复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。     

桩锚支护结构有限元分析

通过三维有限元软件ADINA软件,对基坑以及桩锚支护结构进行了三维模拟分析。结果表明,随着基坑开挖深度的增加,桩身中部和桩的顶部有较大的变形。随着施工步序的增加,桩身的最大水平位移逐渐下移,桩身的水平位移曲线有明显的极大值点,桩的最大水平位移发生在桩身2/3处。桩身弯矩变化的主要原因是侧向土压力随着开挖深度的增加而不断增大。在支护结构中,当锚杆发挥作用后,水平位移由于主动土压力增大而受到限制,而后随着土方开挖,周围土体竖向位移又继续增大,直到开挖结束后周边地表的竖向位移趋于稳定。在基坑开挖过程中,土压力随着基坑深度的增加而增大,锚杆与土体之间产生摩阻力,从而使轴力变大。     

排桩复合土钉支护结构受力变形机理分析

排桩复合土钉支护结构是近年来在基坑工程实践中得到成功应用的一种新型支护形式,为研究其受力变形机理,在工程案例分析基础上,采用有限元软件建立排桩复合土钉支护结构三维数值模型,模拟基坑分步开挖工况,对排桩侧移、坑后地表竖向沉降、坑底土体隆起变形、土钉轴力及桩身弯矩等进行了研究分析。结果表明:排桩复合土钉支护结构中土钉起着“弱锚杆”作用,相对于纯排桩支护结构,改变了排桩的变形和受力性状;相对于纯土钉支护结构,排桩复合土钉支护结构中土钉轴力峰值较小且靠近基坑侧壁,土钉受排桩-面层系统的拉拔作用,钉头处轴力较大。研究成果可为排桩复合土钉支护结构的设计、施工提供理论参考。     

对“上海中心大厦大直径超长灌注桩现场试验研究”讨论的答复

在软土地区,基坑支护设计通常采用围护墙结合内支撑系统,加之工程场地土质较为软弱,在基坑开挖之后,在坑内进行试桩和工程桩施工且进行载荷试验是难以实施的。当桩基现场试验在自然地面完成时,试桩与工程桩在承载性状方面存在差异,笔者认为这种差异主要受以下因素影响：①基坑开挖段桩侧摩阻力。与工程桩相比,试桩不仅增加了该段侧摩阻力发挥量,而且该段侧摩阻力的发挥影响基坑底面以下一定深度土层侧摩阻力发挥性状。②基坑开挖段土体自重应力。该段土体自重应力影响基坑底面以下桩侧法向应力及桩端处土层竖向应力水平,导致试桩与工程桩桩侧摩阻力及桩端阻力发挥水平存在差异。③基坑开挖后,基坑底面以下土体回弹效应。     

褥垫层对刚性桩复合地基承载性状的影响

褥垫层在刚性桩复合地基中起到协调桩土变形的作用,其厚度及变形模量等特性对刚性桩复合地基承载性状有较大影响,褥垫层关键参数值在工程常规值范围内变化时,复合地基承载性状有何影响并不清楚。为探讨褥垫层的厚度及变形模量在常规值范围内变化时对刚性桩复合地基承载性状的影响,结合工程实例进行了相关计算分析。结果表明,褥垫层厚度在100~500 mm之间及变形模量在40~140 MPa之间范围内变化时,对复合地基桩土应力比的影响较大,但对复合地基总沉降量的影响较小。另外,由于桩顶刺入褥垫层,桩身产生负摩阻力,负摩阻力对桩身承载有一定影响,但对复合地基总沉降量的影响有限,复合地基沉降计算时可以忽略其影响。     

实体桩复合地基承载原理

实体桩指目前在地基处理中普遍采用的低强度混凝土桩、水泥土柱等刚性桩、半刚性桩、实体桩复合地基承载原理分为两种：被动上刺原理和主动下刺原理。复合地基由桩、桩间土及其上的褥垫层组成。上部结构通过基础将荷载传递给褥垫层,褥垫层根据桩、桩间土及其与褥垫层的共同作用,再分配给桩、桩间土。基桩承载力的大小受到群桩效应、负摩阻力等因素的影响。桩土应力比最终值是褥垫材料性能、厚度、应力状态、桩与桩间土刚度等的函数     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

双排桩复合土钉支护基坑的工程实例分析

通过一个具体的工程实例,采用数值分析的方法,模拟基坑开挖过程中双排毛竹桩复合土钉支护结构的受力性状,并与实测结果进行了比较,探讨了影响双排桩复合土钉支护基坑侧向变形和体系内力的因素。通过有限元数值分析结果与现场实测数据对比表明,二维有限元数值分析在一定程度上能够反映现场双排桩复合土钉支护基坑开挖的变形和内力分布情况。计算结果表明:土钉中的内力与其位置有较大的相关性,中上部的土钉受力较大,底部的土钉受力较小;各层土钉轴力是在开挖下一层土体时引起的,并且随着开挖进行,土钉的轴力逐渐增大;双排桩的刚度对基坑的侧向位移有较大影响。     

挤土效应对复合地基承载性状影响的分析

针对静压桩挤土效应对刚性桩复合地基承载性状的影响问题,采用有限元法进行分析研究。分别建立了静压挤土桩复合地基和非挤土桩复合地基的数值计算模型,基于圆孔扩张理论对静压挤土桩复合地基的变形性状进行数值模拟。结果表明,挤土效应在桩土界面处产生的侧向压力使静压桩的极限侧摩阻力增大,桩侧阻力优先发挥,端阻力发挥相对滞后。静压桩复合地基桩土应力比随着荷载的增大逐渐增加,挤土效应使桩间土强度有所提高,对复合地基承载力的贡献更易发挥。静压桩复合地基的基础沉降变形相对较小。     

路堤荷载下现浇X形桩复合地基承载特性数值分析

以江苏省南京长江第四大桥北接线工程N1标段现浇X形桩软基加固段为工程背景,建立了路堤荷载作用下现浇X形桩复合地基数值分析模型,开展了现浇X形桩复合地基承载机理的分析,并采用现场实测沉降曲线验证了分析方法的合理性.就填土期和运营期地基土固结对现浇X形桩桩身轴力和桩侧摩阻力的影响进行分析,探讨了褥垫层模量、褥垫层厚度、桩体模量、桩端土模量对桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比的影响.结果表明:随着路堤的填筑和地基土的固结,桩土应力比先快速后缓慢增加并逐渐趋于稳定,中性点逐渐下移;褥垫层模量和厚度的增加对调节现浇X形桩桩土应力分配有明显的作用;由于现浇X形桩为摩擦刚性桩,桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,桩端土模量和桩体模量对桩身轴力和中性点位置的影响较小;路堤荷载下现浇X形桩的桩土应力比可在30左右,褥垫层模量建议取为20～50 MPa,厚度为30～50 cm.     

基坑开挖中群桩受力及变形性状的三维有限元分析

通过有限元计算,研究了大面积深基坑开挖对群桩的受力和变形特性的影响。群桩基础的受力及变形性状明显不同于单桩。对于坑底群桩,随着基坑开挖深度增加,桩身轴力随之增加,桩身轴力最大值位置由桩身中上部转移到中部,与单桩的轴力最大值位置(桩身中下部)有一定程度的差别。在同一开挖深度中,距离地下连续墙近的桩身轴力较小,距离基坑中心近的桩身轴力较大。其主要原因是基坑中心处的土体回弹大于基坑边部,相应的桩土位移及桩侧摩阻力发挥程度也较大。由于基坑开挖造成支护结构发生侧向变形,使得靠近支护结构的桩产生弯曲,整体表现为桩身上部变形较大,中下部变形较小。     

土体侧向位移对周边复合地基力学性状影响研究

以唐山市南湖某工程基坑开挖为例,利用ANSYS有限元软件,建立了土体侧向位移对周边CFG桩复合地基力学性状的影响研究模型,分析了土体侧移时CFG桩复合地基的桩体、桩间土的水平位移、应力分布规律,提出了考虑开挖深度、开挖距离时桩体位移的计算公式。     

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比计算

研究了刚性桩复合地基桩侧摩阻力在线性模式下中性面深度及桩土应力比的计算方法。根据刚性桩复合地基各组成部分的沉降变形关系,推导了垫层–桩–土的变形协调方程。考虑负摩阻力对桩土工作性状的影响,将桩侧摩阻力分布由试验曲线简化为线性模式,同时考虑桩顶刺入褥垫层,桩底刺入下卧层,结合桩土变形协调方程推导了中性面深度、桩顶平面桩土应力比、中性面桩土应力比的计算公式。分析了多种因素对中性面深度及桩土应力比的影响,结果表明:刚性桩复合地基的中性面深度比在0.15~0.35之间,中性面桩土应力比相比桩顶平面桩土应力比增大10%~40%。最后应用于某工程现场载荷试验和某刚性桩复合地基模型试验,计算值与试验值吻合较好。     

CFG桩复合地基处理高速公路深厚软基试验研究

通过现场观测,深入研究路堤荷载作用下CFG桩复合地基的各项性状,表明,CFG桩具有竖向增强和换功能,能大幅度提高地基刚度,减少地基沉降;褥垫层能调整桩土的应力分布,使桩土共同承担上部荷载;由于桩体强度高,桩体应力集中现象明显,桩土应力比可达20-25;负摩阻力的存在导致CFG桩身应力分布出现"中性点",位于桩长的0.5～0.6倍处.CFG桩在整个桩长范围内均能发挥桩侧摩阻力,桩长范围内沉降变化较为平缓,下卧层压缩量在总沉降量中的比率较大.     

深基坑支护结构力学与变形特性研究

文中对基坑支护桩的力学特性和变形规律做了研究,通过在支护桩与冠梁安装土压力盒与应力计监测基坑支护结构应力变化、侧向位移以及地表沉降。结果表明：角点土压力强度随开挖深度变大呈先增大后减小,弯矩随开挖深度增加而增加;基坑段中部土压力强度随开挖深度先快速减小再增大,弯矩随开挖深度增加先增加后减小。锚索轴力随时间变化一直维持在一个稳定状态,中间锚索轴力大于两边。基坑边长越大,支护桩顶侧向位移越大,且当测点与基坑边缘距离0.75倍的开挖深度时,地表沉降达到最大值。     

微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。     

褥垫层对CFG桩复合地基沉降的影响

理轮上探讨了褥垫层的作用机理,指出褥垫层要发挥其应有的作用就需要具有一定的厚度和模量.然后通过现场原位试验分别研究了褥垫层的模量和厚度对桩侧负摩擦区长度、桩土应力比及桩间土作用力的影响.结果表明当垫层厚度和上部荷载一定时,褥垫层的模量对沉降的影响主要是通过对桩土应力和桩侧摩阻力的影响来实现的.褥垫层的厚度对CFG桩复合地基沉降的影响亦是通过对桩与桩间土荷载的分配表现出来的.最后对CFG桩复合地基承载力优化设计时,即桩和土都达到了极限承载力时进行了沉降分析,并推荐了褥垫层的厚度.     

CFG桩复合地基承载变形特性的数值模拟研究

先对单桩复合地基与群桩复合地基的承载变形特性进行了比较,分析了沉降、桩身轴应力、土中附加应力和桩土应力比方面的差异,然后分析了桩间距、桩长、褥垫层厚度和桩端土性变化对群桩复合地基承载变形性状的影响.数值模拟结果表明:由于辟桩效应影响,单桩复合地基与群桩复合地基在承载变形特性方面差异较大;群桩复合地基中桩与桩间土是否形成...     

复合支护下深基坑的变形破坏和支护结构受力演化过程分析

以某深基坑工程为研究对象,利用岩土数值分析FLAC 3D软件,建立三维数值分析模型,模拟开挖和支护实际工况,分析了双排微型桩复合土钉支护下基坑开挖过程中的变形破坏和支护结构受力演化特征。结果表明:坑壁水平位移总体上呈现基坑顶部小、基坑中下部大的形式,位移等值线呈鼓肚状;基坑基底隆起量较大,随着距基坑壁距离的减小而减小;基坑边坡竖向沉降较小,最大沉降量出现在支护结构之后;土钉轴力分布呈中间大、两端小的形式,离基坑底部越近,土钉的最大轴力点越靠近基坑开挖面,且随着开挖深度增加,土钉轴力初始增长迅速而后发展较为缓慢;前排微型桩弯矩大于后排,微型桩最大弯矩随着开挖深度的增加不断增大且不断下移,开挖完成后弯矩最大值位于基坑底部以下2m深度处;基坑开挖及支护过程中监测点的位移时程曲线和塑性区分布区域说明基坑整体稳定性较好,但在坡顶后缘出现拉张塑性区,基坑壁浅表层和基坑底角部位出现剪切破坏区,在施工中应对其采取针对性措施进行保护;该研究成果对深基坑开挖过程中动态演化过程认识和变形破坏防治具有一定参考意义。