高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础现场试验研究

为分析高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础承载特性及荷载传递机理,依托湖南省张花(张家界—花垣)高速公路泗溪河一桥#6桩开展了现场试验研究。通过采集施工过程中不同工况条件下桩身应力数据,分析了桩身轴力,桩侧摩阻力以及桩身弯矩分布规律。试验结果表明:试桩桩身所受轴向荷载全部由桩侧摩阻力承担,荷载较小时基本由上部土层承担;坡面以下2~5倍桩径范围内桩土极限摩阻力较小,土层与岩层所提供摩阻力之比随荷载增大而降低;桩顶存在负弯矩,前、后桩与横系梁为受力整体。基于有限杆单元方法建立了双桩结构整体分析模型,并通过反算拟合确定了前、后桩土压力分布规律及大小,计算结果与实测值吻合良好,可为同类工程提供参考。     

斜坡基桩的斜坡空间效应及其水平承载特性研究

为研究水平荷载作用下斜坡基桩的斜坡空间效应对其承载特性的影响,设计并完成了不同坡度及水平荷载作用角度下斜坡基桩室内模型试验,测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明：水平荷载相同时,桩顶水平位移及桩身最大弯矩均随坡度增加呈非线性增大,随水平荷载作用角度增加而呈线性减小;基桩水平极限承载力却随坡度增加而减小,随水平荷载作用角度增加而增大。坡度每增加30°,桩顶水平位移约增大1.3~1.9倍,桩身最大弯矩增大约17%~30%;水平荷载作用角度每增加30°,桩顶水平变形减小约25%~30%,桩身最大弯矩减小约6%~11%。斜坡基桩的桩身最大弯矩位于地面以下3~6倍桩径范围内,坡度越大桩身最大弯矩位置越深。分析得到了基桩水平极限承载力拟合公式,可以为斜坡基桩设计提供参考。     

组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

竖向-水平组合荷载下桩筏受力特性的试验研究

为研究竖向-水平组合荷载作用下桩筏基础的受力特性,开展了室内模型试验,考虑桩长、桩数、竖向荷载及桩间距对桩筏基础承载性能的影响,并分析了桩身弯矩、剪力及桩侧土压力的变化规律。试验结果表明：桩筏基础的水平承载力随着竖向荷载、桩数、桩长、桩间距的增大而增大,水平位移相应减小;桩身最大弯矩位于0.3倍桩长处,且前桩桩身最大弯矩较大,约为后桩的1.14倍;桩身弯矩及剪力均随着竖向荷载的增大而减小,桩身最大弯矩随着桩间距的增大而减小,但桩顶及桩端弯矩几乎保持不变;增大桩间距可以调整最大负剪力位置,桩顶剪力随桩间距的增大而减小,而桩端剪力值则随桩间距增大而增大;增大桩间距可以带动更大范围的桩间土,桩身内力分布规律保持相同且变化值较小;桩筏基础受组合荷载作用下的破坏模式符合刚性桩破坏规律,桩身水平极限承载力主要由桩侧土体的抗压强度控制。     

斜坡基桩p-y曲线及水平承载计算方法研究

斜坡基桩p-y曲线及其计算方法值得深入研究。在Matlock黏土p-y曲线及双曲线型砂土p-y曲线基础上,建立黏、砂性土坡p-y曲线,相应地推导基桩挠曲微分方程及桩身内力与位移分析的有限差分法解,并将其与Matlock试验及室内模型试验进行对比验证。对比分析表明:由理论方法计算得到的桩身水平位移及弯矩值与实测结果均吻合较好,最大计算误差均控制在20%以内。且桩顶水平荷载和斜坡坡度越大,计算误差越大。桩身最大弯矩约出现在地面以下3~6倍桩径范围内,桩身最大弯矩及第一弯矩零点埋深均随坡度或桩顶水平荷载增加而增大。为提高斜坡基桩桩身抗弯承载力,地面以下6倍桩径范围内应增加桩身配筋,且应通长配筋。     

高陡斜坡区基桩水平承载特性模型试验研究

凭经验建造的高陡斜坡区桥梁基桩因水平作用引起病害的情况越来越多。为此,以红顶特大桥为原型,设计一套加载装置和试验方案,考虑基桩位于边坡中的位置与受力形式2个因素,对基桩水平承载特性进行水平静载与轴–横向组合加载模型试验研究并分别得到桩顶位移,水平荷载与相对位置及竖向荷载的拟合关系。结果表明,水平循环荷载作用下,桩顶水平位移与桩身弯矩均随荷载及其循环作用次数的增大而增大;水平荷载作用下,基桩水平极限承载力与其所在位置距坡脚的水平距离呈反比,即基桩越靠近坡脚线,其水平极限承载力越大,同时桩顶水平位移、桩身弯矩则越小;水平与竖向同时加载对基桩水平极限承载力的影响,与预加竖向荷载是否达到基桩竖向变形稳定荷载临界值有关,竖向荷载小于该临界值时,可提高基桩水平极限承载力,竖向荷载大于该临界值时,会降低基桩水平极限承载力。     

考虑竖向荷载影响的大直径管桩水平振动响应解析解

建立了黏弹性地基中受轴力作用的现浇大直径管桩水平振动响应计算模型,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,结合桩土耦合条件求得了桩顶复阻抗解析表达式。将该解退化到不考虑竖向荷载的水平振动响应解与已有理论解对比,验证了该解的合理性。通过算例分析,研究了竖向荷载、激振频率和桩长对管桩桩顶水平复阻抗、桩身位移和内力的影响,研究结果表明:复阻抗实部和虚部在桩土系统固有频率处均发生共振;竖向荷载使管桩位移和内力发生重分布,竖向荷载为零时,位移、弯矩和剪力最大值均出现于管桩中上部,随着竖向荷载增大,其最大值均出现于桩底;桩身水平位移随频率变化而变化,管桩中下部转角、弯矩和剪力受频率影响较大;桩身中下部位移和内力受桩长影响大于桩身其他部分;无桩芯土时桩顶水平位移和转角比桩芯土存在时大。     

高桩承台斜桩基础的地震反应数值分析

为揭示地震荷载作用下高桩承台斜桩基础的地震反应特性,以3种地震波（唐山波、EI波、迁安波）为例,采用三维弹塑性动力有限元技术,分析了桩身倾斜角度、自由桩长对高桩承台斜桩基础地震反应的影响规律。结果表明：各模型桩身轴力最大值均出现在冲刷线以下2.5 m左右,而桩身弯矩最大值均位于承台与桩顶交界处;相同模型的左、右斜桩除竖向位移、Y方向弯矩沿桩身呈对称分布外,加速度、水平位移、轴力、总弯矩沿桩身的分布规律相同;承台高度越大,自由桩长越大,桩身轴力越大而弯矩越小;桩身倾斜度越大,其轴力与弯矩均越大,承台高度对桩身内力的影响大于桩身倾斜度;地震荷载中斜桩的加速度与位移反应降低,但轴力和弯矩增大,斜桩总弯矩主要受控于Y方向的弯矩。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

斜桩基础受力特性研究

针对斜桩基础问题,开展了水平荷载下斜桩群桩受力特性的模型试验。试验结果表明:斜桩土表处桩身水平位移以及残余水平位移均小于竖直桩,并随着斜桩倾斜度的增大而减小;桩身弯矩随着循环次数的增加而增大,斜桩桩身弯矩相对竖直桩较小。     

竖向荷载下斜桩承载变形性状及荷载传递机理试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下长径比为25时,不同倾角的斜桩的承载变形及荷载传递性状,并与竖向荷载作用下的直桩的承载变形及荷载传递性状进行了比较。试验结果表明:斜桩的桩顶沉降大于直桩的桩顶沉降,斜桩桩身倾角越大,斜桩的桩顶沉降超过直桩的桩顶沉降越多;斜桩桩身轴力均小于直桩桩身轴力,斜桩桩身倾角越大,桩身轴力沿深度衰减得越快;斜桩桩身弯矩主要发生在桩体上部1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大,桩身最大弯矩出现的位置与桩身倾角无关。斜桩桩侧平均摩阻力的分布与桩身倾角密切相关;斜桩最大桩侧平均摩阻力出现在桩顶下约1/5桩长处。     

隧道开挖对桩基影响的室内模型试验研究

隧道开挖后,在水平方向和竖直方向均会产生土体位移,由于土体位移和桩的轴向荷载的作用,会使桩身位移和弯矩增大,因此在桩基设计中需要考虑土体位移与轴向荷载的共同作用。针对这一情况,设计桩顶竖向荷载与隧道开挖引起的土体位移共同作用下桩基的模型试验,根据隧道埋深的不同,选取不同的加载模块以模拟隧道开挖引起的土体水平和竖向位移模式。试验结果表明,随着土体位移和竖向荷载的增大,单桩和群桩的弯矩和位移均增大,单桩的弯矩和位移大于群桩中的前桩和后桩,前桩与后桩之间存在明显的遮挡与支撑作用,此外桩顶竖向荷载的影响是不可忽视的。     

基坑开挖与临近横向推力桩基础的相互影响研究

以成绵乐客运专线双流机场车站基坑及临近的T2航站楼斜拱桩基础为例,采用有限元数值方法对基坑开挖至不同深度、桩基础加载条件下,基坑围护结构和桩基础的水平位移、桩身弯矩等进行了计算。通过计算结果的对比分析,得出了基坑开挖与邻近桩基础相互影响的基本规律。研究表明:受与基坑临近的、所受水平推力指向基坑的桩基础影响,基坑围护墙水平位移、开挖侧最大弯矩均比基坑单独施工时的大;桩基础承受荷载时基坑的开挖深度越小,基坑开挖至坑底时围护墙的侧向位移越大,基坑开挖引起的桩基础承台水平位移也越大,基坑开挖对桩基础前、后排桩的桩身弯矩影响也越大;基坑开挖引起的桩基础前、后排桩桩身弯矩主要使其远离基坑侧受拉。     

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。     

高陡岩质边坡上桥梁基桩模型试验研究

高陡岩质边坡上桥梁基桩的受力性状极为复杂,既要承受上部荷载,又要抵抗桩侧滑坡推力,具有承重与阻滑双重功能,且由于陡坡的存在,使得该类基桩与平地上无坡度的基桩在承载机理上存在明显差异。以竖向荷载下基桩挠曲微分方程为基础,采用方程分析法导出了高陡岩质边坡上桥梁桩基模型试验的相似准则,并以该准则为指导,开展陡坡桩基室内模型试验。通过室内试验得到了不同组合荷载及加载方式条件下基桩弯矩及桩顶水平位移的情况,探讨了该类桩受力性状,并获得基桩桩侧土压力、抗力分布形态及影响范围的情况,以助于更深入地了解陡坡上桥梁基桩的荷载传递机理,具有一定的理论和工程应用价值。     

桩基水平承载力群桩效应系数试验研究

本文通过桩基水平静载模型试验,对水平荷载作用下桩基础的承载特性与群桩效应系数进行研究。研究表明:①灌注桩在水平荷载作用下,大致可分为三个工作阶段:直线变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段;②根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)计算所得的群桩效应系数较实测值偏小,规范偏安全;③在群桩效应的作用下,群桩中各基桩荷载分担不均匀,前排角桩分担荷载最大,但桩身(顶)弯矩最大值仅为同等位移条件下桩顶自由单桩桩身弯矩最大值的0.4倍左右;④桩间距一定时,桩数的增加对桩基水平承载力的提高程度较小,但可以使群桩中各桩的荷载分担更为均匀。文中的相关试验成果可为单、群桩基础水平承载机理的进一步研究提供依据。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究北大核心CSCD

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

沉桩对邻近既有桩内力变形的影响分析北大核心

基于布辛奈斯克位移解与p-y曲线法,求解沉桩引起的自由土体水平位移并建立了单桩水平位移控制方程,采用两阶段法研究了沉桩引起的既有桩响应,分析了既有桩桩顶约束条件、桩身刚度及土体强度对既有桩性状的影响。研究表明,沉桩初始阶段在邻近既有桩中产生较大的桩身弯矩,沉桩深度增大时,既有桩桩身弯矩减小。既有桩桩顶约束条件对桩身性状有明显影响。土体强度增大时,既有桩桩身弯矩与变形均增大。既有桩桩身刚度增大时,桩身位移减小,桩身弯矩增大。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。