后顶扩臂压浆桩竖向承载机理及其桩盘力学性能研究

为了有效提高桩基础承载力,创新性提出后顶扩臂压浆技术与后顶扩臂压浆桩基础形式。其桩臂顶扩压浆后形成的桩盘力学以及承载特性直接影响基础承载力。为此,在砂土中开展后顶扩臂压浆桩模型试验以及桩盘力学性能试验,通过分析荷载位移变化规律、荷载分担比、桩盘破坏模式等,探究后顶扩臂压浆桩竖向承载特性以及桩盘的力学性能,揭示桩盘承载机理以及后顶扩臂压浆桩承载力提升机制。试验结果表明:通过后顶扩臂压浆技术,不仅提高桩土接触面积同时提升桩周土体强度,压浆效果呈圆柱型,桩臂包裹效果较好。以压浆量250mL为例,单盘后顶扩臂压浆桩承载力是普通桩的5.0倍左右,是其他桩型的2.0~3.0倍,承载力提升效果显著。单桩盘分担荷载占总荷载的80%~90%,且盘径比越大、桩盘个数越多,桩盘分担荷载越高。桩盘承载力与压浆量成线性关系,压浆量越高桩盘承载力越大。根据试验结果,建立了桩盘力学模型以及后顶扩臂压浆桩竖向承载力简化计算模型,提出桩盘承载力计算方法以及后顶扩臂压浆桩承载力计算方法。并与试验结果进行对比验证,以期可为后顶扩臂压浆桩承载力计算提供参考。

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d和28 d无侧限抗压强度的影响。结果表明:对于高岭土,抗分散剂掺量从0.25‰增大到1‰,水泥土流动度减小20%,浊度减小25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从1.4倍液限增大到2.0倍液限,水泥土流动度增大45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。

瑞利波作用下考虑竖向荷载影响的单桩在饱和软土中的水平动力分析

桩在竖向荷载和瑞利波共同作用下产生水平振动,竖向荷载会因二阶效应导致水平位移增大。为研究桩在饱和软土地基中的水平动力响应,建立瑞利波作用下单桩动力响应的计算模型。基于Biot理论计算均匀自由场中饱和软土地基的水平动力响应。利用边界条件求得土体阻力封闭解。基于Timoshenko梁理论建立桩基动力微分方程,得到桩的水平位移、弯矩和转角的解析解。通过数值算例验证模型正确性,分析竖向荷载、无量纲频率对桩水平振动的影响。研究发现竖向荷载和桩长对水平振动影响较大。

考虑膜态水渗流的非饱和土渗透系数计算方法研究

当前采用土-水特征曲线计算非饱和土渗透系数的方法主要分为经验模型和统计模型两大类。经验模型的计算结果取决于模型中的经验系数,统计模型基于毛细模型采用统计学相关理论推导得出,因此统计模型计算结果相对可靠。研究发现,统计模型主要研究毛细水迁移规律,并未考虑土体中的结合水。因物理化学作用,部分土颗粒表面会吸附水膜,该水膜可作为液态水分的传输媒介。水膜厚度主要取决于土颗粒表面与土中水的相互作用,水膜厚度决定了土颗粒表面膜态水的迁移速率。首先计算单个颗粒表层吸附水膜的厚度、膜态水迁移速率;其次考虑土体中不同粒径颗粒的随机接触,利用级配曲线计算不同粒径颗粒的连接概率;最终依据单颗粒膜态水的迁移速率并结合颗粒间的随机接触概率,提出非饱和土膜态水的渗透系数预测模型。为验证模型的可靠性,选取其他文献中的试验数据对比模型预测结果,对比结果表明本文预测结果与文献试验结果吻合度较好,比传统统计模型表现出一定的优越性。

黏弹性非饱和土中劲性复合桩纵向动力响应分析

劲性复合桩作为一种新型桩基,其动力响应分析具有重要的实际意义。基于弹性动力学理论和三相多孔介质模型,考虑劲性复合桩的特殊结构和非饱和土体骨架的非流动黏性特征,利用理论推导和参数分析,分析了分数阶黏弹性非饱和地基中劲性复合桩的纵向振动特性。首先,通过力学平衡推导,建立了劲性复合桩的纵向振动方程,并利用已有的非饱和土体运动控制方程描述桩周土体的动力响应,其中采用分数阶标准线性固体(fractional standard linear solid,简称FSLS)模型表征土体骨架的非流动(频率相关)黏性;然后,经过严格的理论推导,得到了劲性复合桩的桩顶动阻抗解析解答;最后,通过计算案例和参数敏感性分析,讨论了桩和土体参数对劲性复合桩的桩顶动阻抗的影响规律。结果表明:水泥土桩的横截面占比以及桩长的增大均会提高桩顶动阻抗;分数阶数和应变松弛时间的增大以及应力松弛时间的减小均有助于提高桩顶动阻抗;增大土体饱和度或减小土体固有渗透系数亦将提升桩顶动阻抗。

临江富水地区深基坑旋喷桩加固效果研究

本文以陇南市东江初级中学综合教学实验楼基坑支护工程为背景,运用PLAXIS对该基坑进行了开挖全过程的数值模拟分析,结合现场实测结果分析了深基坑旋喷桩的加固效果,并与未采用旋喷桩加固的情况进行了对比分析。结果表明:对于长江支流的白龙江II级阶地力学性质差的饱和土地区,采用旋喷桩加固桩间土及坑内土体能够很好地提高桩周土体强度、限制桩顶位移、减小坑外沉降,可使支护桩桩顶水平及竖向位移减小50%,桩身内力减小10%;增加旋喷桩加固长度对限制支护结构变形效果不大,但增加宽度效果明显,可使支护桩桩顶水平位移减小50%以上,但同时存在最优加固宽度;采用旋喷桩的深基坑加固措施安全可靠、经济合理,对该类地区的类似深基坑工程具有参考及借鉴作用。

FRP筋与水泥浆界面粘结滑移特性数值模拟研究

基于试验和数值模拟方法研究FRP筋与水泥浆的粘结特性与不同因素对其粘结行为的影响.以有限元软件中的Cohesive单元模拟FRP筋与水泥浆之间的界面粘结滑移,以混凝土塑性损伤模型模拟水泥浆体的损伤与破坏行为.按试验工况及加载条件建立FRP筋-水泥浆界面粘结滑移模型.通过控制变量法研究了FRP筋类型、直径、长度等因素对界面粘结行为、粘结应力分布和破坏机制的影响。结果表明:不同纤维材料的粘结性能差异较大;增大粘结长度、筋材直径能够提高极限承载力;在加载过程中,FRP筋体轴力主要分布在加载端,随着荷载增加,靠近加载端的筋体轴力增幅大于粘结段末端;拉拔荷载达到峰值时,界面粘结单元开始破坏、界面粘结单元发生损伤,粘结强度不断下降;随着粘结-滑移曲线进入下降段,界面粘结作用逐渐失效,构件完全破坏.

软黏土大直径单桩水平循环加载离心机模型试验

为研究软黏土中大直径单桩水平循环受荷响应,开展了不同循环加载形式(单向和双向)下软黏土中大直径单桩离心模型试验,对比分析了大直径单桩变形特性、刚度弱化、桩身弯矩、循环p-y曲线以及桩周孔隙水压力变化规律。试验结果表明:单桩荷载-位移曲线表现出明显的非线性滞回耗能与位移累积特性,相比单向循环,双向循环引起桩顶产生较大的累积位移,累积位移与循环次数和加载幅值有关;桩顶累积位移由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成,塑性变形与循环次数和加载应力水平有关;双向循环荷载造成桩顶刚度弱化明显,引起桩身产生更大的弯曲效应;桩周孔压累积与循环次数和加载幅值有关,双向循环下桩周孔压累积更为显著。

水泥土大直径单桩水平承载性能试验研究

为研究水泥土中大直径单桩的水平承载性能,开展了水泥土中大直径单桩水平承载性能离心机试验,分析了加固前后桩基水平承载力、弯矩和水平土抗力-水平位移(p-y)曲线的变化规律.基于黏土典型p-y曲线,考虑土体径向非均质性和桩径效应,修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出了一种适用于水泥土加固桩水平承载力的计算模型.结果表明,相比未加固桩,加固桩的水平承载力明显提升,单桩初始刚度和极限承载力分别增加2.61倍和6.29倍.加固桩和未加固桩的桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,但加固桩的最大弯矩位于泥面附近.水泥土加固可以提高桩身p-y曲线的初始刚度和极限土抗力,进而提高桩基水平承载力.计算值与实测值吻合较好,从而验证了所提计算模型的合理性.

波流作用下单桩冲刷的水泥土防护技术研究及应用

桩基础在服役期间遭受波流联合作用会发生冲刷现象,通常需要进行防护防止冲刷加剧。水泥加固土是一种新型的冲刷防护方法,首先通过大量的冲刷起动试验探讨了不同水泥掺入比、养护时间等条件下的水泥加固土的抗冲刷性能。随后开展了一系列水泥土防护单桩的冲刷水槽试验,得到了波流共同作用下不同防护范围的桩周局部冲刷深度的时程发展曲线,并通过试验前后的冲刷坑对比分析了不同防护厚度水泥土的防冲刷性能,最后提出了冲刷防护效率参数,更直观地评价了不同防护范围水泥加固土的冲刷防护性能。

劲性复合桩承载性能现场试验研究

劲性复合桩是一种在水泥土桩中植入混凝土管桩的新型桩基础形式,是实现绿色低碳建造的重要技术手段。为研究劲性复合桩在近海地基土层中的承载性能,基于南通市洋吕铁路项目场地开展了劲性复合桩及其对应管桩的竖向和水平静载试验,通过对比劲性复合桩和PHC管桩的现场试验结果,探讨了劲性复合桩的加固机理及变形规律。试验结果表明:劲性复合桩极限承载力提高显著,竖向承载力较PHC管桩提高了48%,其中桩侧阻力最高增幅达58%,桩端阻力仅占比3.75%,属于摩擦型桩;水平承载力提高了50%,桩顶转角稳定;在变形上,劲性复合桩桩头刚度提升明显,且回弹率高\,卸载后残余变形小;此外无论是竖向受荷时的桩侧阻力峰值点还是水平受荷时的桩身弯矩峰值点,劲性复合桩较管桩均呈明显上移,充分发挥了浅层土体的承载性能,在未来工程设计中可采用此桩基形式进一步优化桩长。

黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能试验研究

为了研究黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能,开展了一系列室内模型试验,分析了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础在不同角度和不同加载位置的极限承载力及荷载-位移变化规律.通过ABAQUS建立了吸力式沉箱基础的斜向受荷三维数值模型,分别采用长径比为3和6的模型探究了加载位置对基础极限承载力的影响,进而确定了沉箱基础最优系泊点的位置,并基于极限包络线方法提出了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础极限承载力的计算方法.结果表明:当荷载方向与水平向的夹角小于30°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较大;当荷载方向与水平向的夹角大于45°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较小.在基础承载力受加载位置影响较大的斜向荷载角度范围内,随着荷载角度增加,其对应的最优系泊点位置有所上移.

激振荷载作用下桩基础动力响应的现场试验分析

为了研究水平和竖向激振动力荷载作用下单桩和群桩的承载特性,设计了水平和竖向激振荷载下单桩、两桩、三桩和四桩在多层土中的动力试验方案。对现场试验数据采集得到了单桩、两桩、三桩和四桩的桩头位移,分析了桩头位移随着激振频率和桩数的变化规律。基于试验结果,给出了单桩、两桩、三桩和四桩的水平和竖向刚度,分析了桩头刚度随着桩数和激振频率的变化规律。并采用刚度得到了群桩动力效率系数,分析了动力效率系数随着群桩桩数和振动频率的变化规律。试验结果给出了位移、桩头刚度和群桩相互作用系数的变化规律,为简化理论计算方法和验证计算模型提供了宝贵的数据。

水平荷载作用下饱和土与单桩的相互作用动力响应分析

为了研究饱和土的特性对桩的水平动力刚度的影响,建立了饱和土与桩的相互作用计算模型。首先,基于饱和多孔介质的Biot理论,考虑土体的竖向位移和竖向应变的存在,使用Helmholtz分解定律引入势函数,得到饱和土的位移和应力的解析解。其次,利用饱和土与桩的相互作用关系,建立桩-饱和土耦合的振动微分方程,进而得到桩的阻抗和阻尼的解析解。通过数值算例,与现有计算模型进行比较,验证了本文计算模型的结果;并通过参数分析,研究了饱和土的孔隙率、压缩系数和液体体积模量对桩头的动力阻抗及其对应的阻尼的影响。研究发现饱和土的孔隙率、压缩系数和液体体积模量对桩头的动力刚度及其对应的阻尼影响较大。

黏性土中分布式桩侧后压浆桩水平承载机制试验研究

通过在黏性土中开展未压浆桩、环向点式后压浆桩、分布式后压浆桩的水平静载模型试验对比研究,探究分布式后压浆对黏性土中桩基水平承载性状的影响,基于开挖试验分析浆液在黏性土中的扩散情况,揭示分布式后压浆水平受荷桩-土相互作用机制。结果表明,桩侧后压浆可大幅度提升黏性土中桩基水平承载力,且分布式后压浆对提高黏性土中桩基水平承载能力优于环向点式后压浆;在相同荷载条件下分布式后压浆桩的桩侧土水平抗力系数的比例系数m值大于环向点式后压浆桩,且均大于规范推荐的未压浆桩m值的取值范围,并给出了软塑状黏土中桩侧后压浆钢管桩m值的推荐取值范围为3.1~3.7MN/m^(4);与环向点式后压浆相比,分布式后压浆可以更有效地增强上部桩周土体强度,改善桩身荷载传递规律及弯矩分布特征,且对控制桩身侧向位移与提高桩侧土抗力更为显著。此外,通过开挖试验与水平承载机制分析得出浆液在黏性土中主要以劈裂方式扩散,而分布式后压浆桩注入的浆液沿着桩身更为均匀地覆盖外侧表面,使其形成了更为稳定的桩-土相互作用体系,进而提高了桩基水平承载能力。

海上风电基础流态固化土抗冲刷特性试验研究

由于海上风电基础冲刷保护方式不足,且固化土抗冲刷特性评估指标较少,提出流态固化土保护方法,并通过侵蚀系数与起动切应力的关系研究固化土抗冲刷特性.进行固化土起动试验和冲刷率试验,研究不同制备条件下固化土的抗冲刷特性,并通过起动切应力和冲刷率参数反演,拟合起动切应力和侵蚀系数的关系.结果表明:随固化土养护时长、水泥质量分数增大,固化土起动切应力增大;同一切应力条件下,冲刷率随养护时长增长而减小,随水泥质量分数增大而减小;当水流切应力为8 Pa时,养护时长72 h、水泥质量分数20%的固化土冲刷率为4.12×10^(-5) m/s,推荐此为最佳制备配合比.同样侵蚀系数下,固化土起动切应力远大于黏土,具有较好的抗冲刷特性.

基于静力触探的黏土中桩基p-y曲线研究

将华能灌云海上风电场试桩试验实测数据与4种基于CPT测试的黏土p-y曲线方法的理论计算结果进行对比。对比显示:传统的p-y曲线因其原始试验的局限性会显著低估桩侧土体的极限土反力,使桩基设计偏于保守;而双曲线型的p-y曲线虽然高估桩侧土反力,但是对桩侧土体初始刚度预测较准。根据以上对比分析结果,采用Matlab回归函数进行模型集成,将传统型p-y曲线模型与双曲线型p-y曲线模型结合,提出一种基于CPT测试的适用于黏土的复合p-y曲线模型。最后通过与已有工程实例实测数据进行对比,验证了新提出方法的可靠性。该方法可为黏土中水平受荷桩基计算提供新途径。

碎石土地基中矩形桩水平承载特性及m值分析

为探究碎石土地基中桩身抗弯刚度对桩基水平承载特性及地基水平抗力系数的比例系数m值的影响,以桩身等截面积为基准,展开不同抗弯刚度矩形桩水平荷载作用下承载特性研究,并采用m法对其进行计算分析.试验结果表明:桩身位移衰减特征表现为刚性桩时,荷载传递深度是受载边长的8.3倍,表现为柔性桩时,荷载传递深度是受载边长的1.5倍;碎石土地基的m值可在32.9~58.7 MN/m^(4)范围内取值.桩身位移及弯矩的衰减规律表明,桩身抗弯刚度影响桩土荷载传递机理,刚性桩的荷载传递深度较柔性桩大,空间受力更为显著;通过m法计算得到的位移与实测位移吻合,表明m法可作为矩形桩位移计算的预测方法.

桩端沉渣对后压浆钻孔灌注桩侧阻力影响的现场试验研究

现有的钻孔灌注桩设计方法未考虑施工效应和桩端沉渣对侧阻力的影响。依托黄河下游地区某铁路桥梁工程的2根大直径组合压浆灌注桩自平衡静载试验,研究了组合压浆前后施工效应和桩端沉渣对大直径钻孔灌注桩侧阻力弱化效应的影响。现场试验结果表明:施工效应和桩端沉渣会造成大直径钻孔灌注桩侧阻力弱化,桩端沉渣越厚则侧阻力弱化效应越严重,而组合压浆可以减弱这类侧阻力弱化效应并提升侧阻力的调动速度,改善大直径桩的端阻力和承载力。研究成果为合理修正传统桩基承载力计算方法,优化桩基设计和提升桩基承载力提供一定参考。

声波透射法及自平衡法在超高层嵌岩灌注试桩中的应用分析

基桩承载力的确定会直接影响建筑的整体性安全,如何确定钻孔灌注桩的承载力是一个复杂的问题。基于中海成都超塔(488.9 m)在建项目试桩工程,首先采用无损检测技术声波透射法进行了试桩完整性检测;然后利用自平衡检测法进行了单桩竖向承载力测试。测试结果表明:桩身混凝土质量均匀,完整性良好,3根试桩均为Ⅰ类桩;3根试桩的极限承载力试验推荐值均不小于29394 kN,由等效转换曲线可知,在极限荷载30000 kN条件下,桩顶沉降值最大为20.27 mm,满足设计要求。研究成果可为同类地区的桩基承载力检测提供参考。