20万吨级卸荷式板桩码头离心模型试验研究

中国板桩码头结构的设计和建设从2000年前的3.5万吨级到现今的20万吨级,有了长足的进步。新提出的一种20万吨级卸荷式板桩码头结构,考虑了刚性较大的T型地连墙方案和柔性较大的组合钢管桩前墙方案,与之相对应的卸荷承台群桩基础结构中分别设置2排和3排直立灌注桩。开展了大型土工离心模型试验,对这两种方案的卸荷式板桩码头结构性能进行了验证。结果发现,这两种方案都是可行的,前墙位移均在允许范围内,其中刚性较大的T型地连墙方案中,前墙锚着点位移较小,但墙身弯矩反应较大,拉杆力较小,承台群桩基础结构中灌注桩弯矩反应正常,而柔性较大的组合钢管桩方案中,前墙锚着点位移较大,但墙身弯矩反应较小,拉杆力较大,承台群桩结构中灌注桩弯矩反应较强。前墙和灌注桩弯矩反应强烈程度所呈现的此消彼长特性,揭示了卸荷式板桩码头中单锚式板桩结构部分和卸荷承台群桩基础结构部分之间的荷载分担工作机制。     

分离卸荷式板桩码头的工作机理

分离卸荷式板桩码头是中国自主开发的一种新型码头结构型式。与传统的卸荷式板桩码头结构不同,分离卸荷式板桩码头采用卸荷承台与前墙分离设置,避免了因码头水平位移较大或产生不均匀沉降时,承台下的基桩会发生桩头混凝土开裂,影响其耐久性。对于这种新型的码头结构,如何正确地认识分离式卸荷承台的卸荷作用,掌握前墙上的土压力作用规律,是码头结构设计的基础。通过有限元数值分析,探讨了分离卸荷式板桩码头结构的受力与变形规律,以及卸荷承台的卸荷机理与码头结构上的土压力分布规律。通过与单锚板桩码头结构的比较,验证了分离卸荷式板桩码头结构对于板桩码头深水化的作用。     

新型板桩码头群桩基础被动段桩侧压力试验研究

在新型板桩码头结构中,带卸荷承台板的直立灌注桩群桩基础被用来与前墙一起共同承担土体侧向位移所产生的侧向荷载,这些直立桩的工作机制类似抗滑被动桩,但其桩土相互作用程度远没有达到极限状态。结合20万吨级卸荷式板桩码头结构设计方案的验证,开展了多组土工离心模型试验,测量了各排灌注桩两侧土压力,得到了均质细砂地基中两种承台群桩基础中桩身侧压力分布,其特征是桩身上部侧压力为正,作用方向与土体位移一致,而桩身下部侧压力为负。各排桩的侧压力零值点约位于港池泥面线下4倍桩径位置处,可根据侧压力零值点分界线将桩身划分为上部被动段和下部主动段进行设计处理。为了确定被动段侧压力大小,引入被动段桩宽比,将桩侧压力与朗肯主动土压力相关联,结果发现,海侧桩被动段桩宽比接近3.0,明显大于中间桩和陆侧桩,因此,承台群桩基础设计中,被动段可以近似按3倍朗肯主动土压力作为设计值考虑。     

遮帘式板桩码头结构离心模型试验研究

针对传统板桩结构仅适用于中小码头建设这一长期困扰工程界的难题,结合京唐港待建1.0×105 DWT级深水泊位拟采用的遮帘式板桩结构,运用离心模型试验技术对其结构受力状态和变形特点展开研究。通过对有无遮帘桩、有无码头面荷载、前板桩墙不同嵌入比以及前板桩墙与遮帘桩的距离等进行一系列试验,得出的试验成果表明,这种遮帘式板桩码头新结构解决了深水板桩码头前板桩墙弯矩急剧增大的问题,同时有效地减小码头前沿水平位移和拉杆拉力,实现了传统板桩结构向深水泊位发展的历史性突破。为探求这种新型码头结构中前板桩墙与遮帘桩之间的最佳传力模式,模拟3种不同的连接型式,即前板桩墙与遮帘桩钢筋混凝土胸墙连接、竖向自由的胸墙连接和相对自由的拉杆铰接,结果发现采用拉杆铰接型式时,码头结构内力最为合理。在上述研究的基础上,最后提出拉杆铰接型式的遮帘桩码头结构形式为最优方案,推荐设计采纳。     

深水港码头高承台桩土共同作用数值模拟分析

某深水港码头方案设计提出了3种结构形式:斜坡堤结构、单排斜顶桩板桩、双排斜顶桩板桩。本文采用平面弹塑性有限元法进行码头施工过程模拟,重点研究了码头平台沿水平方向位移、桩身轴力与弯矩分布,并选取了具有典型性的2个断面,持力层分别为微风化花岗岩层与粘土层,侧重进行了不同方案比较。计算结果很好地反映出了高承台桩基受力变形特点,并总结出高承台桩桩土共同作用变形的几点规律,可为同类工程的建设提供参考。     

板桩结构土压力理论的创新发展

对于板桩码头,其主要的荷载为作用于码头前墙上的土压力,该荷载一方面是由于港池开挖引起前墙两侧土压力的不平衡产生,另一方面是由于码头表面荷载作用于地基土,从而增加了前墙陆侧的土压力。板桩码头深水化的关键要求必须解决港池挖深导致的前墙土压力急剧增大问题,"遮帘"和"卸荷"是减少前墙土压力的有效途径,由于设置了遮帘桩和卸承台,使得板桩结构的受力情况更加复杂,涉及的关键科学技术问题是土和结构的相互作用。针对遮帘式和分离卸荷式板桩码头新结构开发过程中的土压力问题,先后研究了土体密度与粒径对静止土压力系数的影响、遮帘式板桩结构的土压力"桶仓压力效应"和"遮帘效应",以及分离卸荷式板桩结构的土压力"卸荷效应",为板桩码头新结构的发展奠定了理论基础。     

20万吨级卸荷式板桩码头数值分析

京唐港#36泊位为20万吨级通用散货泊位,采用卸荷式板桩码头结构型式,这是世界上迄今为止设计最大的板桩码头。对于卸荷式深水板桩结构,原有的规范已不再适用,给结构设计带来了一定的困难。基于ABAQUS有限元平台,利用开发的土和结构相互作用软件,对该20万吨级板桩码头初步设计方案进行了三维数值模拟,研究了卸荷式板桩结构的卸荷机理和土与结构的相互作用规律,得到了码头结构的内力和变形等关键设计参数,揭示了码头前墙上的土压力随墙体变形的变化规律,为结构的设计和优化提供了技术支撑。     

遮帘式板桩码头结构与土共同作用3D数值模拟分析

遮帘式板桩码头作为一种全新码头结构,因缺少相关设计规范和计算方法,给工程设计、施工与优化带来很大困难。基于ABAQUS计算软件平台,利用自行二次开发的、能较好地反映土体塑性体应变和剪胀特性的"南水"双屈服面土体本构模型,对遮帘式板桩码头三维数值计算展开研究,探讨该新型码头结构与地基土体间相互作用、墙身与桩体的变形、拉杆力的变化以及桩与墙体土压力及弯矩分布与变化规律。计算结果表明,新型板桩码头结构沉降量较小,水平位移因前沿港池的开挖相对较大,由于设置遮帘桩,结构充分利用了土体自身抗剪力学特性,导致上部土体作用于前墙土压力显著减小,下部土体作用于前墙土压力显著增大,从而极大改善了前墙承受由于前沿港池开挖深度增加而迅速增大的土压力,使得结构更加稳定;同时,遮帘桩承担了较大的弯矩,增强了抗倾覆的能力,使得遮帘式板桩码头得以深水化。     

浅谈建筑工程桩基工程质量控制

桩基础，是由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。桩身全部埋于土中而承台底面与土体接触叫低承台桩基；桩身上部露出地面而承台底位于地面以上则叫高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层和大跨度的建筑中，桩基础应用广泛。常用的桩型主要有预制桩和灌注桩两大类。     

大直径嵌岩灌注桩水平荷载试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。本文结合工程实例,通过现场水平静载试验,实测得到了水平荷载作用下大直径嵌岩灌注桩桩土共同作用时的工作性状,分析了桩体水平力、位移与时程关系、水平力与位移梯度关系、临界承载力以及地基土的水平抗力比例系数。试验结果可为今后同类桩的设计与研究提供参考。建议采用位移控制设计桩基础。     

大直径旋挖嵌岩灌注桩水平荷载试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状,是一个复杂的桩土相互作用过程。结合工程实例,实测得到了水平荷载作用下大直径嵌岩灌注桩桩土共同作用时的工作性状,分析了桩体水平力—位移—时程关系、水平力与位移梯度关系、临界荷载、地基土的水平抗力比例系数、桩身应力分布以及弯矩随桩长分布。试验结果可为今后同类桩的设计与研究提供参考。     

板桩结构土压力理论的创新发展

对于板桩码头,其主要的荷载为作用于码头前墙上的土压力,该荷载一方面是由于港池开挖引起前墙两侧土压力的不平衡产生,另一方面是由于码头表面荷载作用于地基土,从而增加了前墙陆侧的土压力。板桩码头深水化的关键要求必须解决港池挖深导致的前墙土压力急剧增大问题,“遮帘”和“卸荷”是减少前墙土压力的有效途径,由于设置了遮帘桩和卸承台,使得板桩结构的受力情况更加复杂,涉及的关键科学技术问题是土和结构的相互作用。针对遮帘式和分离卸荷式板桩码头新结构开发过程中的土压力问题,先后研究了土体密度与粒径对静止土压力系数的影响、遮帘式板桩结构的土压力“桶仓压力效应”和“遮帘效应”,以及分离卸荷式板桩结构的土压力“卸荷效应”,为板桩码头新结构的发展奠定了理论基础。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

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。     

分层土中支盘桩水平承载特性模型试验研究

制作支盘桩单桩和群桩模型试验装置,对处于分层土和均质土中的单桩和群桩基础进行室内水平静载荷模型试验,分析土层性质和承力扩大盘位置对桩水平承载特征的影响.结果 表明上层土的性质对支盘桩水平位移、桩身弯矩和桩侧土压力的影响明显,特别是对扩大盘靠近桩身上部的单桩,上层土加固能显著降低桩顶的水平位移,提高桩的水平承载力;对支盘桩群桩基础,扩大盘所处的上层土较软弱时,群桩效应明显;上部土层加固后群桩效应减弱,各基桩近似独立工作,再加上承台对桩顶的固接约束作用,桩身弯矩和桩侧土压力均显著减小.     

分离卸荷式板桩码头数值模拟与分析

利用有限元软件对分离卸荷式板桩码头结构形式进行数值模拟。结果表明,荷承台的设置对分离卸荷式板桩码头影响较大,可为工程实际提供一定的依据。     

水平静力荷载作用下桩伴侣工作性状有限元模拟及与无伴侣构造形式的比较分析

借鉴现浇混凝土大直径管桩(PCC 桩)水平承载足尺试验和数值模拟的成果,建立水平荷载作用下多个构造形式有无伴侣的单桩有限元数值模型。对比计算与分析表明,对于低承台桩基设置桩伴侣可确保承台向地基土传递水平荷载,成倍减小基桩的应力和位移;对于桩身范围地基土模量低的低承台桩基的水平承载性状也有一定的改善;配备桩伴侣后,将桩与承台的连接方式由刚接改为铰接也能大幅度减小桩身内力,桩顶与承台的距离可单纯考虑竖向承载力和变刚度调平基础底板沉降的需要;设置桩伴侣后可取消褥垫层;桩伴侣的高度变化对水平荷载作用下桩内力和位移影响很小;在罕遇地震等荷载工况下,桩伴侣可作为耗能构件,首先牺牲伴侣,避免或延迟桩头的破坏。     

基础-桩-土共同作用的性状与承载力研究

本文是结合干船坞规范编制中的桩基问题,在调查研究和模型试验基础上提出的一份研究报告。文中通过同一种亚粘土上的不同桩距,不同入土深度,桩的不同排列和桩数,承台的不同设置方式(即高桩台、低桩台与无桩基础板)等方面进行了对比试验,并通过桩反力和土反力的荷载传感器及位移器实测了桩力、桩间土反力和变形。通过分析,对基础-桩-土的工作性状和设计的最优化尺度及承载力等方面,都有一些新的规律性的认识,有些研究成果已列入我国干船坞设计规范(1985)。     

结构-群桩基础地震响应离心振动台模型试验

为研究桥梁群桩基础的大质量承台和外露桩基对桩-土动力相互作用效应的影响,分别对低承台（与土接触）和高承台群桩基础进行了离心振动台模型试验。试验中地基土采用了黏质粉土,上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括单桩和群桩。为模拟地震剪切波作用下土层运动效应,采用叠环式层状剪切箱实现土体的层状自由剪切,箱内壁设置橡胶膜以消除边界反射效应。在加速度为5.0g的离心环境中,选取Chi-Chi地震波作为基底激励输入,在不同输入峰值加速度下,分析了结构-群桩基础的地震响应。试验结果表明：与低承台群桩基础相比,高承台形成的群桩外露会增加上部结构和承台的惯性效应,改变桩身峰值弯矩的分布,表现为承台与桩接触处的桩身峰值弯矩下降,但桩身最大峰值弯矩改变较小。     

某大型哑铃型承台群桩基础与土体共同作用竖向承载变形特性数值模拟分析

用ANSYS对某特大桥索塔哑铃型承台群桩基础与土体共同作用进行了三维弹塑性有限元分析。利用桩土界面间水平方向位移相容,桩土界面间竖向设置双曲线本构方程的弹簧,能较好模拟竖向荷载作用下特大型群桩基础桩土间相互作用。分析结果表明,数值分析所得承台沉降与承台荷载的关系曲线、桩顶轴力分布、桩顶轴力随承台荷载变化的关系曲线,与其离心模型试验实测成果较一致。在用离心模型试验成果验证数值分析的正确性下,用其数值分析成果进一步深入分析群桩基础的承载变形特性。