渗水作用下泥岩地区杆塔扩底基础抗拔承载分析

【目的】泥岩遇水易发生膨胀崩解甚至泥化,对输电杆塔基础抗拔承载力造成不良影响,需要对渗水作用下杆塔基础的抗拔承载特性展开研究。【方法】基于泥岩室内试验结果,利用有限元软件建立泥岩中扩底基础计算模型,引入温度场比拟湿度场的方法模拟泥岩地基浸水后的膨胀劣化,研究扩底基础上拔承载特性。在此基础上,分析泥岩地基浸水渗透后扩底基础极限抗拔承载力降低的具体原因;比较了泥岩地基天然状态、浸水渗透和饱和状态三种工况下极限抗拔承载力的差异以及承载力与埋深之间的关系。【结果】结果表明：增加基础埋深均能提高极限抗拔承载力,但饱和状态工况下增长最缓慢;地基浸水渗透对基础极限抗拔承载力的影响随着基础埋深增加而减弱,2.0 m埋深基础极限抗拔承载力仅为天然状态工况的63.2%,而5.0 m埋深时达到94.2%。【结论】地基浸水造成基础极限抗拔承载力降低的主要原因是地基力学参数劣化,抗剪强度减小所致。研究成果可为泥岩地区杆塔基础设计提供参考。     

浸水条件下膨胀性红层砂岩地基扩底桩抗拔承载特性

红层砂岩在我国中西部地区分布广泛,浸水条件下其力学特性变化大,因而合理确定红层砂岩地基中抗拔桩承载力是工程设计关注的问题。通过引入温度场比拟湿度场的三维弹塑性有限元数值分析方法,开展了浸水条件下扩底抗拔桩基础承载特性模拟,研究了不同桩长扩底桩浸水前后承载力变化以及塑性区分布特征。模拟结果表明: 浸水将导致红层砂岩扩底桩的抗拔极限承载力降低,浸水前后桩基抗拔极限承载力均随桩长增加而增加,但浸水后承载力随桩长的增加值有一定减小。抗拔极限状态下,桩周土体塑性区分布在空间上呈楔形体加四棱柱体的组合形式,浸水将导致塑性区缩小,但随着桩长增加,塑性区面积有一定扩大。     

浸水条件下膨胀性红层砂岩地基扩底桩抗拔承载特性

红层砂岩在我国中西部地区分布广泛,浸水条件下其力学特性变化大,因而合理确定红层砂岩地基中抗拔桩承载力是工程设计关注的问题。通过引入温度场比拟湿度场的三维弹塑性有限元数值分析方法,开展了浸水条件下扩底抗拔桩基础承载特性模拟,研究了不同桩长扩底桩浸水前后承载力变化以及塑性区分布特征。模拟结果表明:浸水将导致红层砂岩扩底桩的抗拔极限承载力降低,浸水前后桩基抗拔极限承载力均随桩长增加而增加,但浸水后承载力随桩长的增加值有一定减小。抗拔极限状态下,桩周土体塑性区分布在空间上呈楔形体加四棱柱体的组合形式,浸水将导致塑性区缩小,但随着桩长增加,塑性区面积有一定扩大。     

单桩竖向抗拔承载力离心模型试验研究

结合某海上风电场桩基工程中的大直径超长钢管桩抗拔承载力研究,利用离心模拟技术,初步推求得出荷载-位移的关系曲线（即Q-S曲线）,并与现场抗拔试验成果得出的Q-S曲线进行了比较,分析两者加载方式和加载速率的不同对Q-S曲线的影响。结果发现,上拔力的加载速率较快,求得的单桩抗拔极限承载力偏高。     

黄土地基中微型抗压与抗拔桩对比试验研究

微型抗拔桩是西北黄土地区光伏电站的一种典型锚固基础,为研究微型桩在抗压与抗拔条件下位移与受力性状的异同,在黄土地基进行了不同尺寸的抗压桩与抗拔桩的单桩竖向静载试验。试验结果表明:相同荷载作用下,抗拔桩的桩顶位移和位移增长速率均大于抗压桩,考虑桩顶上拔量得出的极限承载力低于按规范进行试验得出的结果,因此,在确定抗拔桩的极限承载力时应考虑桩顶上拔量;两种试桩桩身轴力随埋深分布曲线相似,即存在一个向下传递的过程;抗拔桩桩身中上部侧阻达到极限后会随着荷载的增加出现减小的趋势;抗拔桩桩端侧阻存在弱化现象,抗压桩桩端侧阻则存在强化现象。研究结果对黄土地区光伏电站微型抗拔桩锚固基础的设计与施工具有重要的参考意义。     

海上风电机组高承台群桩基础整体协同作用下极限承载特性分析

高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式。建立了高承台群桩基础数值模型,通过t-z、q-z和p-y曲线模拟桩土相互作用,以承台转角θ与力矩M关系曲线代表基础整体承载状态,采用基桩现场抗拔承载力测试数据对数值模型进行了验证。并基于上海东海大桥海上风电场示范工程风电机组基础结构,对不同加载方式、压拔承载力比值的基础进行了极限承载性能数值模拟,分析了基础的荷载传递、分配和整体协同作用,揭示了群桩中基桩极限承载性能与群桩基础整体极限承载性能的关系,提出了海上风电机组高桩混凝土承台群桩基础承载力控制标准的建议。     

印尼地区嵌岩灌注桩竖向承载特性现场试验

为更加深入研究不同竖向荷载作用下大直径嵌岩灌注桩的承载特性与荷载传递规律,以印尼地区某工程为依托,对3根直径为800 mm的嵌岩灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验与桩身应力测试。试验结果表明:3根试桩的Q-s曲线均为缓变型,沉降量均不超过17 mm,回弹率较大,介于54.8%~70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求。桩身轴力随桩顶荷载的增加逐渐增大,随深度逐渐递减;桩侧摩阻力的发挥具有异步性,随着荷载的增大,桩侧摩阻力逐渐发挥,在嵌岩段桩侧摩阻力最大,但仍未充分发挥;桩端阻力随桩顶荷载的增加近似呈线性增大,在最大荷载作用下,桩端阻力占比约55%,表现出摩擦端承桩的特性。研究结果对国内桩基规范的完善以及当地桩基规范的制订具有较重要的意义。     

卵石地层抗拔桩抗拔极限侧阻力试验研究

基于南水北调中线惠南庄泵站主厂房抗拔桩设计实例,对抗拔桩在卵石地层中侧阻力发挥特征、经验公式与现场试验确定的抗拔极限侧阻力进行对比研究。分析表明,在卵石地层中,抗拔侧阻力的发挥受上拔力影响,是一个动态过程。当桩顶荷载较小时,桩身不同深度处侧阻力发挥较均匀;随着桩顶荷载的增加,侧阻力呈现出桩身上部发挥充分、下部发挥较小的特征;桩顶荷载继续增大,桩身下部侧阻力随之明显增大。试验桩抗拔极限侧阻力平均值可达223 k Pa,现行规范提出的钻孔桩卵石抗压极限侧阻力标准值范围(140~170 k Pa)有待进一步研究扩充。     

沙漠风积沙地基扩展基础抗拔现场试验研究

通过在新疆、宁夏和内蒙古典型沙漠地区完成的现浇混凝土和装配式2种扩展基础在上拔、上拔与水平力组合工况下的25个现场试验,获得了风积沙扩展基础抗拔荷载-位移曲线,并确定了各试验基础的抗拔极限承载力。按照"土重法"计算原理,得到了反映沙漠风积沙地基抗拔承载性能的极限"上拔角"。经统计分析,得到沙漠风积沙极限"上拔角"标准值为16.8°,该值考虑了沙漠风积沙的区域特征、基础型式与尺寸、荷载工况等因素,可为沙漠地区输电线路杆塔基础的工程设计提供依据。     

格栅状搅拌桩复合地基静载试验研究

为科学、合理地在砂土地基中进行高置换率栅状搅拌桩复合地基的设计和施工,在湖北汉江流域兴隆水利枢纽工程中,开展了格栅状搅拌桩复合地基静载荷试验研究。试验结果表明① 可将P-ΔS/ΔP试验曲线归纳为3个阶段,即桩侧阻力发挥的直线段、桩端阻力逐步发挥的调整变化段与桩端阻力完全发挥的破坏段;②采用P-ΔS/ΔP曲线比P-S曲线更能反映桩基刚度变化及其工作形状与荷载传递规律;③高置换率的口型砂基搅拌桩外侧摩阻力可全长发挥,其极限承载力主要受桩底砂性土密实状态下剪松破坏后的残余强度控制,属于典型的摩擦端承桩。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

大型炼厂软弱地基PHC管桩现场试验与分析

针对大型炼厂工程软弱地基处理的复杂性,开展了PHC管桩的现场试验,完成了PHC管桩施工后的低应变、高应变动力测试及单桩水平、抗压静载荷试验。基于低、高应变测试结果分析了桩身质量及完整性;以高应变测试和静载荷试验结果验证了单桩承载能力;对不同桩径的PHC管桩经济性做了比较分析。静载荷试验结果表明,PHC管桩单桩承载力能达到设计要求;PHC管桩桩径为400 mm时,桩长对单桩极限承载力影响较大,桩径为500 mm或600 mm时,桩长影响较小;同一桩长的单桩极限承载力随桩径增大而增大,不同桩长的增大形式存在差异;灌芯桩比不灌芯桩单桩水平承载力提高50%以上;从经济角度考虑,抗压PHC管桩首选500,桩端持力层选择强风化-中风化泥岩或全风化-中风化砂岩为宜。      

基于自平衡试桩法的灌注桩承载力检测应用研究

探讨采用自平衡试桩法对承载大吨位、大直径、超长的灌注桩进行单桩竖向承载力检测的可行性。以南水北调中线工程磁县段二标滏阳河渡槽3号墩台8号灌注桩的单桩承载力检测为例,结合相关规范规程与自平衡测桩法检测原理,根据读数绘出向上向下的Q-s曲线及相应的s-lgt、s-logQ曲线,分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力,将上段桩极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为桩极限承载力。结果表明：采用自平衡法测试技术不仅可短时间内测出桩身的桩基侧阻力,而且此装置较简单,不占用场地,可多根同时检测,试桩准备工作省时、省力、安全,试验费用省,特别是在狭窄场地试桩、基坑底试桩等方面优势突出,是传统试桩法难以实现的。     

基于自平衡试桩法的灌注桩承载力检测应用研究

探讨采用自平衡试桩法对承载大吨位、大直径、超长的灌注桩进行单桩竖向承载力检测的可行性.以南水北调中线工程磁县段二标滏阳河渡槽3号墩台8号灌注桩的单桩承载力检测为例,结合相关规范规程与自平衡测桩法检测原理,根据读数绘出向上向下的Q-s曲线及相应的s-lgt、s-logQ曲线,分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力,将上...     

土中中风化嵌岩抗拔桩承载机理研究

根据某工程中风化嵌岩抗拔桩自平衡静载原位试验,对试验数据进行简要分析,结合该工程地质条件,选择合理的岩土力学参数和试验数据,建立了合理嵌岩抗拔桩FLAC^3D数值分析模型。运用所建立的数值模型对3根抗拔桩进行自平衡试验直至破坏,确定了各桩的极限承载力,并且研究了同一条件下不同嵌岩深度对抗拔桩的极限承载力的影响及抗拔桩桩侧阻力、桩身轴力随外荷载的变化情况。研究结果表明:①风化岩石地区建立模型时,岩石剪切模量及体积模量需要按试验换算值折减到1/10左右,才可建立合理的数值模型;②嵌岩抗拔桩的极限承载力主要受嵌岩深度的影响,同一条件下,嵌岩抗拔桩极限承载能力随嵌岩深度、桩长增加而增大,且桩设计时其嵌岩深度不宜太小;③随着埋置深度的增加,桩侧阻力先增大后减小,桩中间侧阻力对极限抗拔承载力贡献最大;④抗拔桩的桩径对极限承载力具有尺寸效应。     

后压浆桩抗压与抗拔现场对比试验

随着建筑高度不断突破,其基桩承载力越来越大,可以通过成桩后压力注浆方式满足抗压和抗拔承载力的高要求。通过对后压浆法钻孔灌注桩进行现场抗压与抗拔的对比试验,对后压浆法施工钻孔灌注桩力的传递机理进行研究,对比分析了抗压桩与抗拔桩桩周摩擦力与承载能力的差别,明确了抗压桩与抗拔桩荷载传递路径与桩在破坏过程中力的发挥方式。研究表明:桩端与桩侧压浆技术提高了桩端的承载力与桩周的桩-土摩擦力,运用桩侧压浆技术使得桩在发挥效应时存在一种机械咬合力,增加了桩的竖向承载力,尤其是提高了抗拔桩的承载力。研究结果为以后更进一步研究在不增加桩长条件下利用机械咬合力提高抗拔桩承载力提供参考。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

砂土中根式抗拔桩模型试验研究

根式抗拔桩是一种在桩身设置根键的新型变截面基础形式,合理的布置根键可以在提高基础承载力的同时降低工程造价。为了提高根式抗拔桩在工程中应用的效率和可靠度,基于模型试验方法,通过对普通抗拔桩和根式抗拔桩的对比分析,开展砂土中竖向上拔荷载作用下2组试桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩身上拔位移、桩身轴力、桩侧摩阻力,并研究其分布规律。结果表明:根式抗拔桩承载力较普通抗拔桩大约提高57%;桩身轴力在有根键处变化显著,桩身侧摩阻力发挥由上向下传递,并在根键上下处达到极值。因此,在保证根键强度不受破坏和根键易于安装的条件下,尽量将根键位置设置在靠近桩底,是提高根式抗拔桩承载能力的有效方法之一。