海上风电机组高承台群桩基础整体协同作用下极限承载特性分析

高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式。建立了高承台群桩基础数值模型,通过t-z、q-z和p-y曲线模拟桩土相互作用,以承台转角θ与力矩M关系曲线代表基础整体承载状态,采用基桩现场抗拔承载力测试数据对数值模型进行了验证。并基于上海东海大桥海上风电场示范工程风电机组基础结构,对不同加载方式、压拔承载力比值的基础进行了极限承载性能数值模拟,分析了基础的荷载传递、分配和整体协同作用,揭示了群桩中基桩极限承载性能与群桩基础整体极限承载性能的关系,提出了海上风电机组高桩混凝土承台群桩基础承载力控制标准的建议。     

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。     

海上风电桩桶复合基础的竖向承载性能研究

海上风电桩桶复合基础是一种由单桩基础和桶型基础复合而成的新型海上风电基础,为探索其竖向承载性能,建立了三者的有限元模型。通过数值分析研究了基础竖向荷载与位移的关系,基础各部分对荷载的分担情况,不同竖向荷载作用下桩外侧摩阻力、桩外侧土压力、桩身轴力的分布规律,桩桶复合基础在竖向荷载作用下的破坏模式,几何尺寸对桩桶复合基础在竖向承载性能的影响。通过分析,揭示了竖向荷载作用下桩桶复合基础的工作机理,表明桩桶复合基础通过桩体与桶体的复合能够有效提高基础承载性能。     

黄河滩区工程建设中粉喷桩地基的设计施工及检测

粉喷桩地基是高层建筑中一种新型的地基处理方法,它是一种柔性水泥土柱桩,利用桩与桩周土共同作用的结果而形成复合地基。特别适用于淤泥质粘性土,淤泥、粘性土、砂性土和充填土软土地基的加固。在设计、施工和检测时,不仅要充分考虑到桩体自身,而且要对其桩周土作岩土工程综合性评价。同时,对于完工后的桩基要作动态检测和静载检测,保证桩基的完整性,确保不发生断桩,保证单桩承载力的设计数值。本文主要总结黄河滩区工程建设中粉喷桩地基技术及施工要求。     

冲刷深度对海上风电复合筒型基础结构安全性的影响分析

结合某海上风电工程,通过开展复合筒型基础的数值模拟,研究了冲刷深度对复合筒型基础结构安全性的影响,包括对基础变形、极限抗倾覆承载力、结构应力和整机固有频率的影响.研究结果表明,随着冲刷深度的增加,基础变形和筒体结构应力增加,而极限抗倾覆承载力和整机结构固有频率降低.以筒径36 m、筒长10 m的复合筒型基础工程为例,当...     

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.     

土体加固对筒型基础承载特性的影响研究

为正确评估软体地基加固对提高筒型基础承载力的影响,建立考虑土体渗流~应力耦合效应的三维数值模型,模拟了筒顶负压抽水的土体加固过程,分析了筒内土体加固对筒型基础承载特性的影响。研究结果表明:在负压加固作用2.5 d后,筒顶沉降趋于平缓,孔隙负压扩散范围广,筒内土孔隙比下降幅度大,加固效果较好。此时,筒土之间接触更为紧密,极端荷载下筒顶脱开率大幅下降。在单一加载情况下,土体加固提高竖向设计承载力42.6%,水平设计承载力129.2%,抗弯设计承载力69.6%,竖向极限承载力4.4%,水平极限承载力61.3%,以及抗弯极限承载力99.1%。在复合加载情况下,土体加固前后V~M、V~H、V~H~M包络线存在一定的差异,未加固土体筒基的包络曲线分布在加固后的筒基外侧。通过试验数据对计算模型进行验证,吻合良好。这意味着现有的筒型基础设计仍有较大的优化空间。     

混凝土芯砂石桩复合地基固结计算

混凝土芯砂石桩复合地基具备了刚性桩复合地基承载力高及砂井地基排水固结快这两方面优点。复合地基固结计算中需要考虑其独特的刚性桩-砂桩-土荷载传递及环形排水边界。采用桩土荷载分担考虑芯桩的应力集中,建立能考虑混凝土芯砂石桩复合地基环形排水通道的加固区固结计算模型,并采用改进谢康和法计算下卧层的固结。基于现场实测的桩土荷载,借助本文方法计算分析了试验段工程的超静孔压消散规律、固结度增长规律以及沉降发展规律,计算结果与现场实测结果较为吻合,验证了该方法的合理性。     

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。     

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。     

桩筒基础水平变形与基频特性研究

近年来随着海上风机的发展与应用越来越广泛,海上风电场的基础设计也越来越受到重视。由于海上风机的受力形式较为复杂,且往往基础土层的力学性质较差,传统的单桩基础并不能很好地应对各种海洋风险问题,寻求一种新的基础加固形式——桩筒复合基础。通过建立不同尺寸的单桩基础和桩-筒复合基础,分析基础的水平变形特性;经过数值模拟获得基础刚度后,利用有限元-解析法对结构的第一阶固有频率进行求解,分析了轴向力对基频的影响,并预测了桩筒基础的整机基频。研究结果表明：桩-筒复合基础能有效减小桩身侧向变形,提升基础刚度。单桩基础经过筒体加固后,基频有所提升,且改变桩径对结构第一阶固有频率的影响较大。     

考虑负摩阻力影响的桩土复合地基承载力计算

结合新疆某拟建平原水库工程,就供水兼退水涵洞坐落的软黏土地基,进行了混凝土预制桩加固处理。在验算桩土复合地基承载力特征值时,充分考虑了涵洞周围大面积地面堆载给基桩带来的负摩阻力问题,采用建筑桩基技术规范相关公式,计算时将下拉荷载标准值和单桩竖向极限承载力标准值进行了叠加,根据叠加后的单桩竖向承载力标准值进行桩土复合地基承载力特征值计算。     

水利工程中PC管桩复合地基应用设计分析

基于软土地基的特性及预应力混凝土管桩复合地基设计相关理论,给出了水利工程中PC管桩复合地基设计特点及具体设计思路,结合实际案例,采用三维非线性有限元"桩-土"模型,通过理论分析与数值模拟探究其应用机理,得出褥垫层最大沉降为8.2 cm、底板最大沉降为9.5 cm,说明褥垫层及底板可大大增加PC管桩实际承载能力,对桩体起到了保护及分担荷载的作用,突破了常规PC管桩复合地基过分依赖桩承担垂直荷载和水平荷载的传统思想。基于数值分析结果可看出,复合地基竖向承载力特征值为202 k Pa,地基处理已达到要求,因此软体地基上的预应力混凝土管桩复合地基应用是可行的;褥垫层、管桩及周围地基土组成了一个复杂的多维应力场,各部件之间相互影响,其中褥垫层与管桩作为加固处理区,大大提升了周围土体的承载力,褥垫层有力调整了上部结构的荷载,使地基承载力得到了更大的扩充。     

预压荷载作用下砂桩复合地基承载力模型试验研究

针对淤泥质土地层沉井基础采用砂桩地基处理后其地基承载力实测值远大于设计值的工程问题,结合砂桩施工过程以及沉井施工工艺,为定量研究附加荷载转换为有效应力压密了地层从而促进地基承载力的提高,根据载荷板试验的要求、最大影响深度以及砂桩置换率,自主设计了可重复利用能施加预压荷载的载荷板模型试验装置,并开展了相关试验研究。结果表明:本套装置利用轨道将模型箱滑入反力架的方法实现了预压后地基承载力测试的反复开展;本套装置可以稳定地施加预压荷载,方便地开展载荷板试验;在置换率为36%的砂桩复合地基在180 kPa预压荷载作用下,埋深0.8 m的桩间土11 d后孔压消散68%;桩间淤泥质土预压固结后地基承载力提高了约58%。对于地基承载力要求较高但容许地基有较大变形的临时工程,砂桩设计可采用该试验装置估算淤泥质土固结后承载力,从而达到减少置换率、节省工程造价的目的。     

粉喷桩复合地基特性分析

粉喷桩加固软基的最大特点是极体承担荷载的同时，天然地基（桩间土）也承担一部分荷载．粉喷桩与天然地基上组成复合地基，共同承担荷载，充分发挥土的承载能力，以减少桩数，提高经济效益，挖掘天然地基的潜力．目前粉喷极多数用于水工建筑、房屋及道路地基加固．由于粉喷桩与桩间上通过承台共同工作，在荷载作用下沉降量相等，粉喷被承载力较高，桩土应力比较大，可以充分利用应力集中提高复合地基承载力，所以极土应力比和桩间土承载力的折减系数是反映复合地基工作状态的一个重要参数．在此主要依据某生活小区各种（天然地基、单极、单…     

振冲系泊桩基础成桩试验研究

目前海上风电以单桩或群桩基础为主,基础依靠深插桩体满足风机结构竖向抗拔承载力要求,随着大功率海上风电机组的投产与安装,如何提高桩基础抗拔承载能力成为制约海上风电大规模发展的瓶颈。本文以改进的振冲器为施工器械,结合预应力锚杆关键技术,综合振冲加固与高压旋喷桩的施工工艺形成了振冲系泊桩成套施工技术,提出了振冲系泊桩新型桩基础;开展了现场成桩试验和现场载荷试验,结果显示:运用该成套技术形成的振冲系泊桩桩身完整性良好且具有较强的抗拔性能;进行了有限元模拟仿真,分析了振冲系泊桩承载机理和破坏模式,通过仿真计算知3.5 m桩长的振冲系泊桩在一般黏土地基中的单桩极限抗拔承载力可达450 kN,是相同桩长的圆柱桩的7.5倍。     

海陆交互相软土区CFG桩复合地基工作机理

依托某滨海水闸地基处理工程,利用数值分析软件,分析了海陆交互相软土区CFG桩复合地基的工作机理。结果表明:随着荷载的增大,桩体荷载分担比随之增大,且桩土应力比与荷载呈现较好的对数增长关系,其对数拟合参数值受褥垫层厚度影响较大;设置褥垫层对复合地基的桩土应力比有显著影响。当不设置褥垫层时,桩顶应力集中明显,不利于土体承载力发挥,降低了其实际承载力;当褥垫层厚度为桩径的一半左右时,复合地基承载力增加较为显著;褥垫层厚度为50 cm时虽然其承载力有所增加,但经济成本相对提高,并且承载力提高幅度不大。     

海上风电单桩筒组合基础承载性能有限元分析

为研究海上风电单桩筒组合基础的承载性能,以福建漳浦海上风电场项目为例,利用有限元软件ABAQUS建立了桩-筒-土三维模型,分析了不同模型尺寸对基础承载性能的影响,并根据分析结果对组合基础进行优化。结果表明：增加桩体直径、桩体入土深度、筒体直径、筒顶板厚度、分仓板数量均可增强结构的承载性能,但实际工程设计时,需要结合施工及造价条件合理选择尺寸参数;结构优化后的桩-筒组合基础比超大直径单桩基础更经济、可行。研究成果可为海上风电场设计提供参考。     

CFG桩复合地基加筋褥垫层作用机理数值分析

针对福建平潭万北路市政道路工程土工格栅加筋褥垫层是否能够改善CFG桩复合地基在路堤荷载作用下的沉降及桩土应力分配的问题 ,提出了基于有限差分软件FLAC3D的CFG桩复合地基的数值模拟.应用FLAC3D软件进行CFG桩单桩竖向抗压静载试验模拟 ,并将数值模拟所得的 Q- s曲线与现场试验所得进行了对比 ,对路堤荷载下有无土工格栅对褥垫层加筋处理两种工况下的复合地基进行了桩身应力及沉降的分析.结果表明 ,数值模拟与现场试验所得的单桩竖向抗压静载试验 Q- s曲线吻合较好 ,证明了该模型具有一定的合理性 ;土工格栅加筋褥垫层通过增大桩身受力来改善地基沉降 ,但改善效果不明显 ,主要起提高安全储备的作用.     

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.