湿陷性黄土桩基承载性状的浸水载荷试验研究

结合西安市东二环—北二环立交工程,在自重湿陷性黄土场地上进行了钻孔灌注桩大型原位浸水载荷试验。通过对立交工程桩基未浸水、浸水前及浸水后三种工况的载荷试验,对桩基的极限承载力和沉降量进行对比研究,分析了桩基负摩阻力强度值及其分布规律,研究成果对黄土区域桥梁桩基础的设计和施工具有重要理论价值和指导意义。     

黄土地区桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究

黄土的工程特性和地层分布具有其自身的特点,黄土地区桥梁桩基桩-土-承台共同工作的研究越来越受到工程界和学术界的关注.在总结国内外研究现状的基础上,通过现场测试和离心试验研究,利用数值仿真技术,结合理论推导,对黄土区桥梁桩基桩-土-承台共同作用进行系统分析:博士学位论文(1) 基于Visual Fortran平台,对大型通用有限元软件Marc进行二次开发,研发了更适用于分析桩基和岩土问题的系列用户子程序包,主要包括:模拟地基初始应力及其释放子程序、移动分布荷载子程序、参数随工况变化的非线性弹性本构关系子程序、接触面单元子程序和动态接触状态子程序等.(2) 进行黄土地区桥梁桩基现场静载试验,试验中布设了百分表、弦式钢筋应力计和混凝土应变计等测试仪器,对各级荷载下的桩顶沉降、桩身轴力、桩端反力及桩侧摩阻力进行现场测试和分析;同时进行现场浸水试验,对黄土湿陷区干燥状态及浸水状态下单桩竖向承载特性变化情况进行研究,揭示地面浸水对黄土区域桥梁桩基承载力性状的影响:分析桩及桩周土浸水期间的沉降变化规律.(3) 建立分析桥梁桩基单桩空间轴对称有限元模型;结合此模型提出计算自重湿陷性黄土地区合理桩长的方法--叠加法,得出当中性点上、下土层摩擦力分布形式相同时,应增加的桩长与摩擦力的分布形式无关,而只与极限摩擦力的大小有关的结论.运用此方法分析自重湿陷性黄土湿陷特性对桩基承载性状的影响规律,结果表明:在极限荷载时,中性点深度与桩长有关;湿陷系数对桩剩余承载力的影响是非线性的;定量给出中性点深度及应增加桩长的范围.基于剪切位移法并利用弹性理论,推导自重湿陷性黄土条件下桩基沉降、轴力及中性点计算公式,并与工程实测进行对比验证.(4) 考虑桩周土体及桩-土接触的非线性,建立分析群桩的三维空间有限元计算模型,分析各种土体和桩体参数条件下群桩基础的承载性状及各参数对群桩效应的影响;对Vesic法进行改进,克服了原公式不能考虑群桩桩长的缺点;通过初应力释放子程序,模拟黄土的自重湿陷,并进一步分析负摩阻力条件下的群桩效应.(5) 利用研发的子程序间相嵌套并结合Marc软件中的死活单元功能,解决了钻孔灌注桩整个连续施工及加载过程数值模拟几个关键问题,利用所建模型结合工程实例分析钻孔灌注桩的钻孔、泥浆护壁、混凝土灌注、混凝土凝固及加载全过程,并对施工过程中地基位移及应力变化规律进行分析.分析表明:孔位钻进及混凝土灌注过程中所产生的地基土应力释放和应力重分布现象,在数值模拟中不能忽略,未考虑施工过程计算的桩的承载力值比实测值偏大.(6) 研制了在离心机运转过程中从事轴向加载的桩基离心试验设备,该设备由加载控制系统、带测试元件的模型桩及位移和应力量测系统等几部分组成,在离心机上进行了9组单桩和群桩的模型试验,研究不同地基条件下桥梁单、群桩的受力特性,着重分析黄土湿陷沉降条件下负摩阻力的群桩效应.     

湿陷性黄土地区桥梁桩基工后沉降计算方法研究

针对高速铁路工后沉降要求严格,湿陷性黄土地区桩基由于浸水引起的附加沉降计算研究不充分的现状,以现场大型桩基浸水试验结果为基础,分析了桩基浸水附加沉降的产生机理,提炼出湿陷性黄土地区高速铁路桥梁桩基工后沉降计算模型,提出了工后沉降计算方法。研究表明,浸水附加下沉是湿陷性黄土地区桥梁桩基需主要考虑的工后沉降,工后沉降可能比工前沉降大得多,桩身压缩沉降是沉降的主体,混凝土蠕变在沉降计算中不可忽略;通过荷载传递理论计算浸水前桩身轴力分布,假定浸水后桩侧阻力和桩端阻力同步发挥获得浸水后的桩身轴力分布,据此可分别计算构成工后沉降的桩身弹性压缩、桩身蠕变和桩端沉降。     

黄土冲沟斜坡桥梁桩基竖向承载特性模型试验研究

为了探明黄土冲沟地形条件对桥梁桩基础承载力的影响,首次基于自主研发的能充分反映黄土冲沟区域桩基础特点与工作性能的模型试验平台,分析不同冲沟坡度、不同桩长桩基的竖向承载力,桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律,并结合试验结果提出相关的工程技术建议。研究结果表明:1随着坡度的增大,相同桩长的桩基承载力呈降低趋势,承载力影响度逐渐增大,变化范围在7%~35%之间;2在一定范围内,桩基承载力随桩长增加增幅越大,桩长增加到一定程度时,承载力增幅逐渐变缓;3随着坡度增加,相同入土深度下的有效桩长逐渐减小;4黄土冲沟斜坡区域桥梁桩基设计应充分考虑防止桩周土体流失的工程技术。     

黄土地区微型桩基础承载特性现场试验研究

随着国家电网建设向西部发展,高压输电塔线路不可避免地经过黄土地区,微型桩基础由于其良好的承载能力和安全性得到广泛运用。依托甘肃黄土地区2个试验场地16组微型桩基础现场试验的实测荷载-位移曲线,分析了下压荷载和上拔荷载、浸水和未浸水、微型单桩基础和群桩基础等不同工况下的承载特性。结果表明:黄土湿陷性对微型桩基础破坏模式具有显著影响,浸水后的黄土地基微型桩基础均呈较为明显的陡降现象;在上拔荷载作用下,浸水后的微型群桩基础群桩效应显著;此外,微型桩基础承载力受黄土湿陷性影响较大,根据试验结果建议取折减系数为0. 24。试验所取得的相关经验与成果可供黄土地区相关工程借鉴与参考。     

特殊浸水下桩基负摩阻力试验研究

为妥善解决湿陷性黄土地区负摩阻力引起的桩基承载力下降问题,以消除桩周黄土湿陷性为出发点进行新途径和新方法的探索,采用非传统的特殊浸水方式分别对混凝土灌注桩、微型钢管砂浆复合桩进行了现场试验。结果表明:桩顶受荷时采用注水孔与试坑相结合浸水量较大,浸水段桩侧以负摩阻力为主,最大值达319.62 kPa,局部出现正摩阻力;成桩过程中采用泥浆循环浸水量较小,桩周土体在桩顶受荷前完成部分湿陷,受荷后桩侧以正摩阻力为主,局部出现负摩阻力,且数值较小,最大值为32 kPa;特殊浸水条件下桩周土体沿桩身分段湿陷,桩侧出现多个负摩阻力峰值及中性点,正、负摩阻力交错分布;桩基负摩阻力的大小受浸水方式、加载方式、浸水固结时间的综合影响,建议在桩基施工过程中采用合理的施工工艺对桩周土体预先进行微量浸水,消除部分黄土湿陷,以避免由于地下水环境改变而引发的桩基承载力下降。     

基桩在湿陷性黄土地区负摩阻力试验研究

通过桩基础在湿陷性黄土中浸水载荷试验,分析了桩在各土层的负摩阻力,得出了在一些自重湿陷性黄土地区,桩在浸水状态下基本未产生负摩阻力,侧摩阻力为正,湿陷性对单桩极限承载力值影响甚小的结论。     

黄土地基中人工挖孔扩底灌注桩负摩阻力试验研究

通过2根试桩的现场预浸水再加载试验,研究湿陷性黄土地基中人工挖孔扩底灌注桩在预浸水过程及其之后的加载过程中桩身摩阻力、桩端反力及桩身中性点深度的发展变化规律,并与我国现行规范进行比较。结果表明:(1)桩周土浸水过程中,桩身负摩阻力、正摩阻力及桩端反力均逐渐增大,桩身中性点位置逐渐下移。浸水结束时,中性点深度比为0.54～0.61,远小于桩基规范的推荐值;(2)在桩顶施加竖向荷载过程中,桩身负摩阻力逐渐减小,而正摩阻力及桩端反力继续增大,桩身中性点位置逐渐上移。桩顶竖向荷载P=11 000 kN时,中性点深度比为0.15～0.61,也远小于桩基规范的推荐值;(3)在桩顶设计荷载作用下,实测的桩身负摩阻力大小、分布范围及分布形式与桩基规范及黄土规范的规定有较大的差异;(4)黄土地基中桩身负摩阻力及中性点深度随着桩周土浸水、桩顶荷载处于一个动态变化过程中,负摩阻力的大小也受到桩径的影响。     

角桩缺损情况下群桩基础承载特性分析

某连续刚构桥1号墩采用3×3的群桩基础,桩基超声检测发现承台下角区一根角桩桩身完整性不良,经钻孔验证其桩身存在缺损。为保证安全,分别按照缺损角桩为摩擦桩和缺损角桩缺失两种工况进行了桩基承载力验算,并进一步采用数值模拟方法,分析缺损角桩对群桩基础承载特性及承台受力变形的影响。结果表明,承台最大主拉应力、最大主压应力作用区域随角桩缺失区域移动;考虑最不利情形,角桩缺损时承台的应力和变形变化不大;角桩缺损对承台以及上部结构承载能力及正常使用性能的影响较小。同时考虑桥梁长期服役性能,建议对缺损角桩进行桩端后压浆处理,以防止缺损角桩桩端沉降过大导致群桩承载力下降而危害桥梁结构安全。     

湿陷性黄土中基桩负摩阻力测试研究

通过对湿陷性黄土中的基桩进行浸水静载荷试验,得到其Q~s曲线、s~lgt曲线及桩在各土层中的摩阻力,指出了湿陷性黄土地区桩基设计目前存在的问题,得出了在浸水状态下桩的负摩阻力在一些自重湿陷性黄土地区可忽略不计、湿陷性对单桩极限承载力值影响甚小的结论。     

散体桩复合地基工后浅层加固优化技术研究

散体桩式复合地基的破坏形式主要为鼓胀破坏,而鼓胀破坏的主要原因是浅层桩间土对桩体的围护力不足,同时桩间土本身的承载能力也主要决定于浅层部位桩间土的力学特性。基于以上原理,提出散体桩复合地基工后浅层加固技术,即工后对浅层部位桩间土进行加固来提高复合地基承载力的方法;对比分析了加固前、后地基承载特性的变化,论证不同加固深度对地基承载力的影响,得出只要进行(0.5～1)倍散体桩桩径深度的浅层加固就可以大大提高地基承载力的结论,同时通过实际工程证明浅层加固技术合理性和有效性。     

挤扩支盘桩在湿陷性黄土地基中的浸水试验

通过对湿陷性黄土中的3根挤扩支盘桩进行预浸水静载荷试验。结果表明,支盘桩荷载-沉降曲线为缓变型,具有较好的承载性能,荷载传递规律与在非湿陷性黄土地基中具有相似的性质,桩身各段承载力的发挥具有明显的顺序性。试验结果为湿陷性黄土地基中支盘桩的应用提供了依据。     

柔性基础下粉喷桩复合地基的承载力计算

通过现场实测及有限元计算,讨论了采用粉喷桩处理饱和黄土与淤泥质土所形成的复合地基,在柔性基础作用下,基础刚度及复合地基中的桩体对复合地基承载力的影响。结果表明:减小基础刚度有利于桩间土体承载力的发挥;桩体对饱和黄土承载力的影响程度大于对淤泥质土体承载力的影响程度。最后依据实测及有限元分析结果,在原有刚性基础下粉喷桩复合地基承载力计算公式的基础上,增加了基础刚度影响系数与桩间土体承载力提高系数,并给出了各影响系数的建议取值范围,使其适用于柔性基础下复合地基的承载力计算。     

碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的试验研究

为明确碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的效果,依托某深厚湿陷性黄土地基处理工程,开展了碎石桩加固地基的系列试验研究。通过多种方式检测了加固后地基土体的物理力学参数、承载能力及沉降变形,并分析其变化规律。试验结果表明:采用碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基,桩身的密实度在松软土层较低,在坚硬土层较密实,且相同深度的桩身密实度随桩间距的减小而提升;碎石桩对深度1～3 m内的桩间土有较好的挤密效果,对深度3 m以下土层则无显著影响;碎石桩能有效加固湿陷性黄土地基,可消除地基土湿陷性,经加固后的复合地基承载力特征值可提升56.25 %～152.78 %,压缩模量可提升62.90 %～152.78 %,而地基土的干密度和孔隙比与处理前的平均参考值相比则变化较小;桩间距对地基土体的处理效果有较明显的影响,减小桩间距可降低地基土层的后期沉降量;试验区合理的碎石桩置换率为7 %。研究结果可为碎石桩处理深厚湿陷性黄土地基的工程方案及预期目标的设计提供参考。     

基于DIC技术的桩–土–承台共同作用性状的 模型试验研究

 利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC)。结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断。研究结果表明：利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏。分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点。     

桩底注浆技术的应用及注浆效果的实测分析

在介绍了钻孔灌注桩桩底注浆施工工艺和技术特点的基础上 ,分析了某工程 4根大直径钻孔灌注桩采用桩底注浆提高承载力的效果。通过注浆前后的桩身应力实测表明 ,注浆以后桩底承载力得到了很大提高 ,桩底位移减小 ,而桩侧阻力变化程度较小。     

湿陷性黄土场地孔内深层超强夯挤密桩试验研究

为消除黄土地基湿陷性并提高承载力,常用挤密桩法处理黄土地基,孔内深层超强夯挤密桩是对孔内深层强夯挤密桩的发展。本文结合西安田家湾粮库湿陷性黄土地基处理项目,对桩身填料灰土和渣土的孔内深层超强夯挤密桩进行试验,对两种填料的挤密桩承载力、挤密系数、湿陷性等进行研究。结果表明,两种填料挤密桩均能消除黄土湿陷性,灰土挤密桩处理效果优于渣土挤密桩,渣土挤密桩桩身挤密系数离散性较大。桩间土的承载能力均得到很大改善,并提高了桩间土承载力和复合地基承载力,灰土挤密桩桩体承载力平均值约为渣土桩的2倍,桩间土平均承载能力为处理前1.6倍,不同桩身填料对桩间土承载力影响不明显。     

微型桩复合地基处理技术在工程中的应用

微型桩复合地基是由改良后的桩间土与注浆微型桩桩体组成的人工复合地基,被广泛应用于工程建设中。采用微型桩复合地基对湿陷性黄土场地进行地基处理的工程实例表明,运用该技术对狭小场地土进行地基处理,在满足场地地基土设计地基承载力和变形要求的同时,也消除了黄土场地的湿陷性,可满足工程建设的需要。     

高压旋喷桩加固软基施工技术研讨

软弱地基处理,工程界积累的成熟方法有:人工挖孔灌注桩、钻孔灌注桩、静力压桩、软基换填、CFG桩、高压旋喷桩等。地基为淤泥、淤泥质土、砂土、黄土、软弱黏土等软弱土层时,采用高压旋喷桩加固处理地基,成桩效率高,成本低[1]。针对漱玉花园小区天然地基砂土、粉质黄土特征,研究高压旋喷桩工艺流程、加固效果检测。施工和研究结果表明砂土、粉质黄土软弱地基,采用高压旋喷桩加固技术,大大提高了地基承载力,满足设计和规范要求。