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。

弱胶结砂岩地基承载力深度修正系数k2试验研究

为探究弱胶结砂岩深度修正合理性及修正系数取值,依托南京龙潭长江大桥北锚碇大型块体基础,对25 m埋深的弱胶结砂岩持力层分别开展基岩深层和浅层平板载荷试验,得到持力层深度修正前后的地基承载力特征值,研究深度修正规律,研究结论:修正浅层载荷试验地基承载力的修正系数k2t取3.3、修正规范法地基承载力的修正系数k2c取8.0,保守考虑时可不区分未修正的承载力特征值获得途径,k2统一取3.3;深度修正后地基承载力有较大提升,说明本工程中对弱胶结砂岩承载力进行深度修正是很有必要的;对比现有规范中土质地基k2的取值规律,弱胶结砂岩的k_(2t)和k_(2c)取值较为保守,该值可为类似地质条件下的工程提供参考。

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。

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。

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.

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.

考虑滞后性的土-水特征曲线物理-统计模型研究

非饱和土的持水和渗透特性具有明显的滞后现象,即非饱和土的水力特性在脱湿过程与其在浸润过程会表现出明显的差异性。现有土-水特征曲线(SWCC)滞后模型多为经验模型,其结果在很大程度上依赖模型参数的选取。换言之,这些经验模型多为数学模型,模型参数缺失相应的实际物理意义。采用矩阵形式模拟修正毛细物理模型,通过数理统计的手段计算脱湿和浸润过程,土体中不同尺寸孔隙的水分含量,并累加各孔隙汇总的水分含量得到不同吸力状态土体的含水率。在计算浸润过程孔隙中水分含量时,深入分析留截空气、“墨水瓶”效应和“雨滴”效应对滞后现象的影响,并提出相应的计算公式。选取国内外SWCC脱湿与浸润的试验数据,和本文模型结果作对比。对比结果显示,物理-统计模型计算结果与试验数据吻合度较高,可作为预测SWCC滞后曲线行之有效的一种方法。

圆环形构件混合配筋计算半解析解

为揭示圆环形构件配制的混合钢筋的受力机理,区分沿圆环布置的混合钢筋受力形态与矩形的区别,推演出其正截面受压、受弯承载力计算式。通过分析预应力筋在加工阶段预拉力和预应力筋、普通钢筋工作阶段外力作用下,所引起的应变、应力变化规律,并根据受力特点,以受压、受拉为截面界限线划分不同区域,对各区域分别计算受拉、受压合力以及合力矩,建立平衡方程,从而推演出预应力筋沿圆环形截面分布的受压、受弯承载力计算式。分析过程包括从圆心的零应力到界限破坏时混凝土、预应力筋的极限应力值整个过程,并针对其中局部线性分布的应力图形,采用积分方法进行计算。结果表明,推演的计算式与规范提供的圆环形构件配筋计算式一致,计算式适用于所有圆环形构件混合配筋计算,同时计算式及规范中计算式均为近似简化结果,非精确解。

根式基础竖向承载性能的试验研究

介绍了一种新型变截面基础形式——根式基础。分析了根式基础的受力机理,探讨了根键的挤土效应及抗弯特性对提高基础承载力的作用。采用自平衡法测试了工程用和试验用两个根式基础的承载性能,研究了轴力、侧阻力和根键弯矩的分布规律,比较了压入根键前后承载性能的改变。试验条件下,根式基础较同直径沉井基础承载力可提高85%～115%,沉降减少40%～70%,侧阻比例提高35%～45%。

某海洋平台钢管桩可打性分析

结合实际工程 ,分析了开口钢管桩的闭塞效应、沉桩阻力、群桩相互作用问题 ,提出了锤型选择、施工流水等建议 ,使施工得以顺利进行。

水平循环荷载作用下FRPC桩侧砂土抗力试验研究

FRPC桩是将FRP材料与传统材料结合形成的一种新型组合桩,具有良好的抗物理化学侵蚀、轻质高强等优点。为了研究水平循环荷载作用下FRPC桩与砂土的动力相互作用,设计水平双向循环加载装置,对干砂中的FRPC模型桩施加静载和水平循环荷载,分析FRPC桩侧砂土产生的水平动力抗随着荷载大小、加载方式、循环荷载的频率、次数和埋深的变化规律。试验结果表明:循环荷载幅值较小时,土抗力的幅值随着循环次数的变化在FRPC桩的上端所受的影响较大,且循环次数200次到700次之间的影响较大;循环荷载幅值较小时,桩周最大被动土抗力和桩周最大主动土抗力均随着循环次数的增多而减小;FRPC桩侧土抗力随着频率的增大而增大,循环荷载加载产生的桩周土抗力比静载作用时要高,埋深影响着FRPC桩沿桩身的分布规律。

长江大桥基础的应用与发展

针对现有的132座长江干流大桥从桥型、跨度及基础形式进行统计分析,对每种基础形式选取代表工程进行说明,并预测了长江大桥的未来发展趋势。统计分析结果表明:斜拉桥及悬索桥是长江大桥的主要桥型;长江大桥跨度多集中在400~600 m;长江大桥主墩基础目前有6种形式:桩基础、沉井基础、管柱基础、沉井+管柱复合基础、沉井+桩复合基础及扩大基础,其中桩基础为最常用的基础形式;悬索桥锚碇基础目前有3种形式:隧道锚碇、开挖重力锚碇及沉井重力锚碇,其中开挖重力锚运用最多。随着桥梁荷载的持续加大,单纯依靠增大基础不经济,可采用后压浆技术提高土体性质,进而提高基础承载力;由于深水基础恶劣的服役环境,耐久性更好的新型材料是未来的发展趋势。

桩承载力自平衡测试法

介绍了可以直接测得桩端阻力与桩侧阻力的静载荷试验新方法———自平衡法 ,该法具有装置简单、省钱、省时、省力、安全等优点。简介了该法的装置、操作方法及适用桩型 ,阐述了该法具有的特点 ,对若干问题进行了探讨 ,最后介绍了工程应用。

厚覆盖土层地区根式基础应用与试验研究

针对厚覆盖土层地区地基承载力低的难题,提出了一种新型基础形式——根式基础。为了研究根键的加固效果及根式基础的适应性,以马鞍山长江大桥为背景,开展了根式基础的竖向承载力试验研究。试验采用自平衡测试法。研究内容包括普通沉井基础与根式基础的竖向承载能力与承载变形特性,两种基础形式在不同持力层条件下的承载特性及适应性等。试验结果表明:根键带动周围土体共同发挥作用能显著提高基础的竖向承载能力。根式基础在以砂土层和卵石层作为持力层时,竖向极限承载力分别提高了约100%和63%;根式基础在厚覆盖土层中具有很好的适应性,在加载初期便表现出提高基础竖向承载能力的效果,且随着加载值的增加其提高效果更加明显。在厚覆盖土层地区可以考虑用根式基础替代传统沉井基础或摩擦型桩基础,在大跨径桥梁建设中进行推广应用。

桩端后压浆技术在特大桥梁桩基中的试验与研究

介绍了桩端后压浆技术在特大吨位桥梁（苏通长江大桥、东海大桥、杭州湾跨海大桥、上海崇明越江通道）桩基中的应用情况．共21根对比试验桩，压浆桩的最大桩径为2．5～3．2m，最大桩长为125m，压浆后极限承载力高达上万吨．基于试桩的测试结果，对桩压浆前、后的承载力、位移变化情况以及承载特性作了分析．尽管后注浆工艺中压浆管的型式、压力、水泥浆用量、压浆持续时间等各不相同，桩尖处土层情况也不相同，但压浆后都不同程度地提高了桩基的极限承载力，但极限承载力的提高幅度有所不同．基于试验统计分析结果，给出了符合规定压浆条件的压浆后桩承载力的计算公式．研究成果可直接应用于大桥基础设计中．

南京长江四桥北锚碇沉井首次降排水下沉研究

南京长江四桥北锚碇沉井是目前世界上最大的矩形沉井,长69m,宽58m,高52.8m,其首次降排水下沉需要处理下沉精度、结构安全和附近长江大堤沉降等问题。通过现场开挖控制、应力监控和大堤沉降观测表明,在不同下沉阶段采用不同的开挖策略是能够保证沉井下沉精度的;在沉井下沉前期,开挖方案对结构安全起控制性作用,后期则由于土体对沉井侧壁约束作用的加强,下沉深度越大结构越安全;长江大堤的沉降主要由承压含水层的压缩引起,并且产生的沉降量较小,没有出现安全问题;南京长江四桥北锚碇的首次降排水下沉是非常成功的。

桩承载力自平衡测试法的理论研究

采用有限元法对桩承载力自平衡测试方法进行了理论探讨 ,重点研究测试时上下段桩的相互影响 ,桩顶受压、桩顶受拔、桩底托桩三种受载方式下上段桩摩阻力的大小关系 ,并结合工程探索该法Q -s曲线向传统Q -s曲线的转换公式。

根式沉井基础群井效率系数现场水平试验研究

根式沉井基础是一种根据仿生学原理提出的新型基础,制作时先在沉井井壁预留顶推孔,待沉井下沉至设计标高后,通过千斤顶将预制根键顶推入土,挤密周围土体,最后通过混凝土封壁保证根键和沉井固接。该基础适用于承受较大竖向、水平荷载且需要巨大抗拔力的构筑物。本文结合锚锭根式沉井基础课题,采用慢速维持荷载法进行了三次现场水平静载试验,测试了带承台群井体系的水平承载力及变位情况,研究分析了根式沉井基础群井效率系数。试验结果表明,群井效率系数保守值约为1.35,承台约束效率系数约为1.49,两者均随沉井数量和基础顶部水平位移的增大而增加。

越南大翁桥桩基承载性能试验研究

越南某开发区大瓮桥、芹玉桥4根试桩均为钻孔灌注桩(其中两根试桩采用了桩端后压浆技术),用自平衡法进行了静载试验。简要介绍了测试方法的基本原理和桩端后压浆技术,并对试验数据进行了分析。试验结果表明,越南规范高估了桩端承载力,桩端后压浆可以大幅度提高承载力。

海上风电机高桩基础关键参数试验研究

针对东海大桥近海风电场钢管桩高桩基础的相关工程参数开展了试验研究。通过水平静载荷现场试验测得了海上钢管直桩及斜桩的水平承载力,并采用自平衡测试法测得了桩基的竖向承载力。对波流力作用下连接及未连接平台的钢管桩进行了测试,获得了加速度时程曲线以及钢管桩固有频率。试验结果分析显示,正斜桩的水平承载性能优于直桩和反斜桩;钢管桩未连接平台时,在波流作用下的位移明显大于连接平台后;钢管桩的实测固有频率在1.05～1.3 Hz之间,斜桩的固有频率略高于直桩。试验结果已直接应用于该工程高桩基础设计中。