水闸复合桩基础优化及承载力特性研究

当前的实际工程中多采用桩基承担水平荷载,但是关于单桩的水平承载力研究比较少。采用ANSYS建模软件结合某水闸工程实例探究桩径和桩长对单桩水平承载力的影响。研究结果表明：单桩的在受水平力发生破坏时存在一个临界长度l₀,在桩长小于l₀时,单桩水平承载力会大幅降低,单桩桩身表现出刚性转动。在桩长大于l₀时,单桩水平承载力与桩长的关系不大,继续增加桩长也无法提高单桩的水平承载力。单桩的水平承载力的大小与桩径呈正相关,随着桩径的增加,桩基的水平承载力呈出逐渐增大的趋势。桩身直径的增加对单桩水平承载力的提高作用显著,桩径长度的增加对单桩水平承载力的提高存在临界长度。综合比较发现桩径的增长带来的单桩水平承载力增长效益要高于桩长带来的增长效益。实际工程中,对于桩长和桩径的组合选择要综合考虑,使设计达到经济效益和工程要求的平衡。     

水平地震作用下单桩动力响应数值分析

利用MIDAS—GTS软件,对桩一土相互作用体系中单桩受水平地震动力响应进行三维有限元数值模拟,采用弹性阻尼人丁边界,分析了不同水平地震作用、桩长、桩径、桩长细比、桩身弹性模量、桩周土弹性模量及土体泊松比等参量对单桩水平位移和弯矩的影响。分析结果表明：合理的选取桩长、桩径等参量能有效提高单桩的抗震性能,同时,桩周土的各参数变化对单桩的水平抗震能力影响较大。     

桩长对搅拌桩复合地基承载性能影响的数值分析

 在现场试验的基础上,利用FLAC3D建立数值模拟模型,改变水泥土搅拌桩复合地基的桩长,分别计算4种桩长复合地基的承载力、沉降以及桩、土应力,分析桩端进入硬土层的长度变化对复合地基承载性能的影响。结果表明,水泥土桩进入硬土层的长度对复合地基的承载力和沉降影响不显著,桩端进入硬土层深度范围宜为1～5倍桩径。     

分层地基环境下海上风电大直径单桩基础水平承载特性分析

依托某海上风电项目,针对几种典型地层条件通过数值方法研究分层地基环境下单桩水平承载性能影响因素并进行参数敏感性分析。首先,在用钢量恒定情况下,桩径对单桩水平承载力影响最大,且这种影响随着桩径增大而显著增大;其次,随着埋深的增大,水平承载力先增大而后趋于稳定;再次,桩周浅层土体弹模对桩基承载力亦影响较大,且桩径越大,其影响越明显且不能通过增加埋深来抵消。与均质地层相比,水平承载力在上劣下优地层中下降最为明显,在上优下劣及中夹差土地层中降幅较小。实际工程中除增大桩径或桩长,亦可对单桩周边浅层土体进行加固以提高水平承载性能。     

水平荷载作用下排桩受力变形影响因素分析

结合某排桩支护基坑工程,利用有限元软件ADINA建立基坑三维模型,通过改变桩长、桩径、桩侧水泥土墙和桩侧土体参数(弹性模量、泊松比)进行了三维有限元模拟,分析了几种因素对排桩变形的影响,得出的结论对类似地质条件的基坑工程支护具有一定的借鉴意义.     

软土深基坑双排桩支护结构的影响因素分析

基于软土地区的某深基坑双排桩支护工程,采用有限单元法建立了三维仿真计算模型对双排桩的受力和位移特性进行计算,系统分析了双排桩排间距、桩径以及前后排桩长等影响因素对双排桩支护结构受力和位移的影响,得到该软土基坑工程双排桩支护结构的最佳排间距、桩径和桩长。结果表明:当双排桩桩径取0.8～1.0 m、排间距取桩径的3～4倍时,排桩的弯矩分布和桩身的位移比较合理,可以最大化地发挥双排桩的支护作用;相比于后排桩桩长,增加前排桩的桩长对提高支护结构的稳定性更有效。     

桩长对桩与桩相互作用影响的试验研究

为明确桩长对静压沉桩全过程中桩与桩之间相互作用产生影响的机理,通过室内模型试验,在中密实砂土中以2倍桩径为间距沉入双桩,研究了桩长对端阻力、卸除顶压后的桩周土压力以及双桩承载力特性的影响。结果表明:沉入过程中先沉桩和后沉桩的压入端阻力均随沉桩深度的增加而近似线性增大,当桩长(沉桩完成后沉入的总长度)为600 mm时,后沉桩仅比先沉桩的端阻力高0.2%左右,即此深度处2根桩的压桩端阻力基本达到极值;后压桩沉入前先沉桩的桩周土压力为后沉桩的90%左右,而后沉桩卸除顶压后先沉桩的桩周土压力总体为后沉桩的2~3倍,且随土压力盒埋深的增加而增大;相同深度桩周土压力均随桩长增大而降低;单桩试验时桩体极限承载力略高于先沉桩极限承载力2%~5%,提高的幅度随桩长增加而降低;不考虑桩间土作用双桩系统极限承载力约为单桩试验时极限承载力的2倍。研究成果对于进一步明确桩与桩相互作用机理和改善双桩承载力特性等均具有重要的工程意义。     

高压旋喷桩处理路基病害成桩控制技术现场评价试验研究

为研究高压旋喷桩处理路基病害的可行性及成桩控制技术参数，开展了控制６级注浆压力、３个俯角以及４级注浆提升速度的１２根高压旋喷桩旋喷注浆现场试验。结果发现:旋喷桩的桩长随注浆压力的增大先增大后下降，且桩长变化大小基本与注浆压力增加幅值保持比例关系，而注浆压力的提升整体上有助于桩径的增大；注浆压力对空腔正矢的影响特征因注浆压力的具体大小而异。俯角对成桩截面及桩长形态影响应该综合分析，其中桩长随俯角的增加而减少，但是水平桩径和垂直桩径却同步增大，裂纹的生成与发展受俯角增大而减少和抑制，建议小俯角注浆，并通过二次补浆作业方法保证桩长及桩径质量，而在水平向注浆时应提高注浆设计量或浆液浓度。     

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。     

基于ABAQUS的抗滑桩加固边坡的数值模拟分析

抗滑桩加固边坡具有较好的效果,基于ABAQUS数值计算软件,采用强度折减法,研究桩位、桩间距与桩径比、桩长等因素对边坡安全系数以及边坡失稳时滑裂面出现位置的影响。研究表明,安全系数随桩间距和S/B的增大而减小;最优加固位置L_x/L=0.2~0.4处,综合边坡加固效果最佳;抗滑桩长度在22~26 m较为合适,抗滑桩的锚固深度为4/11~5/13桩长较为合理。     

螺旋型埋管能源桩传热模型的适用性及其试验验证

传热模型的精确性直接关系到能源桩换热效率的计算精度,进而影响能源桩设计。以螺旋型埋管能源桩为研究对象,在信阳地区开展了一项现场原位试验,实测获得了螺旋型埋管能源桩换热过程中的桩周温度场数据,并分别与圆柱面热源模型和线圈热源模型的计算成果进行了对比分析。研究成果显示有限长热源模型较无限长热源模型具有更高的计算精度,有限长线圈热源模型较有限长圆柱面热源模型具有更高的计算精度,采用有限长线圈热源模型计算的桩壁温度误差<1.5%,桩周温度场计算误差<2.5%,地埋管进出口水温计算误差<2.2%,故将其推荐为螺旋型埋管能源桩桩周温度场的计算模型。最后,探索了不同传热模型针对螺旋型埋管能源桩的适用性,为指导螺旋型埋管能源桩设计提供了科学依据。     

基于能量法的超长桩屈曲稳定影响因素分析

随着大型超高层建筑的发展,超长桩的使用越来越多,超长桩的屈曲稳定性问题研究显得尤为重要。在前人的基础上,采用土抗力与实际更为接近的C法和常数法组合的土抗力模式,且同时考虑桩自重和桩侧摩阻力,用能量法求解得到超长桩的屈曲临界荷载公式,并进一步全面分析各因素对超长桩屈曲稳定的影响。结果表明:桩侧单位摩阻力与桩身自重对桩的屈曲影响可忽略不计;桩的挠曲函数项数越多、土抗力越小,基桩的屈曲临界荷载越小;桩自身参数桩长、桩径越大,屈曲临界荷载力越大;地基土比例系数越大,屈曲临界荷载越大。因此,从超长桩的屈曲稳定性来讲,尺寸较大的超长桩运用到较硬地基时基桩抵抗屈曲破坏的性能最大。研究成果可为工程中超长桩的设计和运用提供理论依据。     

螺旋型埋管能源桩桩内温度场分布特征及其影响因素分析

针对能源桩桩内温度场分布特征开展了现场原位试验,实测获得了能源桩换热过程中的桩壁和桩心温度,以此为基础结合数值模拟分析了能源桩的桩内温度场分布特征及其影响因素。分析结果表明:能源桩桩内温度温升规律与地埋管进出口温度变化规律一致,桩内温度场主要受地埋管进出口温度控制;能源桩制热(冷)时,以地埋管为起点,桩内温度远离地埋管呈抛物线下降(上升);影响能源桩桩内温度场分布特征的主要因素为回填材料导热系数和桩径,导热系数越大,相同制热时间时的桩内温度越高,且桩心温度随导热系数的增加近似呈线性上升;桩径越大,相同制热时间时的桩内温度越低,桩内温度随桩径的增加近似呈等比例下降。该研究成果可为能源桩的推广应用提供参考。     

端承型桩基础在扶壁式挡墙中的应用

提出端承型桩基础的处理方式,从竖向承载力、抗滑移及抗倾覆等方面对双排桩的端承型桩基础进行力学分析,并举例论证,得出扶壁式挡墙的端承型桩基础的作用发挥与桩径、桩间距及嵌岩深度等因素有关。     

水泥搅拌桩有效桩长的确定

采用线弹塑性荷载传递函数，按极限承载力控制法水泥搅拌桩的有效桩长，分析了土的泊松比，桩刚度系数，桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比，桩径，桩侧极限位移和桩顶沉降量等因素对水泥搅拌桩有效桩长的影响，其结果表明，除土层泊松比对有效桩长影响不明显外，其余因素均有一定或较大的影响。     

PCC能量桩换热效率数值模拟分析

PCC能量桩是一种在现浇大直径管桩(PCC桩)桩体内进行开放式埋管的新型能量桩技术;具有传热效率高、方便检修与维护等技术优势。基于数值模拟方法,建立PCC能量桩、传统能量桩换热效率分析数值模型;该文通过与相关模型试验结果的对比分析,验证数值模型的准确性和可靠性;继而,探讨进/出水口布置形式、传热液体等因素对PCC能量桩换热效率的影响规律。研究结果表明,相同条件下,PCC能量桩换热效率较常规能量桩高;PCC能量桩内开放式传热管布置形式影响换热效率。     

考虑土体非线性时大直径端承桩竖向振动研究

为了研究层状地基中大直径桩的竖向振动特性,首先修正了经典土体振动模型,进一步研究了塑性指数及桩周土体应变对土体的动剪切应力、动剪切模量和滞回阻尼比的影响,并在此基础上将桩周土体分成不同区域,求解了考虑非线性情况下土体动阻抗,通过传递矩阵法得到了大直径端承桩在分层土体中的桩-土振动模型,最后给出了桩底动阻抗的影响因素和变化规律。结果表明:考虑土体非线性时,塑性指数、桩周土体应变、桩土相对刚度、桩的长细比对大直径桩动阻抗的影响较大,在工程设计中应重点考虑。     

能源桩桩身横向变形试验研究

关于地源热泵系统(GSHP)运行条件下的能源桩竖向变形特征研究已经取得了大量的成果,然而,目前对能源桩横向变形特征如何影响桩体摩阻力和传热特性的认识还不够充分。在模拟能源桩实际运行工况的条件下进行室内试验,测试了温度循环条件下桩身-岩土体接触界面的变形特征。试验结果表明:温度变化会使桩-土接触界面产生变形,其变形量足以使桩侧摩阻力发生变化,进而改变桩土接触条件并影响能源桩的传热效率。这些研究结论与现场桩身结构响应测试结果较为吻合:温度变化时能源桩桩身侧壁会产生横向的热胀冷缩,随着桩身横向变形,桩侧壁会产生桩侧摩阻力,其大小取决于桩壁深度和温差。     

免共振沉桩原位试验研究

为解决传统桩基施工过程中存在的环境污染、挤土效应、效率低及能耗高等突出问题,以某高架桩基工程为例,基于免共振液压振动锤系统沉桩施工工艺,通过原位沉桩试验测试、现场振动测试,研究钢管桩沉桩过程中桩周土体、地铁运行期间桥墩变形特征及其振动变化规律。研究结果表明:钢管桩沉桩过程中桩周土体水平位移集中分布在近地表0~2/3L(L表示桩长)范围内,地表以下0~1/4L范围水平位移较大,土体水平和竖向位移最大值分别为2.37 mm和3.13 mm,桥墩倾斜0.4‰~0.7‰,分析发现沉桩过程中挤土效应不明显;现场振动测试结果显示,当无地铁经过时桥墩振动速度最大峰值为0.823 mm/s,有地铁经过时为1.90 mm/s,充分表明沉桩过程对周边环境影响程度弱;实现了对环境“低影响”的效果,为沉桩施工新技术的研发提供理论和实践指导。