海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

海相淤泥质土地基加筋滤网碎石桩竖向承载性能试验研究

为研究加筋滤网碎石桩竖向承载性能,对现场海相淤泥质软土地基,采用预成孔加筋滤网碎石桩处理。通过超重型动力触探、平板载荷试验对处理效果进行评价,分析加筋滤网碎石桩单桩竖向承载性能。通过建立加筋滤网碎石桩单桩有限元模型,分析加筋滤网包裹长度对碎石桩单桩承载性能的影响规律。结果表明:加筋滤网碎石桩单桩竖向承载力特征值约是普通碎石桩的2.4倍;加筋滤网对碎石桩的侧向约束作用、承载力贡献均存在尺寸效应,对HP470型加筋滤网,当桩体直径大于1 200 mm时,加筋滤网对桩身的侧向约束作用减弱,对承载力的提高作用减小,碎石桩体发挥主要作用;加筋滤网碎石桩(2～3)d(d为桩径)深度范围内桩体碎石密实度对单桩竖向承载力有显著影响,对由桩顶至3d深度范围内的碎石经3 000 kN·m能级强夯加固,单桩竖向承载力特征值较夯前提高约4.1倍;当竖向荷载P=200～250 kPa时,对于HP470型加筋滤网,在满足承载力和变形的要求下,可选择包裹长度6d为最小包裹长度。研究成果可为加筋滤网碎石桩优化设计提供依据。     

基于FLAC^3D 的海上风电大直径钢管桩基础竖向承载力数值模拟研究

为研究不同深度地层的大直径钢管桩基础承载性能,采用FLAC^3D建立大直径钢管桩数值模型,开展数值模拟研究。结果表明:数值模拟所得桩极限承载力为10450 kN,与现场静载试桩试验结果相近,数值模型可靠;桩身轴力随着土层深度的增加而减小,桩的轴向承载力主要由桩侧摩阻力提供,桩底轴力趋近于0;当桩入土深度大于30 m时,桩极限承载力提升较快,说明土层⑥-1可作为良好的持力层。研究成果可为岸外辐射沙洲海域海上风电施工建设提供参考依据。     

超长单桩轴向刚度的计算及其影响因素

采用弹塑性荷载传递函数，以解析法推导了与桩顶荷载-桩顶沉降整个关系曲线上相对应的单桩轴向刚度计算式，分析了桩长、桩径、桩的刚度系数、桩端土弹性模量与桩周土弹性模量之比和桩周土泊松比等因素对超长单桩轴向刚度的影响后表明，只有桩长、桩径及桩的刚度系数对超长单桩轴向刚度的影响较大。     

微型桩抗弯承载力试验研究

对于存在安全隐患且急需抢险处治的的滑坡、路堤边坡、基坑等救灾工程,坡体稳定性差,传统支挡结构难以实现快速施作,而微型桩具有明显优越性。但不同形式的微型桩,其承载力及破坏特征不同。通过改进yas-2000型压力试验机,并将其用于测试钢筋混凝土桩、钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力,结果表明:①钢筋混凝土桩的受力全过程可分为3个阶段,即未裂阶段、裂缝阶段及破坏阶段;②钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的受力过程可分为4个阶段,即压实阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;③通过对比分析上述3种不同结构微型桩的荷载-位移曲线得出在3种不同结构的微型桩中,直径相同时钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力最大,其极限弯矩值为209.21 kN·m。     

加翼桩水平承载力计算方法研究

加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。     

软黏土中大直径加翼桩p-y曲线探讨

加翼桩作为新型的基础形式,横向荷载作用下的理论体系尚不成熟,大直径加翼桩横向荷载试验难度大、成本高,并且实测桩侧土抗力的精度也难以满足理论分析要求,目前尚无这方面的试验资料。以普遍采用的5 m直径加翼钢管桩为原型,通过有限元数值模拟,研究了桩侧翼板和横向荷载方向对桩身受力变形规律的影响,探讨了海相软黏土地基中大直径加翼桩p-y曲线的计算方法。结果表明:加翼桩位移、土抗力分布与单桩规律相似。同级荷载作用下,加翼桩桩身横向位移远小于单桩,且随横向荷载与前翼板夹角增加而增大;翼板范围内桩侧土抗力远大于单桩,翼板范围外与单桩相近。加翼桩土抗力与横向位移关系与单桩规律相同,受荷载方向影响较小。现行规范中单桩p-y曲线模式能够适用于横向承载加翼桩分析,但需对相应参数进行适当修正。研究成果不仅为深入研究大直径加翼桩的p-y曲线提供了思路,而且可为工程设计提供参考。     

风荷载作用下施工栈道钢管桩施工稳定性分析

针对钢管桩上下部剪力撑不同施工次序所引起的风荷载响应问题,为了揭示施工过程中风荷载对钢管桩稳定性的影响规律,以黄河大桥施工栈道钢管桩施工过程为背景,采用谐波叠加法合成了风荷载,对钢管桩不同施工次序中风荷载的影响进行了分析研究。结果表明:钢管桩施工过程中,风荷载的作用会使钢管桩产生位移;当下部剪力撑焊接完毕而上部剪力撑未焊接时,风荷载作用下桩顶平均位移为0.337 m,最大位移为0.384 m;当上部剪力撑焊接完毕而下部剪力撑未焊接时,风荷载作用下桩顶平均位移为0.704 m,最大位移为0.767 m;当上部剪力撑和下部剪力撑焊接完毕后,风荷载作用下桩顶平均位移为0.344 7 m,最大位移为0.404 2 m;同一时刻,风荷载作用下,钢管桩位移随着钢管桩高度位置的增大而增大,钢管桩的最大米塞斯应力随着桩顶位移的增大而增大,钢管桩最大米塞斯应力位于钢管桩中下部。研究成果对钢管桩剪力撑的施工次序设计具有参考价值。     

荷载倾角对大直径长桩承载特性的影响分析

基于数值分析与荷载传递相结合的方法,利用FLAC3D对倾斜荷载下大直径长桩进行模拟,分析了荷载倾角对桩的承载特性的影响.结果表明,荷载倾角影响桩的承载方式,随着荷载倾角的逐渐增加,桩的承载方式由竖向承载为主逐渐向水平承载为主转化.荷载倾角在0°～20°范围内变化时,桩顶以沉降为主;在30°～90°范围内变化时,桩顶水平位移大于沉降.随着荷载倾角的增大,上部桩体侧移显著增大,桩两侧合土抗力零点向深部移动,桩端阻力减小.桩前侧和桩后侧最大合土抗力与荷载倾角的正弦值近似呈线性递增关系;桩前侧最大合土抗力受荷载倾角的影响比桩后侧最大合土抗力大.     

基于PHC管桩现场静载试验的基桩承载特性研究

【目的】我国沿海地区广泛存在饱和软土地层，且不同区域地层差异显著。软土前期固结预处理会使得地层的物理力学特性产生变化，为了准确计算后续施工中基桩的竖向承载力，最直接的办法就是通过现场竖向抗压静载试验实测得到桩侧摩阻力分布规律。【方法】在舟山某基地工程开展了5根桩的现场静载试验，桩1—桩4用于分析不同桩端持力层条件和桩径对PHC管桩单桩极限承载力的影响；通过在桩5桩身布设振弦式钢筋计，实时监测静载试验过程中桩身轴力，进而得到桩侧摩阻力的分布和变化规律。【结果】结果显示，桩1—桩4静载试验得到的极限承载力分别为8 000 kN、8 000 kN、6 600 kN和7 200 kN;实测分析得到桩5在处理后的两层淤泥质粉质黏土层中桩侧摩阻力分别为31 kPa和35 kPa。【结论】结果表明，实测得到的桩侧摩阻力大于勘察提供的建议值，说明地基预处理后桩土界面强度提高，计算得到的桩基承载力与静载试验测试值更加吻合；随着桩顶荷载的逐渐增大，桩身轴力也逐渐增大，且自上而下桩身轴力逐渐减小。研究成果为处理后深厚软基中桩基承载特性的计算提供试验依据。     

海上风电大直径单桩基础海缆引入施工技术

以江苏某海上风电工程单桩基础引入海缆施工为对象,基于目前国内外常用的桩身外侧设置电缆管引入和桩身开孔引入两种海缆进风机塔筒内部的技术利弊对比分析,对大直径单桩基础引入海缆施工工艺及关键技术进行了研究;并结合本工程海洋环境、地质条件,推荐采用桩身开孔引入海缆的布置方式,对于深水的机位其优点大于缺点.     

管桩水平承载特性室内模型试验研究

目前规范中管桩的水平承载设计仍参考普通灌注桩,设计偏于保守。为了揭示管桩在水平荷载下的承载机理及群桩效率综合系数的安全储备值,进行了室内缩尺模型试验。结果表明:管桩单桩和群桩承载力试验值均大于规范计算结果,得到的群桩效率系数是规范法计算值的1.2~1.5倍。研究成果可为今后水平承载管桩的设计工作提供参考依据。     

加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真

针对海上风电机组大直径单桩基础水平位移不易控制等问题,提出了一种加装稳定翼的单桩结构型式.通过在近地表(泥面)一定范围内的桩身设置一组翼板,充分利用浅层桩前土的抗力,增强了基桩水平承载性能.借助数值仿真计算结果,采用指数拟合法、四阶多项式拟合法对水平荷载与基桩水平位移关系进行拟合,进而求解单桩水平极限承载力.结果表明,四阶多项式拟合法精度更高;加装稳定翼的单桩水平位移及桩身最大弯矩明显降低,单桩水平极限承载力显著增强,稳定翼安装位置会对基桩水平承载力的提高效果产生影响.该结构形式可推广到其他海上风电基础结构小直径钢管桩的桩型改良中,有利于减小相应的材料成本及施工成本.     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p-y曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为3 m以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩(4～8 m)结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线;采用ABAQUS建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的p-y曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的p-y曲线法过于保守,规范推荐的p-y曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析;所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

轴-横向荷载作用下超长桩数值模拟

轴-横向荷载作用下的桩土相互作用研究主要集中在单层土中的中短桩,工程设计将水平、竖向荷载作用分开单独考虑.本文对成层地基中超长桩在轴-横向耦合荷载作用下展开数值模拟研究和试验对比,结果表明,轴-横向荷载作用下的超长桩桩-土相互作用主要集中在土体浅部区域,竖向荷载作用使得桩身弯矩、水平位移减小,从而提高了桩基础水平承载力;对于软粘土,水平荷载能在一定程度上提高超长桩的竖向承载力.桩侧土与桩端土的变形模量比也是影响超长桩承载性能的重要因素,两者比值越大,侧摩阻力占总荷载比例越低.本文建立的超长桩数值模型计算结果与实测数据吻合较好.     

钢管混凝土嵌岩桩钢-混凝土联合承载规律试验研究

钢管混凝土嵌岩桩是深水和浅覆盖层环境下的新型深基础型式,在内河深水码头建设中应用广泛。针对船舶撞击力、波浪力及水流力等周期性水平荷载作用下内河港口钢管混凝土嵌岩桩钢-混凝土联合承载特性,制作了3根1∶7.3的大比尺钢管混凝土嵌岩桩模型,沿桩身不同高度在钢管外侧、对应内侧混凝土块及内置受力钢筋上分别布置应变测点,以18.0、22.5和27.0 kN为循环幅值,开展钢管混凝土嵌岩桩钢-混凝土联合承载规律试验。结果表明:桩身钢-混凝土应变均包括线性增长、平稳波动、剧烈震动和急剧下降4个阶段,各阶段占疲劳寿命8.66%、79.66%、6.06%和5.62%;同一桩身截面外侧钢管应变与内侧对应混凝土应变差异较大,最大超过混凝土应变的80%,而内置钢筋与混凝土始终保持应变协同,最大应变差不超过混凝土应变的20%;在弯矩较小的桩顶处,桩身弯矩主要由内侧混凝土承担,占比超过70%,沿桩身往下,钢管承担的截面弯矩比逐渐增大,在桩身底部,两者弯矩占比近似相等,钢管与混凝土受弯同步,在同一桩身截面处,循环幅值越大,两者越早达到受弯协同状态。     

基于现场试验的海上风电大直径单桩三维水平承载力研究

p－y 曲线法是计算分析水平受荷桩常采用的方法。但现场多为 3 m 以内直径试桩,对于海上风电大直径单桩( 4～8 m) 结构的桩土相互作用计算分析,其适用性值得商榷。结合江苏某海上风电大直径钢管桩水平静载荷试验,得到桩身挠度曲线和弯矩曲线; 采用 ABAQUS 建立单桩三维数值模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,并对桩土接触法向刚度进行初步的敏感性分析,验证数值模型的有效性和适用性。随后对大直径单桩进行水平静载数值模拟,与规范推荐的 p－y 曲线法计算结果进行对比,结果表明,规范推荐的 p－y 曲线法过于保守,规范推荐的 p－y 曲线法不适于直接应用在大直径钢管桩的水平承载力分析; 所得结论对该区域海上风电大直径钢管桩设计优化具有指导意义。     

自平衡法试桩转换系数数值试验

采用三维有限元方法对桩顶压桩和桩底托桩承载特性分别进行模拟分析,研究了自平衡静载试验法中的转换系数。分析桩长、土类对荷载传递特性及转换系数的影响。结果表明:无论是在砂土还是在黏土中,随着桩长的增加,转换系数的变化曲线均呈凹形,类似抛物线形状分布;转换系数存在着极小值,不同土类转换系数的极小值不同,在35~55 m桩长范围内可能出现托桩的极限承载力大于压桩的极限承载力的情况。     

岩质海床超大直径单桩基础打入性分析

针对台湾海峡岩质海床的单桩基础,通过GRLWEAP打入性分析及与实际沉桩情况对比,提出一套岩质海床超大直径单桩基础（桩径5.5～7.5m）的沉桩分析参数,同时根据GRLWEAP打入性分析成果,并基于应力集中系数SCF和Goodman平均应力修正法对单桩基础进行沉桩疲劳分析。成果可为今后类似工程的单桩基础设计与施工提供参考。     

桩基倾斜度对低应变反射波法割桩损伤的影响

低应变反射波法用于已建高桩码头的桩身结构完整性检测时,需要割桩设置传感器和激振两个平台,因而对桩身产生一定损伤。运用大型通用有限元软件ANSYS对比了不同倾斜度桩基在完好状态和检测状态下桩身应力的变化,分析了有割桩损伤侧桩身应力集中程度。结果表明:割桩损伤会导致割桩处出现应力集中,其影响范围主要在割桩处1.0 m之内,桩身受力最不利截面从桩基与横梁联接处移至割桩平台处。割桩处的应力集中程度与桩基的倾斜度相关:正斜桩应力集中程度最高,直桩次之,反斜桩应力集中程度最低。因此,对于以船舶撞击力为控制荷载的高桩码头,在低应变检测桩数目的前提下可增大抽检桩中反斜桩的比例。低应变检测桩基后应对割桩处1.0 m范围内进行修补,以确保桩基水平承载性能。