薄壁锥端注浆微型钢管桩抗拔承载特性的现场试验

为解决新时期电网“绿色建设”的需求,研发并应用新型环保型基础是电网建设中的首要任务之一。本文提出一种改进的薄壁锥端注浆微型钢管桩,通过现场试验,研究该类钢管桩的抗拔承载特性。 以双楼～交河入东光北变220kV线路工程为工程背景,设计出?159 mm和?203 mm两种桩径、5 m和8 m两种埋深、注浆与不注浆两种条件,共18根钢管桩,开展了18组试验桩的现场抗拔承载特性试验,对比分析了注浆作用对不同型号抗拔桩荷载位移曲线、抗拔承载力以及桩周土体破坏模式的影响;基于现场试验获取的桩土界面的破坏机制,建立桩土体系的有限元模型,对钢管桩上拔变形破坏过程进行数值模拟分析,重点佐证了现场试验中得出的桩土界面破坏模式;通过测试注浆前后桩周土体的抗剪强度参数和微观结构,分析了注浆作用对桩周土体影响的宏微观机制。 试验分析表明：① 注浆前后钢管桩荷载位移曲线由陡降型转变为缓变型,塑性变形特性增强;②注浆前后钢管桩抗拔承载力提高59%?148%,提高幅度与其长细比呈负相关;③未注浆钢管桩发生破坏时,地表土体鲜见裂缝,桩体近乎被抽出,注浆钢管桩破坏时地表土体出现径向与环向裂缝;④注浆过程中的浆液向土体空隙中不断渗透,充填了大量空隙,从而加固了桩周土体,最终在钢管桩周围形成水泥固结体,其与桩周土体之间形成剪切面,这一结论同时也得到数值模拟结果的佐证。 注浆作用对钢管桩抗拔承载力的影响机制主要体现在有效剪切面积的加大和桩周土体侧摩阻力的提高两个方面。工程应用表明,该桩型具有施工周期快、承载力高、对周围环境破坏小的优点,在双楼～交河入东光北变220 kV线路工程中应用效果良好。     

不同变截面桩竖向承载特性的数值分析

基于现场试验,采用Abaqus有限元软件对等截面桩及变截面桩单桩竖向承载力测试实验过程进行数值模拟。结果表明:弹性变形阶段,竖向荷载-沉降曲线呈线性变化趋势,等截面桩比变截面桩桩身沉降较小;塑性屈服阶段,等截面桩与变截面桩单桩承载力几乎一致。变截面位置对桩侧摩阻力沿深度的分布有一定影响,最大侧摩阻力位置根据变截面的位置而变化。变截面桩的平均侧摩阻力较等截面桩的平均侧摩阻力大,变截面桩侧摩阻力效果较等截面桩更有优势。在相同承载力条件下,变截面桩所耗费的材料较等截面少,对于竖向承载特性,变截面桩与等截面桩表现基本一致,因此使用变截面桩能节约工程成本。     

加芯搅拌桩芯桩定位限垂技术的研发与应用

为控制水泥土加芯搅拌桩的芯桩贯入质量,研发了一种基于芯桩定位导向架的定位限垂挑臂装置,并通过采用不同材质、不同尺寸的方法,反复摸索、实施,分析得出了芯桩定位导向架的定位限垂挑臂装置的最优方案。同时,通过运用数据比对、图表说明的方法,有效验证了加芯搅拌桩芯桩定位限垂挑臂装置对于现场施工的重要作用。在新疆地区23450 根加芯搅拌桩工程中进行首次应用,实践表明研发的定位限垂技术可有效控制芯桩贯入的定位和垂直度,提高施工效率。该定位限垂技术经济效益良好,可为今后新疆地区特殊软基处理以及加芯搅拌桩施工提供参考价值。     

杭州湾跨海大桥钢管桩的涂层防护

杭州湾跨海大桥采用钢管桩沉桩基础。钢管桩的腐蚀问题采用涂层加阴极保护的防护体系,其中涂层部分采用单层/双层/三层重防腐环氧粉末喷涂防护方案解决。介绍了三种涂层结构及其用途。     

应力交变下微型土压力计的标定及应用

为了研究土压力计在不同应力状态下的敏感系数,利用镶嵌有微型土压力计的模型桩,按照两种方式设计应力交变加载模式进行标定:(a)从初始零应力状态分级加载—卸载至零;(b)从初始零应力状态加载到应力最大值,分级卸载—加载,逐渐到零应力状态。研究结果表明:初始应力为零的加载曲线线性较好,敏感系数可用线性函数进行拟合;初始应力不为零的加载曲线线性也较好,敏感系数也可用线性函数进行拟合;而卸载曲线包含显著的非线性和滞后效应,此时敏感系数就不是一个固定值,可采用指数曲线来进行拟合。将获取的标定系数应用于水平受荷模型桩的桩身应力分析中,在加载过程中3.5D~5.5D深处桩身应力一直变大,且变化幅度最大。研究成果可为水利工程中板桩、抗滑桩等水平受荷桩桩身截面尺寸及配筋设计提供参考。     

基于离散元方法的竖直群桩冰荷载分析

在高纬度海域或高寒地区的江河中,碎冰对海洋平台桩腿和桥墩等直立群桩结构产生很大的冲击作用,并在一定条件下造成不同程度的破坏。依据碎冰在自然条件下的离散分布特性,采用Voronoi切割算法构造随机分布和具有非规则几何形态的碎冰初始状态,在此基础上采用若干个具有黏结-破碎功能的球形颗粒构造具有一定厚度、尺寸和形状等物理参数的河冰离散单元模型,将竖直群桩简化为刚体结构,从而对碎冰的运移及其对群桩的冲击作用进行数值模拟。在此基础上可确定碎冰撞击下的群桩冰荷载,并分析冰块尺寸、冰速和冰厚对桩结构所受冰荷载的影响。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析

近年来,斜桩在桥梁、码头、海上钻井平台及大型输电线路塔架基础等工程中得到广泛应用,研究不同倾角斜桩的荷载传递及承载特性实用意义较大。基于ABAQUS软件,考虑桩土接触特性,模拟分析了不同倾角斜桩的承载特性。结果表明:桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限承载力影响不大,但会在桩身产生一定弯矩以及桩顶产生一定的水平位移;桩身轴力沿桩长方向的衰减速率随桩身倾角的增大而增大;斜桩桩身弯矩主要分布在桩顶下1/2桩长范围内,其最大值的位置不受桩身倾角以及桩顶竖向荷载的影响;斜桩桩身侧摩阻力沿桩长大致呈"S"型分布,其桩顶以下1/6桩长范围内侧摩阻力远远大于直桩。     

静压桩终压力及单桩竖向承载力的相关性

以苏南软土地区的静压桩施工实测资料为依据,着重分析了静压桩的终压力与单桩竖向承载力之间的相互关系,并按照静压桩的入土深度,提出两者之间的相关性估算方法,为静压桩的安全、合理施工提供参考。     

负摩阻力计算及对桩承载力的影响

探讨了负摩阻力的计算方法及考虑负摩阻力时对桩承载力的验算，对软土层超过１５米，上部堆载大或地下水位大幅度下降地区的桩，尤其是端承桩而言，具有较大的工程实际意义。     

考虑邻近建筑物影响的内撑式排桩基坑支护局部破坏研究

基坑开挖与周围环境相互影响,而邻近建筑物对基坑支护体系局部破坏的影响鲜有研究。通过内撑式排桩支护砂土基坑模型试验,研究了坑外有、无建筑物两种情况下基坑开挖、支撑局部破坏和桩后砂土渗漏对内撑式排桩基坑支护体系受力及变形性能的影响。试验结果表明：受邻近建筑物的影响,随基坑逐渐开挖,平行于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移增大,而垂直于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移减小,同时基坑中部内支撑轴力明显增大,角撑次之,边撑反而减小;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩及反弯点影响较大,而对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小;局部内支撑破坏引起的坑外地面沉降较小,而内支撑连续破坏导致坑外地面产生显著沉降,影响范围为0.12~0.23倍开挖深度,同时临近的未失效支撑轴力显著增大,易引发连续破坏;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较大,对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小。当桩后砂土出现渗漏时,对平行于邻近建筑物长边的支护桩影响更为明显。