二次注浆竖向钢花管微型桩水平承载能力试验研究

提出一种二次注浆竖向钢花管微型桩新技术,应用大比例模型槽试验,讨论无桩、单桩(传统一次管内注浆)、单桩(二次注浆)和三桩(二次注浆)条件下微型桩的二次注浆效果、水平承载能力、对边坡土体压力的改变和微型桩抗弯性能的改变。研究结果表明,二次劈裂注浆压力的大小与一、二次注浆时间间隔有直接关系,两次注浆间隔时间越长,二次注浆劈裂压力越大。相比传统一次注浆,二次注浆型钢花管微型桩单桩水平承载力提高24.42%,3根桩组合结构的水平承载能力相较三倍的二次注浆单桩水平抗滑力提高20.25%。同时,二次注浆作用使得滑坡推力在钢花管桩的受力点进一步下移,改善了滑坡推力的作用方式。试验测得单桩极限弯矩值增加了12.8 kN·m,抗弯能力提高约96.2%。新技术显著提高了钢花管微型桩水平承载能力,对桩间土体的加固作用更加明显,其抗剪、抗弯性能也较原技术得到了较大的提升。     

小直径钢管排桩加固边坡的离心模型试验

小直径钢管抗滑桩作为一种新型支挡结构广泛应用于边坡加固和滑坡治理中,但其抗滑特性、受力机制及破坏模式等还有待于深入研究。结合工程背景,开展小直径钢管排桩离心模型试验,研究排桩加固边坡破坏模式、受力情况、桩间距和联系梁对其抗滑能力的影响。试验结果表明:各组模型边坡均为整体性破坏,唯独未加固边坡出现较明显的滑动面。此类结构的抗滑机制主要表现为高压注浆对地质体的改造及桩–岩土体复合结构的共同抗滑作用,其主要破坏模式为轴向受拉或受压产生的整体失稳破坏。桩间距显著影响排桩的抗滑能力,桩径比与边坡安全系数呈幂函数关系,建议此类排桩结构桩径比控制在6～12。桩后土压力基本呈现"中间大、两头小"现象,滑面以上土压力近似为三角形分布;对于有联系梁的3排桩而言,B排桩承载能力发挥随加速度增大而减小,C排桩反之。在桩顶联系梁作用下,边坡安全系数提高38.3%。     

钢花管分段注浆工艺试验与检测

注浆钢花管在基坑工程中的应用已经较为常见,可以作为防水措施或与其他结构形成复合支护体系以承担侧向荷载。全段二次间隔时间注浆是较为常用的工艺,该工艺在复杂地层条件下的适用性不强,常出现浆液在全段范围内无法均匀扩散的情况。鉴于该情况,开发了钢花管分段注浆结构,在碎石土地层进行了全段注浆和分段注浆的工艺对比试验。由于碎石地层孔隙通道发育,采用全段二次注浆工艺必须采取"多次少注",确保足够间隔时间的注浆方式才能确保注浆达到标准。而开发的分段注浆工艺能确保总注浆量,基本达到设计标准。工艺性试验前后的勘察检验验证了分段注浆工艺的注浆效果,注浆显著降低了渗透系数。试验后的水平承载力试验与反算验证了分段注浆工艺能够显著提高地基水平基床系数。     

滑坡微型桩连梁作用试验研究

为研究微型桩连梁在抗滑作用中的效果,进行了滑坡微型桩抗滑作用大型物理模型试验,对比了有无连梁情况下,微型桩的破坏情况及其抗滑效果。试验结果为:连梁能有效减小微型桩桩身的破坏程度;能减小微型桩桩顶60%左右的位移;能够有效减小滑面处桩身位移,提高桩体的整体抗滑性,能促进其滑面处抗剪强度;连梁能有效提高滑坡体稳定性4.5%。研究结果可为微型桩加固滑坡机理提供参考。     

微型桩破坏机理的数值模拟

强度折减法与具有拉和剪破坏分析功能的有限差分程序FLAC^3D相结合,对同一排内均匀布置的桩心配筋微型桩进行数值分析。岩土体、桩体均采用实体单元,模型采用摩尔-库仑理想弹塑性本构模型,依据微型桩的受力特点考虑了桩体进入塑性状态,得到了单排微型桩和具有纵向连系梁的三排微型桩的应力、应变分布规律和破坏机理。计算表明,单排桩的破坏主要为滑带处的剪切破坏,三排桩为滑带处的拉剪破坏,桩体所承受的最大弯矩和剪力均位于滑带处,混凝土主要起抗剪作用,钢筋提供抗拉和抗剪能力。     

山区斜坡中微型桩及油气管道变形机制模型试验研究

为探究不同形式微型桩加固下的滑坡–管道系统相互作用机制和破坏演变过程,以西南山区天然气管道滑坡抢险工程为背景,开展注浆常规桩和注浆花管桩防护边坡的大型室内模型试验。以应变、土压力传感器和百分表对滑坡系统内结构物的相应指标进行监测,通过对桩体弯矩、土压力和桩顶位移数据进行分析。研究结果显示,在滑坡体系中,由桩、滑体和管道组成的系统在滑坡发育中的变化具有协调一致性,变形可分为4个阶段：初始阶段、均匀变形阶段、快速变形阶段和破坏阶段。微型桩主要以发生在滑带附近的弯剪破坏为主,在滑带附近,桩前土压力达到最大值,花管桩以滑带为轴具有旋转趋势,导致桩底产生较大的土压力。弯矩大小整体上呈现出“S”形曲线分布,并且由于桩顶承台的联系作用,桩体上部产生较大弯矩。花管桩一侧由注浆形成的桩土复合结构能更好地抵抗滑坡推力,桩体达到极限强度并破坏之后,复合结构仍然能起到一定的抗滑作用。通过多元融合数据分析,观察到管道变形发生时间较晚,为抢险工作提供了时间窗口。管道主要表现为受弯破坏和挤压破坏,接口位置为管道防护的薄弱点。微型桩在山区油气管道防护中具有重要的应用潜力,进一步的研究和改进对微型桩在滑坡治理中的应用具...     

复合配筋混凝土预制方桩抗剪性能试验研究

创新研发了复合配筋混凝土预制方桩,通过施加预应力提高桩身的抗裂性能,配置非预应力钢筋增强桩身的抗弯承载力和延性,采用实心而非空心截面且合理配置箍筋提高桩身的抗剪性能。对3种常用规格共9根方桩试件进行足尺度抗剪性能试验,对比研究预应力和非预应力混凝土预制方桩在抗裂性能、抗剪承载力、变形性能及破坏特征等方面的差异。结果表明:施加预应力可显著提高混凝土预制方桩试件斜截面的开裂剪力,限制并延缓桩身裂缝的发展,提高方桩的极限抗剪承载力,降低斜截面抗剪破坏的变形能力;方桩试件的极限抗剪承载力试验值较GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》推荐算式的计算值大50%以上;试件破坏形式有两种:斜截面抗剪破坏和正截面抗弯破坏。因此,此新型预制方桩能够有效解决预应力混凝土管桩水平承载力低、普通混凝土预制方桩抗裂性能差的问题。     

滑坡微型桩群桩加固工程模型试验研究

以黄土为滑坡介质,采用土压力盒和位移计等测试手段,完成一系列微型桩与滑坡体相互作用的模型试验,研究微型桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。试验结果表明:微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;桩后滑床抗力相对较小,主要分布于桩底附近;桩前滑体抗力和桩前滑床抗力均呈上大下小的三角形分布,分别分布于滑面上30cm以上的范围和滑面下0～35cm的范围;滑面上33cm至滑面下27cm范围内的桩身弯矩较大,最大弯矩位于滑面下7cm处;不同配筋形式微型桩的破坏模式不同,桩周配筋的微型桩于滑面处产生弯剪破坏,桩心配筋的微型桩于滑面上下各1.2～1.8m的范围内发生弯折破坏;微型桩附近的滑坡体中产生拉张裂缝和剪切裂缝;微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用桩周配筋和桩心配筋两种微型桩加固稳定系数为1.10的滑坡后,可分别将滑坡的稳定系数提高至1.58和1.46;桩周配筋微型桩治理滑坡的效果要优于桩心配筋的微型桩。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。     

预应力钢绞线超高强混凝土管桩受弯性能研究

为解决普通预应力超高强混凝土管桩水平承载力低和变形能力差的问题,提出了预应力钢绞线超高强混凝土管桩。通过3种常用桩型6根试件的足尺受弯性能试验、有限元分析,对比了预应力钢绞线超高强混凝土管桩与普通预应力超高强混凝土管桩在抗裂性能、受弯承载力、变形能力及破坏特征等方面的差异。研究结果表明：以钢绞线替代钢棒作为主筋可以有效提高管桩受弯状态下的变形能力和承载力;预应力钢绞线超高强混凝土管桩均以受压区混凝土压碎破坏,而普通预应力超高强混凝土管桩均以预应力钢棒拉断破坏;所建立的数值模型可以合理预测管桩的受弯性能,模拟得到的桩身裂缝分布与试验结果吻合较好。     

微型桩群桩支护滑坡的地震动力响应研究

依托大型振动台进行微型桩群桩支护滑坡和无桩滑坡2组物理模型试验。采用El Centro波、汶川波、Kobe波以及不同频率的正弦波作为输入地震波,通过监测滑坡不同位置的加速度、桩身前后土压力及桩身应变等,分析地震作用下2组滑坡的加速度响应规律、桩身前后土压力分布特征、桩身受力情况及破坏模式等。试验结果表明:微型桩群桩支护结构可有效提高滑坡的抗震性,对传播至滑坡体的地震波有一定阻滞作用,尤其是坡脚附近,但随着高程的增大,这种阻滞作用趋于减弱。地震引发的桩后滑坡推力和桩后滑床抗力呈上小下大的"正三角形"分布,桩前滑体抗力和桩前滑床抗力呈上大下小的"倒三角形"分布。地震作用时桩体弯矩峰值呈"M"型分布,其最大弯矩点位于滑面上1.4倍桩径处和滑面下6.6倍桩径处,随着加载量级的增大,滑面上部最大弯矩点上移至3.7倍桩径处。地震激励后微型桩的损伤特征和破坏模式与静力情况类似,呈反"S"型分布,破坏区域主要集中在滑面上1.4~4.0倍桩径范围内以及滑面下1.4~3.4倍桩径范围内。     

集约式微型桩群水平承载性能试验研究

 对矩形布置的集约式微型桩群支护体系采用分级加载的方法,进行水平荷载原型试验及数值计算,研究滑坡推力作用下集约式微型桩群抗滑作用机制,并分析桩间土体参数、桩身强度、桩排间距等设计参数变化对桩群水平承载性能影响的敏感程度。结果表明,在滑体介质为粉质黏土的地层中,当滑坡推力超过某一定值时前排桩才会发挥支挡作用,桩群前方土压力峰值的位置深于桩群内部,微型桩群与土体水平荷载分担比约为7：3;控制最佳排间距,相比优化其他设计参数对提高集约式微型桩群水平承载力、减小桩顶位移效果明显。试验成果为深入分析集约式微型桩群的抗滑机制和优化工程设计提供了参考。     

抗滑桩的优化分析

大截面的抗滑桩具有复杂的受力特性,建立了有限元模型,分析了采用单排和双排抗滑桩支挡后的稳定系数和破坏模式,对于单排抗滑桩,以支挡后的稳定系数为目标,确定了边坡的最佳设桩位置和最佳桩顶下沉高度;对于双排桩,两排桩上的推力总和要大于只设前排桩时的推力;当排距较小时,滑坡推力几乎全由后排桩承担,由于后排桩的遮蔽作用,前排桩达不到最佳抗滑效果,随着排距增加,前排桩分担的推力逐渐增加,当达到一定排距后,两排桩完全独立工作,各自承担一部分滑体推力,前后两排桩均达到最佳抗滑效果;并在推力分担、支挡后安全系数的计算基础上,提出了以两排桩的推力和、稳定系数和两排桩承担的推力差为目标,建立了用于双排抗滑桩的多目标优化,优选出了具有多种属性的双排抗滑桩的排距和推力分担。     

框架微型桩结构抗滑特性的模型试验研究

 基于模型试验结果,对框架微型桩结构的抗滑特性进行研究。研究结果表明,滑坡推力作用下,框架微型桩结构中微型桩顶水平位移与荷载之间为双曲函数关系,且框架梁在荷载作用下发生倾斜,后排微型桩产生较为明显的被拔出趋势。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,均布荷载作用下,作用在框架微型桩结构上的滑坡推力的分布近似为梯形,滑面及桩顶部土压力较大,桩底部土压力较小,后排微型桩受到的滑坡推力比前排桩大,推力最大值之比约为1∶0.6,滑面以下桩后土抗力的分布近似为倒三角形。将微型桩布置更为密集的微型桩框架结构具有更大的极限抗力;但是,在相同位移容许值的条件下,试验中2种结构的抗滑承载力差别不大。框架梁可以有效限制微型桩顶位移并减小桩身弯矩,但也会在微型桩顶部产生较大的弯矩,故实际工程中可以采取增大截面尺寸、增大框架梁埋深或增设套管等措施提高微型桩截面的抗弯刚度,从而提高框架微型桩结构的整体抗滑性能。     

预应力混凝土管桩桩端压力注浆施工技术研究

预应力混凝土管桩后注浆技术施工过程中,容易在沉桩过程中,将注浆管堵塞,导致注浆失败,影响了桩基施工质量,本文介绍一种专用的管桩桩端兼有桩尖作用的注浆器和相应的桩端水平方向注浆施工技术,杜绝了管桩成桩时将注浆孔堵塞,造成压力注浆失败的结果,使注浆达到100%的成功。     

PHC管桩接头处的加固处理

PHC管桩由于其结构特性,接桩部位成为桩身整体结构的薄弱点。结合工程实例,介绍了对已施工的PHC管桩地下12m接头部位进行补强的一种施工工艺,并总结了射流冲孔、气举反循环清渣排浆、埋管注浆的施工方法,为类似施工提供参考。     

输电线路PHC管桩单桩及群桩水平承载性能试验

依托淮南—南京—上海1 000kV交流特高压输电线路工程建设,选择淮南典型黏土地基,开展了3个带承台PHC管桩单桩、2×2和3×3两种布置方式下的5个PHC管桩群桩现场试验,分析了水平力作用下PHC管桩单桩及群桩基础的荷载-位移曲线特征,并基于试验得到的基础水平承载力特征值,进一步分析了PHC管桩单桩及群桩水平力承载性能。结果表明:水平力作用下PHC管桩单桩及群桩的荷载-位移曲线均呈"缓变型"变化规律,可将6mm水平位移所对应水平承载力的75%作为基础水平承载力特征值;基于单桩和群桩基础水平承载力特征值计算得到PHC管桩群桩效应系数为0.98,群桩基础水平承载性能良好;增大PHC管桩群桩的桩间距、扩大承台尺寸可显著提高PHC管桩群桩基础水平承载性能;当桩长达到一定长度后,桩长增加对提高其水平承载力并不显著。     

大直径随钻跟管桩竖向抗压承载性能试验研究

随钻跟管桩是一种桩侧后注浆的非挤土PHC管桩桩型,是近年研发出的新型大直径桩基础。为了研究这种新桩型的竖向抗压承载性能,对现场5根直径1m的随钻跟管桩进行静载和高应变承载力试验。研究结果表明：以静载试验结果为校核标准,高应变承载力检测误差可控制在±10%以内;嵌岩0.5m的随钻跟管桩极限承载力可达到20000kN,比同等直径泥浆护壁灌注桩的承载力经验计算值大13%～23%;桩侧后注浆工艺和桩端嵌岩深度能有效提高随钻跟管桩的侧阻力发挥,实测值比灌注桩的规范计算值大28%以上;虽然现场4根随钻跟管桩均嵌入中风化花岗岩0.5m,但端阻比小于30%,呈现摩擦型桩的承载性状。试验成果有助于进一步揭示随钻跟管桩的竖向抗压承载机理,可为其工程设计与工艺优化提供依据。     

深基坑中预应力锚管支护设计与施工技术探讨

所谓预应力锚管支护就是采用竖向深层搅拌桩做初期围护,再在深层搅拌桩内侧附近分层分段挖土,从上到下逐次紧靠深层搅拌桩设置预应力锚管,锚管端部通过水平槽钢围檩及连接件固定于竖向深层搅拌桩上,同时待水泥浆达到设计强度后,对锚管施加预应力,最终形成有一定插入深度的深层搅拌桩加注浆预应力锚管的复合支护结构.     

透水管桩抗弯性能试验研究

透水管桩通过在桩身预留透水孔,联通土体,释放超静孔隙水压力,可加速沉桩过程桩周土的固结,有效减小沉桩挤土效应;但是,预留孔不可避免地会破坏桩身结构的完整性,为了探讨开孔对透水管桩抗弯抗裂性能的影响,开展了普通管桩与透水管桩的抗弯试验,记录了各桩的开裂弯矩、破坏弯矩以及不同弯矩作用下的桩身挠度与裂缝宽度,探讨了开孔对透水管桩抗弯抗裂性能的影响。研究表明,相对普通管桩,透水管桩跨中挠度更大,开裂弯矩降低,但仍满足规范要求;在相同弯矩作用下,透水管桩裂缝宽度小于普通管桩;在以相同裂缝宽度(1.5mm)作为极限状态判断标准的条件下,透水管桩的破坏弯矩大于普通管桩,透水管桩拥有优于普通管桩的抗弯性能。     

复合配筋预制混凝土管桩的抗弯抗剪性能试验研究

为进一步推广先张法预应力离心混凝土钢绞线桩(PSC桩)在高烈度抗震区的应用,在PSC桩中加入与钢绞线相同数量的螺纹钢筋,研发了先张法预应力离心混凝土复合配筋钢绞线桩(PSRC桩),并对3种规格共12根管桩试件进行了足尺抗弯及抗剪性能试验,对比分析了PSC桩和PSRC桩在抗裂性能、抗弯(剪)承载力、变形能力及裂缝分布等方面的异同。试验结果表明:非预应力钢筋的配置对管桩抗裂性能影响不大,但可以提高管桩的抗弯和抗剪性能;PSRC桩的开裂弯矩和开裂剪力与PSC桩相近,但极限弯矩和极限剪力则分别提高了约55%和20%;与PSC桩相比,PSRC桩破坏时桩身裂缝数量较多,分布范围较广,但最大裂缝宽度较小。