地基处理技术现状与发展

近年来我国的基础设施建设规模不断扩大,坚实的地基是确保工程建设安全与韧性的关键。因此,地基处理技术与工程品质之间的关联性愈发受到关注,这促进了地基处理技术的持续进步与发展,进而不断涌现出新的理论、技术和设备。文章简要阐述了地基处理的分类方法与发展特点,回顾了各类地基处理技术的研究现状,具体介绍了近年来复合地基技术、排水固结法、土工合成材料、高聚物注浆、固化剂、特殊土地基、大面积高填方地基和抗震地基处理技术等方面的新进展,归纳总结了地基处理智能设备、设计理论、评价方法和规范编制的发展情况。在现阶段信息化浪潮不断来袭、可持续发展作为永恒主题的新形势下,提出了地基处理技术应不懈追求“韧性、绿色、智能、人文”的品质提升的核心议题,探讨了地基处理行业各个方面的发展方向与未来展望,以期为地基处理领域的研究与技术人员提供参考和借鉴。

基于局部耦合马尔科夫链模型的钻孔优化方法

如何合理利用勘查资料进行准确的地质建模和逐级优化钻孔方案,对于降低勘查成本和提高地层数据收集效率具有十分重要的意义。由于岩土勘测初期钻孔数据通常十分稀少,而工程区域的地质结构可能随位置发生显著变化,这大大增加了钻孔设计的难度。CMC模型可以处理稀疏地质勘查数据,并且具有参数简单和理论简洁的优点,因此被广泛用在地质建模和地质不确定分析中。然而,已有的CMC模型无法用于复杂变化地层的钻孔设计,因为它们依赖全局的序列方向和Walther常数,可能导致对地质结构的错误估计。提出了一种基于局部耦合马尔科夫链模型(Local coupled Markov chain model,简称LCMC模型)进行额外钻孔优化的方法。该方法利用地质剖面钻孔数据的片段化处理、局部随机建模和多片段叠加的方式建立适应复杂变化地层的地质模型;使用基于LCMC模型生成的信息熵图定量评价地质单元的不确定性;基于柱平均信息熵曲线对额外钻孔的最佳位置进行逐步预测。研究结果表明,相比于传统方法,提出的方法可以实现更加合理高效的钻孔优化,增加倾角和方向发生变化的复杂地层的建模准确性,以及降低地质剖面模拟的不确定性。提出的方法为复杂变化地质区域的钻孔设计提供了一种有益的参考。

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果拟合接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。

扩底抗拔桩扩大头作用机制的数值模拟研究

在上海软土地区进行的足尺试验表明,采用小扩展角度的扩底抗拔桩能大幅提高承载力。由于没有对桩身轴力进行量测,仅凭现有的试验成果无法深入认识扩大头的作用机理。采用数值方法模拟足尺试验,通过拟合试桩中荷载-位移关系曲线,确定相关计算参数,以了解扩底抗拔桩上拔过程中扩大头抗拔阻力的组成部分及各部分在上拔过程中的变化规律,分析扩大头对抗拔承载力提高所起的作用,同时对扩大头扩径倍数、扩大头长度、扩展角度及扩大头持力层性质等主要影响因素进行了敏感性计算,可以分析这些因素的变化对承载力的影响。最后结合数值分析结果和工程实际要求对扩底抗拔桩的设计提出了建议。

软土地区多种桩型抗拔桩侧摩阻力特性研究

近年来,对扩底抗拔桩和桩侧注浆抗拔桩这两种新型抗拔桩承载特性的研究受到广泛关注。依托上海虹桥综合交通枢纽工程,开展了等截面、扩底和桩侧注浆3种桩型抗拔桩的现场足尺对比试验。比较了各桩型桩侧摩阻力发挥特性的差异;并对典型土层在不同桩型中摩阻力的发挥特性进行了分析;将3种桩型抗拔桩的桩侧摩阻力实测值与规范推荐值进行了比较。进一步认识了软土地区扩底抗拔桩和桩侧注浆抗拔桩各自的荷载传递特性。

438m武汉中心大厦嵌岩桩设计

"武汉中心"大厦是目前华中在建的第一高楼,建筑高度438 m,88层地上结构,4层地下室,基础埋深约20 m。场地浅部为深厚的砂层,其下为软质泥岩。由于建筑高,预估单桩承载力极限值不小于20000 kN,当地无类似工程经验,桩基设计施工难度大。该工程开展了现场足尺试验,试桩桩径1000 mm,采用桩端桩侧联合后注浆提高承载力,桩端埋深约65 m。通过不同入岩深度进行对比,开展大吨位载荷试验、桩身轴力与变形的量测,得到嵌岩灌注桩的承载与变形状态;基于地基-基础-结构协同作用的理念对工程桩的受力作深入分析,得到合理的群桩布置与入岩深度;采用旋挖机具并配合针对性挖斗、泥浆与清渣工艺,解决了深厚砂层及软岩的成孔难题,大大提高工效并保证质量。

基于Delaunay构网的地层3D TEN模型及建模

构建真三维的地层模型是地质学、三维GIS、科学可视化及工程应用领域共同关心的课题。在总结当前的三维地层建模理论与方法的基础上,提出了地层的真三维四面体模型。该模型将地层钻孔数据离散为点源性息,采用Delaunay四面体化算法构建三维地层,并对地层尖灭、断层等突变信息的处理进行了探讨。最后给出了该方法在典型地层和工程应用中的实例。该模型体现了TEN便于存储、快速可视化等优点,建模方法则充分利用计算机。

软土地区桩端后注浆灌注桩合理注浆量与承载力计算

桩端后注浆灌注桩单桩合理注浆量与承载力的计算成为工程界关注的主要问题之一,尚无设计规程可循。结合上海地区桩端后注浆灌注桩的工程实践,基于已有研究成果和上海软土地区工程地质条件,提出了物理几何意义明确的合理注浆量公式,并从桩身与桩端扩径的角度提出了桩端后注浆钻孔灌注桩承载力的计算公式。计算方法直观地体现了注浆量对后注浆桩承载力提高的影响,并与所给出的合理注浆量公式相联系,参数便于确定。在上海若干工程中的应用结果表明方法是合理的。

天津高银117大厦塔楼基础沉降实测与分析

天津高银117大厦塔楼建筑高度597m,塔楼结构体系复杂且竖向荷载大,基础底板埋深约25 m,场地以黏性土、粉土为主,中间夹有多层厚度变化较大的砂层,采用超长钻孔灌注桩,桩端埋深约102 m,以⑩_(5)粉砂层为桩端持力层。基于塔楼基础底板施工完成至结构封顶后4.5年的基础沉降实测数据,分析了塔楼基础沉降发展特性、沉降分布特征、底板沉降弯曲变形及弯矩值的发展与分布,探讨了塔楼基础沉降与施工进度、上部结构层数的关系,以及上部结构刚度、荷载及群桩刚度对基础沉降的影响机制。实测基础最大沉降、基础倾斜、相邻柱(墙)基的差异沉降皆小于规范控制值,底板弯矩也小于设计取值,表明深基础处于安全状态。天津高银117大厦塔楼基础沉降实测成果为天津地区类似工程安全施工积累了宝贵经验,也为国内软土地区600 m级超高层建筑基础工程设计提供了参考。

大面积填土对邻近桩基影响的分析与技术措施

大面积填土对桩基的影响主要表现为负摩擦和侧向受荷的综合效应。以南京世茂外滩新城大面积高填土为背景工程,采用数值分析方法对填土作用下单桩的变形与受力性状进行了理论分析,并就本工程填土对结构和桩的影响进行了整体平面有限元分析。提出了结构架空后填土、路堤桩地基处理、利用基坑围护桩隔离、增加边桩刚度、采用轻质堆填材料等一系列技术措施,取得了良好的效果,并采用数值分析方法对技术措施的有效性进行了评价。

基于静力触探试验指标的静钻根植桩承载力计算方法

静钻根植桩因其兼顾高承载性能和绿色环保的优势而逐步在上海地区得到应用。虽然上海市《地基基础设计标准》(DGJ 08-11—2018)已将植入桩工法纳入到预制桩的推荐施工工法中,但并未提出相关的承载力计算细则,给静钻根植桩设计与应用带来了难度与不确定性。借鉴日本植入桩的承载力计算思路,等效为预制桩直径计算侧阻力,结合上海地区估算桩基承载力的经验,以单桥静力触探比贯入阻力为基本参数,引入侧阻力调整系数和扩大头阻力系数分别计算桩侧阻力和端阻力,提出了一种实用的静钻根植桩竖向承载力计算方法。工程实例计算表明,该承载力计算方法具有一定的可靠性,可为上海地区静钻根植桩设计提供参考。

3维任意域内点集的Delaunay四面体化研究

Delaunay空球准则广泛应用于3维四面体剖分算法,但标准的Delaunay四面体化只适用于点集的凸包区域,且要求不存在多点共球。为了将Delaunay四面体化更广泛地应用于网络剖分,通过引入局部优化三角形面代替Deluany严格的空球准则,提出了3维任意域内点集Deluanay四面体化(DTETAD)的概念,并首先通过若干关键定理的证明,研究了一个四面体划分是DETEAD的充要条件,然后建立了DTETAD的空球准则。该研究成果为拓展Delaunay算法在更广泛范围的应用提供了理论依据。

均质黏性土中静压沉桩桩土界面孔压增量及有效土压室内试验研究

研究饱和黏性土中静压沉桩引起的桩土界面孔压增量及有效径向应力的变化规律对工程实践具有重要意义。利用自制的大比例模型试验系统,通过双壁开口和闭口管桩,实现了开口和闭口桩桩身表面嵌入式安装微型测试元件,得到了考虑孔压增量的桩土界面有效径向应力的变化规律。研究结果表明:入土深度越大,桩土界面孔压增量及有效径向应力越大,闭口桩桩土界面超孔压大于开口桩;桩身上部桩土界面超孔压和有效径向应力小于桩身下部;同一入土深度,随着桩身h/L的增加,桩土界面土压力存在侧压力“退化”的现象;特定试验条件下,闭口和开口桩桩土界面超孔压与上覆有效土体自重比值最大值分别是61.2%和52.1%,桩土界面有效径向应力是超孔压的3.76~5.46倍。桩土界面超孔压和有效径向应力与桩身h/L位置有关。

云南红河综合交通枢纽膨胀土地基复杂岩土工程设计

西部地区大型交通枢纽项目往往面临复杂的地形地貌及特殊工程地质条件。红河综合交通枢纽是云南省十三五规划四大交通枢纽之一,项目位于我国典型的膨胀土发育地区,涉及复杂的土石方、地基处理、边坡支护等岩土工程设计内容,挖填方处理面积约16万m^(2),土方开挖量111万m^(3),土方回填量35万m^(3);挖方边坡长度约为1055 m,挖方最大高度约17 m;填方边坡长度约为1100 m,最大填方高度约13 m。本文综合考虑了原始地形地貌、功能需求、膨胀土地基处理工艺、周边料源及弃土条件等因素,采用了尽量少填方、适当多挖方的地势设计策略,将场地由全场整平调整为双台地方案,更契合现状地形,减少土方工程量107万m^(3);针对边坡支护高度变化剧烈,与建构筑物关系复杂,工况关系复杂的特点,因地制宜采用了加筋土边坡、重力式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙、锚拉式桩板挡墙等多类型边坡支护组合设计方案,对于外部接口采取了永临结合处理对策,并对膨胀土抗剪强度指标、锚杆锚索与膨胀土粘结力进行了试验研究,实现了膨胀土高边坡的合理设计。上述设计方案与技术成果,保证了工程的顺利实施,取得了显著的社会与经济效益。

基坑工程对邻近地铁隧道影响的分析与对策

上海市闸北区大宁商业中心基坑东侧围护体距离已运行地铁隧道的最小净距仅为5.45 m。本文主要介绍了该工程中为控制隧道变形采取的设计技术措施:盆式开挖配合钢管斜坡撑代替大面积支撑、地铁侧坑内被动区采用水泥土搅拌桩加固和遵循时空效应原理的设计开挖工况等。同时针对本工程设计以变形控制为主的特点,采用了三维连续介质有限元法分析了开挖所引起的环境效应,其中土体采用修正剑桥模型模拟。同时采取了不同计算方案对比分析了采用抽条开挖的有效性,为设计和施工提供了有益的参考。

上海世博500 kV地下变电站超深基坑工程的设计、研究与实践

上海世博500kV地下变电站工程是国内首座全埋式大型变电站,位于上海市中心城区,是世博会的重要配套工程。该工程基坑直径为130m,开挖深度为34m,地基土软弱,给基坑工程的设计与实施带来了一系列技术难题:超深地下连续墙的设计与实施;圆形基坑的土压力与计算分析方法;深开挖对桩基承载性能的影响;超深基坑开挖对周边环境影响及控制。本工程基于全逆作法的总体设计方案,采用了支护结构与主体结构全面结合的先进设计理念及一系列创新性技术,成功实现了超深圆形基坑的设计与实施。上海500 kV地下变电站的成功实践,将为深层地下结构的建造提供经验,为相关理论研究工作的开展提供实例数据。

基坑工程对邻近建筑物附加变形影响的分析

随着软土地区城市建筑密度的增加,基坑工程周围通常存在建筑物,基坑工程的开挖受到更严格的环境制约。在深基坑工程的设计中,必须考虑基坑开挖引起的附加变形满足周边建筑物提出的严格要求,基坑设计的关键从强度控制转变为变形控制。结合上海地区大量基坑工程实践,考虑邻近建筑物条件下基坑开挖的数值模拟分析,总结出适用于基坑围护选型阶段的实用计算分析方法,对方案选型进行指导。分别结合邻近桩基础和浅基础的不同基础形式建筑物的工程实例,对基坑开挖产生的邻近建筑物的附加变形进行计算分析,并与实际工程实施的监测结果相比较,验证了计算分析的必要性和可靠性,为类似基坑工程的设计和施工提供了有益的参考。

软土地区扩底抗拔桩承载特性试验研究

扩底抗拔桩在软土地区的研究与工程应用较少。设计出适合于上海软土地区的扩底形状与机具,并采用现场足尺试验对等截面桩与扩底桩的抗拔承载特性进行了对比研究。试验共分两组,两组试桩的桩长与桩径皆不同。每组试桩由一根等截面桩与二根扩底桩组成。试验表明,扩底抗拔桩的荷载变形曲线相对平缓,表现得更有后劲,极限承载力比等截面桩提高50%以上,扩底效果明显。并对扩底抗拔桩的桩顶和桩端变形随荷载发展规律、桩身变形与回弹规律进行了初步探讨。足尺试验初步验证了上海地区采用小角度扩底抗拔桩的可行性,为认识此类扩底抗拔桩的承载特性并推动其在工程上的应用迈出了第一步。

基于钻孔信息的地层数据模型研究

为了建立城市三维数字地层信息管理系统 ,提出了一种适合工程地质和岩土工程学科特点的地层数据模型———基于钻孔信息的地层数据模型 .该模型采用了面向对象的方法 ,因此其数据结构的类层次关系、模型的构造过程等条理清晰 ,而且能与面向对象的编程语言有机结合 .同时 ,该模型借助于Delaunay三角网来构造二维和三维拓扑关系 ,大大简化了三维形体之间复杂的拓扑关系 ,而且借此可以处理地层数据模型中的断层等突变信息 .利用这一数据模型 。

基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟

上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为 4 m。基坑开挖对该地铁区间隧道影响的分析与计算成为该工程的关键。为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模型充分考虑了设计中隧道周围土体加固、充分利用时空效应开挖土方等重要措施,并采用了能反应应力路径的上海软土卸荷模量。数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响。为优化设计和施工提供了有益的参考。