嵌岩低桩承台锁口钢管桩围堰设计与施工技术

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为(48+144+320+144+48)m无砟轨道钢箱桁组合梁斜拉桥。桥塔墩位于通航河道内,桥位处河床覆盖层浅,基岩强度高,基础由大直径钻孔桩和矩形嵌岩低桩承台组成,承台采用锁口钢管桩围堰施工方案。G33号主墩围堰平面设计尺寸54.56 m×28.52 m,锁口钢管桩采用Q345B材质∅1020 mm螺旋钢管,长28 m,钢管桩之间采用C-T形锁扣连接;围堰设置4层内支撑,单层内支撑设3道对撑,内支撑四角设型钢斜撑;基底设置混凝土垫层参与围堰结构受力。围堰采用XR360旋挖钻机在岩层中引孔,孔内换填细砂后插打钢管桩,钢管桩壁内、外两侧换填砂采用高压旋喷注浆加固。围堰设置智能化监测系统,对围堰受力、变形等进行实时动态监控。实践证明,该桥围堰结构安全可靠、止水效果良好、施工快捷高效。

重庆官栈河大桥主桥主墩基础锁口钢管桩围堰加固

重庆官栈河大桥主桥为(62+110+62)m三跨连续刚构桥,主墩基础采用锁口钢管桩围堰施工。围堰施工正常水位+325.300 m,施工期控制水位+330.500 m。在该桥主墩围堰完成四周锁口钢管桩插打及前4道内支撑安装后,因极端天气原因,长寿湖水位上涨到+332.200 m,危及围堰安全。为解决钢管桩围堰的安全问题,提出采用水下施工内支撑的加固方案。待围堰内部水头与外部保持一致后,将已经插打的锁口钢管桩加高至标高+334.000 m,拆除已安装好的4道内支撑,重新安装6道内支撑。采用MIDAS Civil软件分别建立加固前、后钢管桩围堰结构有限元模型,分析钢管桩及内支撑的受力安全与稳定性。结果表明:施工控制水位+330.500 m下,围堰结构最大正应力由加固前的162.6 MPa下降到加固后的82.3 MPa,下降了49.3%;承载水位可从施工控制水位+330.500 m增加到目标控制水位+333.500 m,且强度和刚度等均留有一定储备。水下施工内支撑的加固方案可提升围堰的承载能力。该桥围堰加固后整体受力效果良好,已顺利完成承台浇筑施工。

深基坑斜直交替钢管桩复合土钉墙数值模拟分析

依托福建某医院的基坑工程实例,采用数值模拟方法,研究斜直交替钢管桩复合土钉墙支护结构的变形特征及其稳定性。结果表明:坡面水平位移最大变形出现在基坑“腰部”,设计时应适当加强此位置的变形控制;斜直交替钢管桩复合土钉墙支护体系安全可行,其较双排直立钢管桩复合土钉墙及单一土钉墙有更好的变形控制能力和更高的稳定性。

临河深基坑中超长锁扣钢管桩围堰变形分布研究

锁扣钢管桩围堰由于自身整体刚度大、加工制作简便、回收利用率高等优点,近年来在城市轨道交通的桥梁基础工程施工中广泛应用。为了深入研究临河深基坑中超长锁扣钢管桩围堰的工作性能,以西安市地铁10号线泾河大桥为背景,通过对坑周地表竖向沉降及超长锁扣钢管桩深层水平变形进行监测,分析了临河富水砂卵石层深基坑开挖过程中坑周竖向沉降分布规律及钢管桩深层水平变形分布规律,并研究了临河距离对二者分布规律的影响。结果表明:随着基坑临河距离的增大,坑周竖向沉降分布规律发生改变;锁扣钢管桩均发生朝向深基坑方向的水平位移,曲线均呈“弓”形分布;封底混凝土浇筑后,锁扣钢管桩深层水平变形未发生明显变化,随着临河距离的减小,向河侧锁扣钢管桩水平位移由减幅逐渐变为增幅;不同临河距离的基坑,在开挖初期,锁扣钢管桩深层水平变形分布存在差异,随着开挖的进行,“弓”形趋势愈加明显。该结论可为类似工程提供参考。

海上打设钢管桩施工技术要点研究

海上施工环境复杂,打桩船和打设方法是海上打设钢管桩的重要施工技术,由于其对海洋环境影响较大,需要在施工前做好安全措施。海上打桩船选择、钢管桩沉桩、水下地质勘测等是海上打设钢管桩的重要技术。本文主要研究了海上打设钢管桩施工技术要点。首先,介绍了钢管桩的施工流程和设备选择,然后对钢管桩的施工要点进行了详细阐述,包括桩位布置、桩尖选择、钢管焊接、防腐处理等。接着,对钢管桩的打设方法进行了分析,包括锤击法、震动法、液压千斤顶顶推法等。

浅析钢管桩栈桥及平台在水上桥梁施工中的应用

本文通过对钢管桩栈桥及平台在水上桥梁施工中的应用进行深入研究和分析,旨在探讨其在水上桥梁施工中的作用和效果。首先介绍了钢管桩栈桥及平台的背景和发展动态,然后阐述了其结构特点和施工方法。接着,分析了其在水上桥梁施工中的局限性。最后,总结了本文的研究成果,强调了钢管桩栈桥及平台在水上桥梁施工中的重要作用,特别是在解决复杂水域条件下的挑战时。提出了一些改进和发展方向的建议,以期为未来水上桥梁施工提供更多有效的支持和指导。

微型钢管桩内接于灌注桩围护结构计算方法探讨

针对土岩结合二元地层深基坑工程中“吊脚桩”围护结构存在的问题,提出了灌注桩内接微型钢管桩围护结构。考虑微型钢管桩与桩间岩土的“纽结效应”和开挖后桩间岩石与带裂缝混凝土相似性,将该结构等效为上部灌注桩+下部带裂缝的钢筋混凝土无腹筋等效梁阶梯变截面桩(梁)模型,下部等效梁中微型钢管为纵向钢筋,桩间岩石为带裂缝混凝土。用侧向刚度折减来定量表征围护结构截面减少和岩体裂缝对围护结构刚度影响,提出基于侧向刚度折减的弹性支点法来计算围护结构内力,并考虑纵筋销栓作用计算等效梁抗剪承载力。工程实例计算表明,侧向刚度折减系数β由0.85减至0.12,上部灌注桩弯矩增大55.8%,下部等效梁弯矩减少48.7%,上部灌注桩剪力减少13.6%,下部等效梁剪力减少22.0%,桩顶水平位移增加39.5%。开挖至土岩结合面处该结构相对于“吊脚桩”围护结构,桩顶水平位移、竖向沉降没有明显突增,桩顶最终水平位移、竖向沉降仅为“吊脚桩”围护结构的43%、69%。桩顶水平位移监测值为5.5mm,仅为计算包络值的35%,说明刚度折减系数可适当提高。本研究可为土岩结合二元地层深基坑支护提供参考。

湖中基坑-双排钢管桩围堰受力变形分析

为便于施工,位于水域中的基坑工程通常需要施作围堰来保证施工场地干燥,但目前对围堰变形的研究尚不完善。以南昌艾溪湖隧道工程为研究背景,利用Midas GTS NX有限元软件,研究围堰宽度、拉杆位置对双排钢管桩围堰变形规律的影响,并通过将模拟计算结果与实测数据进行对比,验证了模型的合理性。研究结果表明:围堰宽度有一个合适的范围,过小过大均会造成围堰变形过大。在本工程中,围堰合理宽度范围为3.5~4.5 m,围堰宽度的改变对围堰内基坑开挖变形影响较小;综合两侧钢管桩变形来看,拉杆设置在围堰顶部0.8 m处时两侧钢管桩变形较小。

基于模糊贝叶斯网络的钢管桩围堰安全评价研究

为探明施工过程中影响钢管桩围堰事故发生率的主要因素,降低桥梁基础工程的事故发生率,建立FBN与MIDAS模型,对围堰工程进行事前安全风险研究。首先参照条例规范与4M1E原则将主要因素统筹为人、机、料、法、环五大方面,构建起具有普适性的的风险评估指标体系,其中含有5个一级指标和18个二级指标。其次根据因素间的逻辑关系构建贝叶斯网络模型,基于模糊数理论确定根节点的先验概率,后利用Leaky Noisy-OR Gate模型计算出非根节点的条件概率,通过NETICA软件得到因素耦合效应以及主要影响因素,最后依据实际案例建立MIDAS有限元模型进行定量化分析。结果表明,主要影响因素有水流压力、土体稳定性、支护体系稳定性、焊接质量以及安全防护设备配备程度。

深厚软岩地质钢管桩可打性分析及沉桩试验

在深厚软岩施工的钢管桩,其桩尖入岩深度存在不确定性。依托实际工程,通过可打性分析、现场足尺沉桩试验和承载力测试开展深厚软岩地质钢管桩的沉桩施工试验研究。结果表明:在深厚软岩施工的钢管桩,桩尖宜采取敞口形式,尽量减小打桩过程中的土塞效应,保证钢管桩的入岩深度;泥岩中打桩时的土塞效应系数可较静载时的取值适当小,泥质灰岩中的土塞效应系数可参考静载时的取值,直径1 000 mm敞口钢管桩土塞系数可取0.45,直径1 200 mm时可取0.33;当锤击能量有限时,入深厚软岩的钢管桩终锤贯入度可相比常规地质的贯入度适当减小,可将1 mm/击作为终锤标准。

微型钢管桩-锚杆新型组合基础承载特性研究

为解决输电线路传统锚杆基础材料耗量大、施工安全问题突出、环水保效益差、施工工期长以及运输不便的问题,提出了一种装配式输电线路型钢群锚基础,包括型钢结构、微型钢管桩-锚杆新型组合基础。采用有限元方法建立了单根微型钢管桩-锚杆组合基础的三维精细化数值模型,研究了多种荷载工况下组合基础锚筋、灌浆体、钢管及周围岩体的应力场与位移场变化规律,并与普通锚杆基础计算结果进行了对比分析;分析了钢管尺寸、岩体强度等因素对新型组合基础承载性能的影响规律。讨论了新型组合基础水平位移与岩体强度的定量关系;将钢管、钢管内侧混凝土与锚筋简化为整体力学模型,基于Winkler弹性地基梁法建立了单根微型钢管桩-锚杆组合基础的水平位移计算方法,并将计算结果与数值模拟结果进行对比。结果表明:相同工况下新型组合基础锚筋、灌浆体与周围岩体的应力及位移更小,新型组合基础适用于岩体等级为极软岩的情况;多种荷载工况下新型组合基础产生的位移随着岩体强度降低而逐渐增大,当岩体质量较差时,可采用增大钢管的横截面面积及长度等措施限制组合基础的水平位移。

海上风电大直径超长钢管桩竖向承载特性现场试验研究

钢管桩是海上风电工程最主要的基础型式,但针对海上大直径超长钢管桩竖向承载力问题的研究却相对较少。结合广东汕头海上风电工程,进行了海上大直径超长钢管桩竖向承载力特性的现场试验研究,对比了桩底沉降和桩顶沉降随上部荷载的变化特点,分析了桩身侧摩阻力和桩端阻力随上部荷载的变化规律,并依据试验结果对大直径超长钢管桩极限承载力判定方法进行了探讨。试验结果表明:大直径超长钢管桩桩身变形较大,利用桩底沉降随荷载的变化曲线更容易对现场加载量进行控制和调整,也更容易对承载力的极限状态进行判断;大直径超长钢管桩端阻力随桩顶荷载的变化曲线呈“S”形;现行规范中采用Q/Qmax-s/d曲线斜率开始转变为0.2的点所对应的荷载作为极限承载力,将过高的估计大直径超长钢管桩的竖向抗压极限承载力。

海洋环境下腐蚀后钢管桩材料性能退化研究

钢管桩作为钢栈桥的重要组成构件,在海洋环境下会受到严重的腐蚀威胁。研究了东海某钢栈桥经历5年海洋自然腐蚀后钢管桩的材料性能。从钢管桩的浪溅区、潮差区和全浸区共加工16个拉伸试件,分析各区域的退化力学性能,根据试验数据建立弹性模量、屈服强度、应变硬化指数和强度系数等参数与平均厚度剩余率相关的回归方程,依据三线型本构模型建立3个区域真实应力-应变曲线的拟合公式。结果表明:浪溅区受腐蚀影响最严重,各区域钢材力学性能均存在一定损失;回归方程可以较好地预测3个区域的屈服强度;通过比较各区域的平均厚度剩余率适用范围,可知三线型本构拟合公式适用于腐蚀较为严重的钢管桩。

施工顺序对微型钢管桩加固既有基础变形的影响试验研究

微型钢管桩由于具有施工效率高、对周围环境友好等技术优点,被广泛应用于既有建筑物的增层改造、加固及纠偏工程中。施工顺序会影响加固或纠偏效果,甚至影响建筑物的安全,然而围绕施工顺序对微型钢管桩加固既有基础的变形特性影响的研究仍相对不足。基于透明土材料和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)处理技术,开展不同沉桩顺序(逆时针、顺逆时针结合、Z字形及对称形)下既有基础微型桩加固的可视化模型试验,分析加固过程引起的桩周土体位移场变化,以及不同沉桩加固顺序对既有承台的影响规律,并确定最优的加固方案。结果表明,在试验条件下,承台面下方的桩对桩周的土体有挤密作用,在承台周边压桩时,承台面下方的桩周围土体位移较小,相对于无承台情况影响范围缩小42%,最大位移缩小36%;对称加固顺序相对最优,施工过程中对既有基础的抬升位移仅为最不利加固顺序时的56%。

海上嵌岩钢管桩内卷边切割机器人的设计研究

海上风电桩在基础打桩过程中,容易造成钢管桩下端内卷边,这会增加下插的阻力,须将影响下钻的内卷边切除,提高风电桩插桩效率。现阶段内卷边的处理多是潜水员下水切割,处理过程较为繁琐,难以应对复杂的工况,且有一定的危险性。为解决以上问题,设计了一种用于海上嵌岩式钢管桩内卷边切除的切割机器人。通过对钢管桩内卷边切割现有的施工工艺和施工作业要求进行分析,总结了内卷边切割机器人所需满足的设计要求,提出了适用于切割钢管内卷边的多轴联动机器人系统;确定了总体方案,对内卷边切割机器人的力学性能进行分析,并进行具体结构设计。基于SPH-FEM耦合算法,对磨料水射流切割钢管壁过程进行研究,确定切割工艺参数,对射流反作用进行分析,并结合切割参数进行算例验证。理论分析以及仿真模拟验证表明,所设计的内卷边切割机器人符合施工要求,能改善海上嵌岩式钢管桩内卷边的精确切除问题,有助于完善海上风电桩基础施工工艺的完整性,可为后续内卷边处理技术的发展提供经验。

高应变动测技术在如东海域大直径钢管桩基工程中的应用研究

基于江苏如东海域三根大直径敞口钢管桩的初打和复打高应变动测试验数据,提出了适用于该海域的桩端折减系数η的推荐值和承载力恢复计算公式,为该海域大直径钢管桩基础的承载力评估提供了技术依据。敞口钢管桩高应变试验数据显示,试验桩侧阻力的恢复系数都远大于端阻力的,且桩侧阻力随时间增长显著,但端阻力的增长却很小。基于此,推荐如东海域大直径敞开钢管桩的桩端阻力折减系数η取0.05进行估算。此外,通过桩基土体恢复和增长机理探讨,提出桩基承载力恢复计算公式,且验证误差在10%以内。

基于CPT大直径钢管桩可打入性分析方法研究

在海洋工程当中,大直径钢管桩常采用液压锤进行施工,桩基可打入性的准确预测对实际工程具有重要的意义。为探究静力触探试验(cone penetration test,CPT)锥尖阻力与单位锤击能量的关系,通过将CPT锥尖阻力转化为单位等效锥尖阻力,定义阻能比为单位等效锥尖阻力与单位锤击能量阻力之比,基于9个场地、72根钢管桩打桩记录以及CPT测试结果,探讨了不同土层(粉土层、砂土层以及黏土层)中阻能比随深度变化的关系,提出了基于CPT锥尖阻力的桩基可打入性预测方法。研究结果表明:单位等效锥尖阻力与单位锤击能量随深度变化具有相关性,阻能比在不同土层随深度变化具有各自的规律性。通过获得的不同土层阻能比随深度变化的关系式,利用CPT锥尖阻力可以直接获得打桩需要的单位锤击能量。经工程验证,使用本文提出的方法,预测打桩过程中单位锤击能量可行且具有一定精度。该方法仅需已知CPT锥尖阻力即可对单位锤击能量进行计算,可以快速地对桩基可打入性进行初步评估。

微型钢管桩施工技术在大型崩坡积体治理中的运用

锚筋桩在传统的边坡治理、地基加固等领域已经广泛使用,较于抗滑桩或抗滑墙等施工时具有设备轻便、桩位布置灵活、施工速度快、对场地的适应性强等特点,取得了较好的工程效果。但在一些地质条件复杂、岩层风化程度较高的破碎体,锚筋桩造孔出现了难以避免的塌孔和无法成孔的现象,若采用常规泥浆护壁和固结等方式将导致施工工序复杂、工期较长,且施工成本较高,而采用微型钢管桩的钻孔技术,可有效解决此类问题。通过对杨房沟水电站采用微型钢管桩技术的案例研究,成功解决大型崩坡积体处理中复杂地质条件下易塌孔、无法成孔的情况。

基于载荷试验振沉钢管桩承载力计算方法研究

振沉工艺是一种较为新颖的预制桩施工工艺,对于采用这种工艺施工的桩基的桩-土作用研究相对较少,尤其是钢管桩的桩-土作用。针对这一问题,采用慢速单桩竖向抗压静载试验方法获得了一组振沉压入钢管桩的单桩承载力变化规律。随后,根据可能存在的4种桩土作用模式,采用力学平衡法分别计算了桩的竖向极限承载力,并依据规范建议考虑振沉影响对计算结果进行了修正。通过试验结果与理论计算结果的对比,揭示了振沉工艺下钢管桩的桩-土作用特征,研究成果对振沉桩单桩极限承载力的计算具有一定的指导意义。

大直径锚杆静压钢管桩在软土地基建筑加固纠偏中的应用研究

为解决大吨位既有高层建筑在软土地基条件下的大变形和不均匀沉降问题,以山东省济宁市某既有高层建筑工程为研究对象,在分析基础不均匀沉降原因的基础上,确定大直径锚杆静压钢管桩加固和纠偏方案,并运用现场实测的方法对加固和纠偏后的地基进行沉降监测,分析加固效果。结果表明,建筑物的沉降总体上呈现西侧小、东侧大的变化规律,最大沉降值为32.47mm,沉降速率最大达到0.54mm/d;加固方案中大直径锚杆静压钢管的单桩极限承载力达到了5800kN,单桩特征承载力不小于2900kN;采用大直径锚杆静压钢管桩后,建筑沉降曲线呈现单调非线性增加并趋于收敛的趋势,其中,监测点S9的沉降收敛值为11.79mm,监测点S3的沉降收敛值为27.57mm,有效调整了加固前的不均匀沉降,达到了加固纠偏的目的。