深基坑双排微型桩-锚-撑组合支护结构受力与变形特性

为深入研究深厚杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护结构随基坑开挖的受力与变形演化规律,首先,依托青岛市某深基坑工程开展双排微型桩-锚-撑原位试验,分析开挖工况下前、后排桩的桩身弯矩分布规律;然后,结合ABAQUS有限元模拟方法,明确微型桩、预应力锚索与钢支撑之间的协同作用及基坑变形规律;最后,揭示微型桩桩径变化、支护结构作用对桩身受力及基坑变形的影响机制。研究结果表明:增加开挖深度引起桩身正弯矩和负弯矩不断增大,极值点位置不断下移,桩身弯矩整体呈正“S”形分布;开挖至基底,前排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面位置,后排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面下方1.0 m范围内;基坑开挖竖向影响范围约为1.35H(H为基坑开挖深度),桩径增加近1倍,土体水平位移仅减少约51%,且随桩径继续增加,其对于限制基坑变形效果不显著;相较于桩锚支护结构,桩-锚-撑支护结构作用下,前、后排桩的最大水平位移分别减小34.9%和27.3%,基坑土体的最大水平位移减小46.0%。

考虑土拱效应的微型桩组合结构合理桩间距研究

目前,微型抗滑桩及微型桩组合抗滑结构的桩间距一般由工程经验确定,极大地影响了其抗滑性能。针对这一问题,将桩间土拱拱轴线视为抛物线,分别以拱顶或拱脚处土体达到极限状态为控制条件给出最大桩间距计算公式,并与模型试验结果对比分析,验证了其合理性。在此基础上,考虑桩间土拱与桩群间土拱的相互作用,建立了微型桩组合抗滑结构合理桩间距简化计算模型,将简化工程实例计算结果与数值模拟结果对比分析,验证了该计算模型的合理性。本文建立的桩间距计算模型可以为微型桩群桩位的布置提供理论依据。

考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形的锚索微型桩群计算模型研究

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析桩-土相互作用。其次,将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座,将其作用力转移至后排桩桩顶,再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处,从而达到对桩顶位移的约束作用。最后,以帕斯捷尔纳克(Pasternak)双参数地基梁法为基础,建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型,并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证该模型的合理性,并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明:嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响;随着锚索束的增加,桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小,可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。

微型木桩的群桩效应研究

木材广泛存在于我国村镇中,其取材加工方便,价格低廉,用作村镇住宅的基础结构,可有效减少村镇住宅的能源消耗,符合绿色建筑理念。本文以微型木桩为研究对象,通过离心机模型试验和有限元数值分析,研究了微型木桩在砂土和粉质黏土土层条件下的群桩承载力和群桩效应系数。结果表明,微型木桩的群桩效应系数η在砂土中大于1,在黏土中小于1,受桩土刚度比的影响较小;桩径减小改变了群桩最优桩间距,砂土中微型木桩η随着桩的距径比Sa/D的增大逐渐增大,在Sa/D=6时出现峰值,常规桩在Sa/D=3时达到最大,微型木桩最优桩间距大于常规桩;黏土中,微型木桩η峰值对应的Sa/D=4小于常规桩η峰值对应的Sa/D=6,微型木桩最优桩间距小于常规桩;微型木桩群桩效应系数随内摩擦角和不排水抗剪强度的增大而减小,随距径比的增大先增加后减小,随桩数的增加而增大。

砼结构抗滑桩微形变监测系统的设计与应用

研究砼结构抗滑桩微形变监测系统,对多通道高压激振、拾振等采集电路模块进行设计,提出了“风光互补”的供电和数据的本地、远端冗余存储的系统可靠性保障方案,在内蒙古某露天铁矿边坡滑坡治理工程中的砼结构抗滑桩健康监测应用表明,本文提出的砼结构抗滑桩微形变监测系统能稳定可靠地对砼结构抗滑桩的应力、形变等进行监测,提高了砼结构抗滑桩监测的实时性和科学性。

杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护体系受力特性原位试验

为深入研究杂填土地层深基坑桩-锚-撑组合支护体系受力特性,依托青岛市某深基坑工程开展微型桩-锚-撑原位试验,分析不同开挖工况下双排微型钢管桩桩身弯矩与预应力锚索轴力的演化规律,揭示该支护体系下前、后排桩的受力性状、预应力锚索应力分布特征,探讨邻近建筑物、基坑暴露时间及钢支撑拆除对该支护体系内力的影响。研究结果表明:1)在基坑开挖过程中,前排桩在受力中起主导作用;当开挖至基底时,桩身最大正、负弯矩极值呈现增大趋势,且极值点不断下移,开挖面以上桩身弯矩均呈正“S”型分布。2)开挖深度增加引起开挖面上、下1.0 m范围内桩身弯矩显著增大,前排桩桩身的反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m、开挖面位置。3)在开挖过程中,锚索轴力沿埋深方向呈现减小趋势,锚固段前端1.5 m之后的轴力基本不变或呈微小波动。4)锚索锚固段应力高度集中在锚固段前端4.0 m以内的区域,约为锚固段长度的44%,锚固段末端基本未产生轴力,可对该段长度进行优化处理。5)邻近建筑物对微型钢管桩桩身受力影响较小;随着基坑暴露时间增加,桩身弯矩呈微小增长趋势;钢支撑拆除后,前排桩的弯矩变化集中在0.38H~0.96H(H为基坑开挖深度)。6)桩-锚-撑组合支护体系能够较好地限制基坑变形,选择合理的支撑预应力是该类基坑设计的关键。

地震作用下微型桩群桩支护黄土滑坡的土-桩动力响应分析

微型桩具有施工快速便捷和扰动小等优点,已在黄土滑坡快速治理中得到了应用。为揭示微型桩群桩支护黄土滑坡动力响应规律,该文基于动态黏弹塑性本构模型(VEP模型),研究微型桩与滑坡地震动力相互作用机制,探讨合理桩间距。结果表明:激振后VEP模型计算结果对地震量级较敏感,模型考虑了土的黏弹塑性,能够合理的反映地震作用下坡体位移规律;地震作用下微型群桩的桩身产生弯剪组合破坏,主要破坏位置位于滑面上下2~4倍桩径处;建议微型群桩的列间距采用5~7倍桩径,排间距采用3~4倍桩径进行布设。研究结果可为地震作用下黄土滑坡防治的数值分析与抗震设计提供依据。

砂土边坡的速凝高聚物微型抗滑桩加固效果研究

针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷,提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路,开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明,在数值模拟中,将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时,应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征;模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合,在一定程度上验证了数值模拟的准确性;在施加了5级水平推力(1 500 N)后,单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%,而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征,加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时,单排桩工况中的桩体断裂,而当水平推力达到2 400 N时,双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。

高速公路软弱路基边坡沉降滑移机理分析及微型桩复合加固

依托中国“一带一路”重点贡献项目格鲁吉亚E60高速公路Ubisa-Shorapani(F3)标段项目,针对公路软弱路基边坡沉降与滑移问题,通过现场实测与数值模拟探究并论证其机理,提出带连系梁式微型桩复合加固措施,并对结构自身参数进行方案优化。结果表明:路基边坡的安全稳定系数随加固区首排桩体距坡顶距离(Lx)逐增且呈现先增大后减小的趋势,在L_(x)=2 m且桩体倾角为15°时安全稳定系数最大,为1.542;不同桩径下的安全稳定系数差异较小,最大差值仅为0.1。基于敏感性分析优化方案,优化处治后的坡脚土体最大水平位移为10.8 mm,相比未处治前约减小88.0 mm,减幅为89.1%;路基左侧地表最大沉降量仅为7.9 mm,相比未处治前约减小12.1 mm,减幅为60.5%;随时间的增长,土体沉降逐渐趋于均匀且稳定。

成层地基微型桩加固浅基础的离心模型试验研究

对比了成层地基微型桩加固浅基础与不加固情况的离心模型试验,分析地基土和基础的变形破坏响应,阐明复杂地层条件下微型桩的加固机理。结果表明微型桩显著减小了浅基础的沉降量。微型桩加固的主要范围在淤泥质粉质黏土层深度4 m上方。微型桩加固下,地基的沉降更为规律均匀,粉质黏土层与淤泥质粉质黏土层的分界层附近位移变化更缓和。微型桩加固下,荷载影响区域深度减小,粉质黏土层影响区域宽度的减小幅度大于淤泥质粉质黏土层。微型桩抑制荷载向下层地层的传导,约束了下层地基的水平位移,提高地基承载力。研究得出的规律为微型桩在现实工程中的应用提供参考。

软破岩质高陡边坡治理方案优化研究

受不良工程地质条件、下部采矿活动及雨雪入渗等影响,曙光金铜矿露天边坡存在较为明显的蠕滑现象,导致多处台阶出现严重变形、开裂、下沉。通过边坡灾害体分析、边坡稳定性计算,并结合矿山实际情况,提出了5种边坡治理方案,分别为:(1)预应力长锚索+钢板方案;(2)喷锚网方案;(3)浆砌石挡墙+素喷方案;(4)预注浆固结方案;(5)微型桩+浆砌石挡墙方案。经多角度方案对比,最终选取了方案(1)与方案(5)相结合的综合治理方案。通过方案实施,取得了良好的边坡治理效果,保障了矿山安全生产,该矿山边坡治理的研究与分析可为类似条件软破岩质高陡边坡治理提供可借鉴的经验和依据。

单排微型桩加固缓倾长大裂隙土边坡的力学机制

预制混凝土微型桩广泛应用于南水北调工程含长大裂隙膨胀土边坡抢险加固工程,研究其加固力学机制,对膨胀土边坡安全防护具有重要意义。在相似模型试验的基础上,建立含裂隙面边坡滑体及微型单排桩模型;以平行裂隙面方向施加推阻力,开展了相似模型试验及数值模拟。结果表明:微型单排桩加固表现出较好的阻滑效果,将坡体系统的抗滑力维持在较高水平,边坡抵抗破坏的韧性增加,边坡稳定性显著提高。边坡抗滑阻力随桩间距增加而减小,单根微型桩的影响范围有限,随着桩间距的增大,土拱效应逐渐减弱,当桩间距为12倍桩直径时,桩之间的相互作用可以忽略,建议桩间距取8倍桩直径;布置在边坡中部的微型桩加固效果较布置在边坡上1/3位置的微型桩加固效果更好。

伊洛瓦底江河道水位及微型木桩对土质边坡变形和稳定的影响

结合饱和-非饱和渗流和固结理论,构建了伊洛瓦底江干流某土质边坡三维渗流分析模型,研究了不同水位降幅和降速工况下边坡稳定性变化规律,评价了微型木桩对边坡的加固效果。结果表明,河道水位降速越快、汛期水位越高时,水位下降过程中坡面附近的渗透坡降越大,安全系数越低。布设微型木桩群,当木桩群高度为2、4、6 m时,其边坡稳定安全系数相较无加固情况分别提高了4.50%、9.00%、39.60%,说明微型木桩群的加固效果较好,具有一定推广价值。

微型排桩支护结构在隧道明洞段的应用

为探索微型排桩在高陡边坡明洞段支护结构中的适应性,基于二维杆系荷载-结构模型,提出三排桩支护结构设计计算方法;结合工程案例拟定多种钢管排桩+锚索支护方案,对排桩支护结构的内力及变形特征、不同方案的适应性、钢管桩直径的影响等进行深入研究。结果表明:1)排桩支护中,前排桩、中排桩、后排桩具有几乎相同的内力和变形特征,但前排桩的变形和内力值略大于其他2排桩,前排桩坑底位置是整个支护结构中最不利部位;2)采用增设锚索、预留压脚岩体等方式降低相邻支撑间的竖向间距,可以有效降低支护结构位移和内力,从而使支护结构变形满足相关规范要求;3)随着桩径的增大,钢管桩刚度增大,支护结构水平位移呈指数形式降低;4)增加三排桩直径和仅增加前排桩直径均可以有效降低支护结构变形。支护结构设计中,可以根据开挖高度、施工机械、地形地貌等,选择合适的支撑方式和钢管桩直径,从而实现支护结构快速、机械化施工。

微型桩在某渡槽槽墩保护中的运用

随着中国经济的快速发展,基础设施大量建设,交叉建筑物越来越多,相互之间需要保护的情况也会经常出现。某渡槽因水闸的改扩建导致槽墩外露而需要保护,在选择保护方案时,从平面外轮廓和结构方案方面进行了综合比选,拟定了正方形、菱形及眼睛形等3种平面外轮廓,利用水工模型进行试验研究,选择了水流流态较好的眼睛形平面外轮廓;从场地施工条件等角度出发,对结构方案进行了综合比选,最终得出微型桩方案具有可实施性。该渡槽槽墩保护方案的成功实施,既保证了水闸的正常施工,又保障了渡槽的安全运行,作用巨大,效果良好,可供类似工程借鉴与参考。

一种基于QFD/TRIZ的高压铁塔微桩成型装备设计

高压输电线路铁塔常位于地形条件苛刻、地质条件复杂、气象状况多变的地区,这使得大型钻孔设备难以到达施工现场,基坑开挖大多只能采用人工挖掘,但人工挖掘难以挖出变直径桩孔。为了减轻人工强度和施工风险并提高施工效率,提出了一种成孔设备设计方案。首先,分析了对当前桩孔钻进施工的现状以及其中存在的问题与用户需求;然后,通过质量功能展开方法从得到的用户需求中发掘出产品设计要求;最后利用发明问题解决理论求解设计要求的冲突,得到组合式变径成孔设备方案。该方案将实现成孔设备的可便捷拆卸装配以及连续变径成孔等功能,可有效地提高变径桩成孔施工的效率和安全性,相对于人工桩孔挖掘具有明显优势。

应用微芯桩传感器的拉裂型边坡危岩体临崩倾斜变形特征现场实测研究

边坡危岩体崩塌的监测预报一直是地质灾害防灾研究的重点和薄弱环节。基于微电子机械系统(micro-electromechanical system,简称MEMS)技术构建了危岩体微小倾斜角度与强振加速度的“采集-计算-传输”机制,研制了微芯桩传感器,实现了危岩体的低功耗长期监测。通过拉裂型危岩体崩塌现场实测分析,发现了拉裂型危岩体具有倾斜变形加速并伴随强振动频次、幅值增加的崩塌前兆。探明了临崩加速倾斜阶段累计倾斜变形量与倾斜变形速率之间具有显著指数关系,且倾斜速率倒数与距离崩塌时长具有线性相关性,进而建立了“倾斜速率倒数法”崩塌时间预测模型,形成了基于MEMS倾斜角度传感数据特征的预测模型实时应用算法流程。研究成果可对崩塌灾害的监测预警产生积极的促进作用。

微芯桩监测技术在黄河丁坝根石走失预警中的应用

黄河下游丁坝根石走失问题频发,传统监测方法成效有限。为提高根石走失预警的准确性和科学性,创新性地将微芯桩监测设备应用在黄河神堤控导工程13#、14#、15#、20#坝,监测根石走失情况以及坝体倾斜角度、振动冲击合加速度等变化情况。微芯桩监测系统利用物联网一体化感知技术,通过感知终端实现对水下根石运行状态的24 h全天候监测。应用情况表明,丁坝基础石料在水流或者外力作用下产生滑移,使丁坝发生轻微的位移、倾斜或振动时,微芯桩能灵敏地捕捉到这些指标信息,监测精度较高。

西藏自治区超高海拔牧区光伏支架桩基础的施工质量控制研究

西藏自治区超高海拔牧区的气候环境、地质条件、环保要求等与内地的不同,因此在此类地区建设光伏电站时,光伏支架桩基础施工时需要考虑的因素,以及设备、材料等的选择也存在很大差异。以西藏山南曲松罗布沙850 MW牧光互补光伏发电项目中光伏支架桩基础的施工为例,对西藏自治区超高海拔牧区光伏支架桩基础的施工质量控制开展研究。首先结合项目所在地的地质条件和环保要求,选择出最合适的桩基础类型;其次对光伏场区内3种施工设备的施工效率、经济性、稳定性、环保性进行了比较;最后通过严格落实施工工艺及采用钢丝绳定位的方式确保了桩基础的施工质量。研究结果表明:此类地区的光伏支架桩基础采用“以螺旋钢桩基础为主、微孔灌注桩基础为辅”的方案,能同时满足环境保护、施工效率和力学性能的要求;为确保施工进度,施工设备可选择240型普通挖改钻机;介绍的螺旋钢桩基础和微孔灌注桩基础的施工工艺及施工质量控制措施效率高、效果明显,能确保桩基础施工后的力学性能满足设计要求。研究结果为其他同类型光伏发电项目桩基础的施工提供了可借鉴的经验。

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。