明显增大。与普通沉井相比,设置根键后,沉井基础的侧摩阻力占总的极限承载力的比例提高了28.7%,通过后压浆的处理可进一步增加4%;从轴力分布的规律来看,设置根键及后压浆处理的沉井,两者轴力分布曲线都较为平缓,这对发挥沉井基础材料本身力学性能较为有利,达到了充分利用材料的目的。     

根键角度对根式沉井水平承载力影响的数值分析

根式沉井是在沉井井壁上预留顶推孔,待沉井下沉到设计标高后通过预留孔在土层中顶推预制的根键,最后通过封壁保证根键和沉井固接形成的一种特殊基础。本文采用FLAC3D对根式沉井进行了数值模拟,研究了根键角度对根式沉井承载性能的影响。研究表明,根键分布在10°到30°之间,根式沉井水平承载能力较大。     

基于数值分析的根式基础承载性状研究

为加强对根式基础的认识和推广其实际应用,介绍了根式基础的研究现状,采用FLAC3D软件进行数值模拟,从Q—s曲线、轴力、侧摩阻力及根键内力等方面,对根式基础与普通桩的承载性状进行了对比研究,提出了根式基础优化方案。     

根式桩基数控定位顶进施工技术研究

根式基础使用仿生原理来模拟树根的形状,增加结构和与土壤的接触面积,改善基础整体承载力,但传统的人工根键定位顶进施工方案存在效率和精准度较低的缺点。通过对圩区根式桩基数控+磁力感应系统的施工技术的实践证明,数控技术的应用大大提高了根键顶进效率及精度,利用声测管及磁力感应系统进行辅助定位,进一步提高了根键安装精度,保证根键施工质量。通过总结施工过程创新应用要点,将其形成根式桩基数控定位顶进施工技术,为类似施工提供借鉴和参考。     

人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析

以青岛市某大型工程为依托,对在泥质粉砂岩地基中的5根人工挖孔嵌岩灌注桩分别进行竖向静载荷试验与桩身内力测试。根据大直径嵌岩桩实测数据探讨大直径人工挖孔嵌岩灌注桩的荷载传递机理与竖向承载特性。试验结果表明:试桩荷载沉降(Q-s)曲线为缓变形,桩顶沉降量均小于11mm,卸载回弹率大,幅度为51%~75%,承载力较高,5根试桩均满足设计要求;在最大荷载下,5根嵌岩桩桩端阻力所占桩顶荷载比值均在10%~20%之间,随桩长、嵌岩深度(中风化)增大而减小,表现出端承摩擦桩的特性;桩身荷载自上而下逐步发挥,上覆土层先达到侧摩阻力极限值,在嵌岩段中部侧摩阻力达到峰值;桩入岩越深,安全储备量越大,在泥质粉砂岩中风化段,实测侧摩阻力约为规范推荐值的2.5倍,说明5根桩有较大的承载潜力;随着荷载的增大,嵌岩段分担的总阻力由39%上升至45%,嵌岩段侧摩阻力占主要比重,但桩端阻力分担荷载的比例上升速率较快;根据行业标准与静载试验数据,重新认识该地层人工挖孔嵌岩灌注桩的竖向承载特性,充分发挥其承载潜力,对工程桩桩身尺寸进行优化,达到节约材料和提高施工功效的目的,具有较好的经济效益。     

上海地区超长后注浆钻孔桩竖向承载力试验研究

桩端注浆是上海地区大直径超长灌注桩发展的必然趋势。依据上海地区某超高层商业建筑试桩的高吨位竖向抗压静载试验结果,通过对基桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性以及桩侧阻力、桩端阻力发挥特性的分析研究,揭示了桩底注浆对基桩承载性状的影响情况,深入探讨了上海软土地区大直径超长后注浆灌注桩的荷载传递机理和竖向承载性状,并提出了单桩承载力的估算方法。     

钢管桩逆作复合基础竖向承载性能试验研究

为了研究砂性土中钢管桩复合基础的承载特性,设计了模型桩系列试验。结果表明:对于单桩复合基础,封桩前阶段的荷载全部直接由承台底砂土承担,封桩后阶段桩体达到极限承载力之前,桩体分担的荷载占荷载增量的73.5%～92%,当桩的承载能力达到极限后,随着荷载的继续增加,桩分担的荷载比例较之前衰减明显,而土体分担的荷载比例增加。钢管桩八桩复合基础中,桩身轴力在桩身上部的衰减梯度明显小于中下部,角桩衰减速率最大,边桩次之;桩身摩阻力自上而下逐渐发挥,桩顶以下1.55 m处摩阻力达到最大;每级荷载作用下,角桩的侧阻力大于边桩。钢管桩群桩复合基础的竖向承载力远大于相对应的高承台群桩承载力。     

输电线路掏挖式基础在倾斜荷载作用下的特性

通过数值模拟对输电线路竖向和倾斜掏挖式基础在不同倾角荷载作用下的承载特性和内力分布进行分析。结果表明,直掏挖基础在小于10°的倾斜荷载作用下竖向承载力变化不大,随着荷载倾角的增加,竖向承载力明显减小。在相同倾角的荷载作用下,正斜掏挖式基础的竖向承载力要大于负斜掏挖式基础,直掏挖基础居中。同时,正斜掏挖式基础的弯矩和剪力均要小于负斜掏挖基础。掏挖式基础的倾角与荷载倾角相同情况下的基础受力最合理,不但可以保证基础承载力,而且基础所受弯矩几乎为零。     

桥梁吸力式沉箱基础承载特性试验研究

吸力式沉箱基础是跨海桥梁基础的一个新选择。基于桥梁基础的受荷特点,考虑不同的荷载作用方式,通过一系列模型试验研究了砂土中吸力式沉箱基础的承载特性。试验结果表明:沉箱的长度越长,吸力式沉箱基础的竖向承载力越大,侧壁摩阻力的贡献越大,而沉箱端部阻力可忽略不计;沉箱的长度越长,吸力式沉箱基础的水平承载力也越高,但相对于竖向承载力而言,基础的水平承载力很小,一般不超过其竖向承载力的5%。预加一定的竖向荷载,可显著提高吸力式沉箱基础的水平承载力,且预加的竖向荷载越大,基础的水平承载力越高,由于桥梁工程中基础承受的竖向荷载很大,所以有必要考虑这一因素对基础水平承载力的提高。     

后注浆超长灌注桩竖向承载特性载荷试验研究

现场载荷试验是确定单桩竖向承载力常用方法之一,基于现场试桩静载试验和桩身轴力测试试验,分析了后注浆超长灌注桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性及桩侧阻力,桩端阻力发挥特性。研究结果表明:在竖向荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而增量减小,且随荷载的增加而逐渐增大;超长灌注桩表现出摩擦桩特性,荷载-沉降曲线没有明显破坏点,其竖向荷载主要靠侧摩阻力进行传递;桩侧阻力和桩端阻力非同步发挥并且相互影响。根据实测数据对计算单桩承载力的侧摩阻力和桩端阻力的系数进行修正,修正后为类似桩基础工程设计提供技术参考。     

下伏软弱夹层路基堆载对桩基影响及处治方法

依托马里河II桥实体工程,采用现场监测和数值模拟方法,研究了高填路基邻近桥梁桩基受力及变位规律,分析了主动削方减载和增设抗滑桩前后该桥1号和3号桥墩桩基础受力特性,提出了相应的工程处治方法。研究结果表明:在台背路基堆载填土作用下,软弱夹层侧向挤压作用对邻近桥梁的墩顶位移、桩身位移、桩周土抗力均有显著影响;卸载后1号墩的墩顶位移减少94.90%~95.09%,桩顶位移减少94.74%~94.66%,桩周最大土抗力减少86.89%~94.88%;设置抗滑桩后3号墩的墩顶位移减少75.05%~80.04%,桩顶位移减少71.75%~81.38%,桩周最大土抗力减少39.99%~40.03%;台背填方对中间桩的影响较小,对边侧桩的影响较大,设计时可适当提高边侧桩的承载性能。     

人工制备湿陷性黄土地基地下连续墙浸水试验研究

为研究湿陷性黄土地基地下连续墙基础竖向极限承载特性及浸水后负摩阻力分布特征,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐制备了人工湿陷性黄土,对人工制备湿陷性黄土的物理力学特性进行分析;采用人工制备湿陷性黄土填筑模型试验,进行地下连续墙基础承载特性试验研究。研究结果表明:人工制备湿陷性黄土的物理力学参数与天然黄土基本一致,可用于湿陷性黄土与构筑物相互作用模型试验相似材料。地下连续墙竖向承载力达到其极限时,外墙和内墙总侧摩阻力荷载分担比为67%,确定地下连续墙为端承摩擦型基础。地基浸水湿陷后,中性点深度比为0.64~0.73,试验结果与桩基浸水试验测试结果较为一致。由于地下连续墙基础具有良好的整体性和防渗性,芯土不受水的影响,内墙侧摩阻力与承台土反力能够得以发挥,有效减小地下连续墙基础的沉降。     

风化岩基大直径灌注桩后注浆承载性能试验研究

基于6根全风化和强风化花岗片麻岩地基中大直径泥浆护壁钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验及桩身力学测试,对其中3根试桩进行桩侧后注浆,对比分析了其承载性状、变形特性及影响因素,并将所得试验数据与勘察报告推荐值和现行规范推荐值对比。结果表明:大直径嵌岩泥浆护壁钻孔灌注桩长径比25～34与嵌岩深度5D～8D,Q-s曲线呈缓变型;经后注浆处理与未经桩侧后注浆处理的试桩相比,单桩极限抗压承载力提高1.40%～15.3%,最大沉降量降低35.1%～65.6%,回弹率提高13.1%～82.4%,控制桩顶沉降效果显著。在该试验条件下,6根试桩的承载力和变形特性受长径比和嵌岩深度影响较大。经桩侧后注浆处理的试桩,嵌岩段摩阻比和桩侧摩阻力分担比受长径比和嵌岩深度影响更小;6根试桩的桩端阻力分担比受嵌岩深度影响显著;未经桩侧后注浆处理的试桩,桩侧摩阻力分担比受嵌岩深度影响更大。