基于光纤传感技术的泥岩地基动力打入桩施工效应现场试验

为探讨泥岩地基动力打入桩的施工效应与承载力异常问题，基于低温敏光纤应变传感器联合桩端全截面轮辐压力传感器实时监测打桩过程中桩身应力及桩端阻力，明确打桩过程中试桩内力和桩端阻力随贯入深度的变化规律；通过竖向抗压静载荷试验与高应变动测分析各试桩的承载特性；利用打桩锤击数和锤重分析锤击能对动力打入桩沉桩效应的影响，借助打桩前后桩边标准贯入试验锤击数随桩长的分布，揭示动力打桩对桩周泥岩强度的影响机制。结果表明：沉桩过程中不同测试传感器得到的桩端阻力时程曲线变化规律较为一致，静载试验获得的试桩极限承载力比高应变动测得到的结果偏高，试桩均表现出端承型桩的特性；重锤打桩桩身应变变化幅度明显较大，打桩能量与试桩的竖向承载力有关，高能量打桩导致泥岩结构损伤加重，会降低动力打入桩的承载力；打桩后桩周泥岩的标贯试验锤击数与打桩前相比明显减小，宏观上表明动力打桩对桩周泥岩结构造成不同程度的损伤，可以认为泥岩结构损伤是动力打入桩承载力降低的主要原因之一。     

长桩对多元复合地基性状的影响探讨

通过对长短桩复合地基的有限元分析,探讨了长桩的变形模量、桩长对桩身轴力和复合地基沉降的影响,分析表明长桩的桩身应力表现出均匀向下传递荷载的特性,长桩的变形模量对复合地基沉降的影响不大;增加长桩的桩长可以有效减小基础承台的沉降和提高桩顶荷载.     

长短桩复合地基应力及沉降规律数值分析

通过大型有限元ABAQUS软件,进行三维弹性有限元的数值分析。以9根长桩、4根短桩复合地基为例,研究了在竖向荷载下长短桩复合地基中承台—垫层—桩—土的共同作用特性,对长短桩复合地基的桩体荷载传递规律、桩土应力比、沉降及其影响因素进行了系统的分析,得出了相应的结论。     

考虑波流联合作用的大直径钢管桩自由站立稳定性分析

随着海洋工程建设水深的不断增加,导管架平台的钢管桩基础呈现出大直径、深贯入的特点。桩基承载力的提高导致了打桩施工难度的增长,不仅要求具有更大锤击能量的打桩设备,而且对打桩全过程的安全控制提出了更高的要求。桩的自由站立稳定性是打桩分析的第一个重要环节。针对置锤荷载的瞬态性特征,以钢管桩自由站立稳定性的静力分析方法为基础,提出了采用动力算法考虑作用于钢管桩上的波浪力和海流力,建立了钢管桩自由站立稳定性分析的动力模拟方法。研究表明,由于API规范法考虑的是荷载长期作用效果,与钢管桩置锤瞬间的瞬态过程不符,用该方法验算桩的自由站立稳定性偏于保守;动力法分析与API规范的计算结果对比表明,规范中的强度折减系数用于验算桩基自由站立稳定性时可以放大1.5倍。     

长桩对复合地基特性的影响数值分析

利用有限元分析软件ANSYS建立长短桩复合地基模型,分析了长桩桩体模量与桩长变化对长短桩复合地基中长桩与短桩中角桩、边桩和中桩的沉降和应力特性的影响,为复合地基长桩桩体模量与桩长选择提供了依据,有利于复合地基的优化设计。分析结果表明:在长短桩复合地基中,长桩桩身应力最大应力点在桩顶下的某一深度处,在这个深度以上,桩身应力沿深度逐渐增大,在这个深度以下,桩身应力逐渐减小。短桩桩身最大应力点出现在桩顶处,桩身应力从桩顶沿深度减小。随着长桩桩体模量和桩长的增加,长桩、短桩的沉降也相应减小。长桩各桩体的应力随之增加,短桩各桩体的应力变化规律不规则。     

刚性桩复合地基应力及沉降规律数值分析

通过ANSYS三维弹性有限元的数值分析 ,以CFG九桩复合地基为例 ,研究了在竖向荷载作用下群桩复合地基中承台 -垫层 -桩 -土的共同作用特性 ,对群桩复合地基的桩体荷载传递规律、桩土应力比、沉降及其影响因素进行了系统的分析。     

长短桩复合地基试验研究及数值模拟分析

结合郑州某高速公路试验段进行了多组单桩、单桩复合地基及4桩复合地基静载荷试验。在此基础上,通过有限元软件对刚性桩复合地基承载性能进行了数值模拟,并与现场静载荷试验结果进行对比分析。结果表明:桩土应力比随着桩数和桩长的增加不断加大;长短桩复合地基中长桩桩土应力比相对较大,桩间土分担荷载降低。此外,受群桩效应的影响,4桩复合地基沉降变形要大于单桩复合地基,其群桩效应系数为0.578,且随着桩长增加群桩效应系数增大。     

φ1500 mm特大口径钢管桩试验

通过对宝钢某工程φ1500mm钢管桩进行打桩试验、高应变动测试验、垂直静载荷试验,取得了重要的设计、施工参数,从而为合理选择桩尖持力层。确定试桩的极限承载力、合适的桩锤制定了相应的打桩工艺、技术标准。     

长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

采用三维弹塑性有限元方法对全短桩、全长桩、长短桩复合地基和长短桩桩基础进行了比较分析。筏板分析采用弹性薄板理论,土体采用莫尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟。针对不同基础类型,从沉降性状和桩顶荷载大小以及长短桩的桩身轴力分布规律方面进行了比较分析。得出长短桩桩基础的平均沉降小于全短桩基础和长短桩复合地基,但仍大于全长桩基础。长短桩桩基础中长桩的中性点位置比长短桩复合地基的要深一些,受到的负摩阻力稍大些。长短桩桩基础中短桩作用发挥要比长短桩复合地基的短桩充分,而且其长桩的最大桩身轴力相比也小。     

竖向荷载作用下承台(基础)-桩不同构造形式下的工作性状分析

在文献[1]采用的现场试验对桩与承台（基础）之间不同构造方式下的承台（基础）-桩-土相互作用进行的研究基础上，首先采用有限元数值分析模拟承台-单桩-土系统的相互作用，通过参数调整，使其能够模拟文献[1]进行的现场试验并给出较为接近的结果。在此基础上，采用数值仿真试验对多桩情况下桩顶与承台直接接触、复合地基及桩顶预留净空基础在竖向荷载作用下的工作性状进行了对比分析与研究，比较了相同荷载、桩长、桩距、承台厚度等情况下各种构造形式基础的受力特点。同时，通过改变桩长、桩距、预留净空大小等影响因素，进一步研究了桩长、桩距、预留净空对多桩桩顶预留净空基础的桩土荷载分担比例和沉降的影响。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

长短桩组合路堤桩荷载分担规律离心模型试验与数值模拟

采用离心模型试验和三维有限元法,探讨路堤荷载下长短桩组合路堤桩的荷载分担规律。共进行4组离心模型试验,得到不同桩长比时长桩和短桩的桩土应力比随分级加载过程的变化曲线,以及相应的长桩和短桩桩身轴力的传递规律。基于离心模型试验的基本参数建立三维有限元模型,采用Gibson地基模拟离心场中软土地基强度沿深度方向逐渐增大的特性。计算结果与离心模型测试结果的对比验证模型建立的合理性;并且进一步研究长短桩组合路堤桩应用于存在持力层时的层状地基中的桩土荷载分担规律。研究结果表明:随着荷载的增加,长桩分担的荷载逐渐增大,而短桩和桩间土分担的荷载逐渐减小,且都趋于稳定值;桩长比越大,长桩分担的荷载越大;存在持力层时的层状地基更有利于长短桩组合路堤桩加固效果的发挥。     

考虑固结群桩竖向应力相互作用的积分方程分析方法

采用Biot 固结方程,分别以等长和不等长两桩为分析对象,将受竖向荷载作用的桩土体系分解成半空间饱和扩展土和虚拟桩,基于竖向应变协调关系建立桩土相互作用的第二类Fredholm 积分方程,求解出不同固结状态时的桩身轴力分布。在等长两桩中,由于邻近桩的存在,桩身附加轴力主要分布于桩身20%～80%深度处,其影响程度随着桩间距的增加而减弱。进一步将等长两桩分析扩展至群桩研究中,分析表明：群桩效应引起了桩顶荷载的不均匀分布;土体固结对桩身内力分布也有一定的影响,固结后角桩承担的荷载有所下降。桩长不等时,长短桩之间的相互作用效应并不一致,表现为两桩桩顶承受相同荷载时长桩沿桩身附加轴力增加较短桩明显。最后,将不等长桩相互作用系数应用于群桩的优化分析中,在保证总桩长和桩基沉降基本相当的情况下,通过调整不同位置的桩长使得各桩受力趋于合理。     

竖向荷载下变刚度群桩变形性状研究

在试验室进行了一系列变刚度群桩和均布群桩基础的静载荷物理模型试验,并对试验结果进行了分析对比。结果表明,变刚度群桩的位移分布方式是边桩大于中心桩,正好和一般均匀布桩的沉降分布形式相反。其总沉降略有增加,但差异沉降显著减少。变桩长与均布群桩相比,增加中心桩桩长,还能提高桩基的极限承载力和承台下地基土的承载能力,说明均布群桩中边桩的承载能力还有富余。群桩中基桩的侧摩阻力表现与单桩不同,侧摩阻力的发挥是自桩身下部某点向上逐步发挥。桩距越小,这种趋向越明显。     

垂直受荷桩负摩阻力时间效应的试验研究

 在地面堆载作用下,对3根施加不同荷载桩的负摩阻力性状的时间效应进行现场测试。试验结果表明,负摩阻力随堆载作用时间的延续而变化;堆载使土体沉降,土体沉降就会引起负摩阻力。在堆载初期,负摩阻力引起的桩附加沉降速率随着桩顶荷载的增大而加快,且稳定的附加沉降随着桩顶荷载的增大而增加。在有无桩顶荷载的2种情况下,下拉力随着堆载作用的时间延续而增大,稳定的下拉力随着桩顶荷载的增加而减小。在堆载作用下,桩顶荷载推迟了负摩阻力出现的时间。桩顶荷载越大,中性点初次出现的时间越晚、位置越浅。中性点出现的时间随着桩顶荷载的增加而延后,桩顶荷载的增大会加剧这些现象。上述研究结果对于桩的负摩阻力性状的研究有一定参考价值。     

桩承式加筋路堤受力机理及沉降分析

作为一种经济、有效的软土地基处理方法,桩承式加筋路堤在国内外已开始使用。把单桩处理区域及上部路堤等效为圆桩体,采用弹塑性有限元法分析了瞬时加载后地基中超静孔隙水压力的分布特征及消散过程,研究了加筋格栅的受力和路堤的沉降特性等,分析了桩长、桩间距及桩托板大小对桩体荷载分担比和路堤沉降的影响。研究结果表明,打桩后桩体所受荷载向下传递,地基中的初始最大孔隙水压力出现在桩端以下土层。打穿软土层情况下,路堤的沉降量决定于浅部桩间土的压缩,而未打穿情况下,路堤的沉降量决定于桩端以下软土层的压缩。桩长是控制路堤沉降的最主要因素,其次是桩间距和桩托板尺寸。最后对一个工程实例进行了分析。     

减沉桩的工程应用试验研究

在浙江深厚软土地基中,减沉桩在多层建筑基础中大量使用。为进一步分析浙江软土地基中减沉桩的工作机理,对某工程中减沉桩的应用进行试验研究。通过桩、土应力测试和建筑物沉降观测,分析减沉桩基中桩土应力分担比及荷载传递性状的规律,为深入探讨桩土共同作用机理,进一步完善减沉桩设计理论提供依据。试验结果表明,各幢楼的基底反力大致呈中间小、边缘大的抛物线分布形式;本工程3幢楼承台底土承担荷载的比例最终保持在14.6%～18.1%。分析结果表明,减少沉降量桩基具有良好的经济效益和社会效益,应用前景广阔。     

筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究

为了进一步明确筒桩桩承式加筋路堤的工作机制,在广州绕城高速公路九江—小塘段进行现场试验。试验结果证明,筒桩单桩竖向承载力大,均以刺入方式破坏,并且筒桩单桩复合地基承载力大,沉降小。筒桩桩承式加筋路堤荷载传递机制主要受"土拱效应"和"拉膜效应"控制,桩土应力比随路堤荷载以及桩顶与桩间土之间沉降差的变化而变化。路堤荷载下筒桩复合地基,总沉降小,桩帽上和桩间土上的土体存在沉降差,沉降差的发展可以反映土拱效应的发挥程度。另外,路堤荷载在地基土中产生的超孔隙水压力很小,且随深度迅速减小,地下6.0m处超孔压已接近0。路堤侧向变形小且随深度迅速减小,最大侧向变形发生在地下3.0～4.5m处。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。