模块化建筑刚性桩复合地基共同作用试验分析

本文依据某模块化示范楼,制作了简化后的1∶10的模块化建筑刚性桩复合地基的室外缩尺模型,考虑了上部模块结构与地基基础共同作用。通过模型试验分析了上部模块刚度变化对上部模块钢柱、筏板基础和刚性桩复合地基各受力体的影响。结果表明:模块化建筑中部柱轴力>边部柱轴力>角部柱轴力;随上部模块刚度的增加,中部柱轴力逐渐减小,边部柱和角部柱轴力逐渐增大;筏板基础中部沉降最大,边部沉降最小,整体沉降随上部模块楼层的增加逐渐增大;角部桩身轴力>边部桩身轴力>中部桩身轴力,桩身轴力沿着桩深度方向先增大后减小;桩身上部一定范围内产生负摩阻力。分析结果能够为模块化建筑单元构件设计及刚性桩复合地基基础优化设计提供参考。

不均匀地层中刚性桩复合地基变形及加固措施分析

刚性桩复合地基凭借其工后沉降小、施工周期短、整体稳定性强、社会经济效益高等优势,逐渐得到广泛应用,但也伴随着一些工程问题,如在不均匀地层下刚性桩复合地基路堤容易出现稳定性问题。本文针对不均匀地层下刚性桩复合地基典型工程案例展开研究,采用有限元软件建立三维模型,揭示改进方案前后不均匀地层下刚性桩复合地基的变形规律,研究3种加固方式对于刚性桩复合地基稳定性的增强效果。结果表明:不均匀地层下刚性桩复合地基会产生偏应力进而引起路堤差异沉降,结构稳定性较差,改进方案可以有效降低路堤沉降,提高结构整体稳定性,横梁加固可以有效提高刚性桩复合地基的水平稳定性。

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。

刚性桩复合地基的载荷试验问题

《建筑与市政地基基础通用规范》(GB 55003—2021)对刚性桩复合地基承载力验收的条文是:复合地基承载力的验收检验应采用复合地基静载荷试验,对有粘结强度的复合地基增强体尚应进行单桩静载荷试验。在实际工程中,可能会遇到这样的情况:(1)复合地基静载荷试验合格,单桩静载荷试验不合格,复合地基承载力真的不合格吗?(2)复合地基和单桩静载荷试验都合格,复合地基承载力就一定合格吗?本文对此进行了分析讨论,认为与地质条件有关,规范方法主要是针对单一均匀地基的情况,对于多层土地基,规范方法有局限性,由于试验压板尺寸小,压板试验还不能反映深层土的影响。对于大尺寸的基础,还要进行科学的分析,应对实际尺寸的基础沉降进行计算分析,才能判断和保证工程的安全,仅靠小尺寸的压板载荷试验是不够完善的。

排水刚性桩抗液化特性数值计算分析

为分析排水刚性桩的抗液化作用效果,开展了排水刚性桩的数值计算模拟,基于振动台试验实测结果验证了计算模型的可靠性,针对设置不同排水通道数量的排水桩桩周超孔压比、超孔隙水渗流特性等进行了计算分析。结果表明:①试验实测值与数值模拟结果吻合较好,证明了计算模型的可靠性和合理性;②桩身1倍桩径处超孔压比峰值为0.7,1.5倍桩径处为1.0,排水刚性桩的有效作用范围在桩周1倍桩径左右;③单侧排水通道排水桩影响范围为以桩心为圆心、1倍桩径为半径的近似半圆,双侧和四侧排水通道排水桩影响范围为与单侧排水通道圆心和半径相同的整圆,排水体附近渗流矢量均指向排水通道,表明了排水通道发挥了有效的排水作用。

岩土成层地基钻孔刚架抗滑桩计算的有限差分法

传统悬臂或锚拉式抗滑桩采用人工挖孔施工,施工效率低、工期长且安全风险问题尤为突出,目前正被严格限制使用并逐步淘汰,因此,在边坡治理工程中使用机械钻孔成桩替代人工挖孔工艺是未来的发展趋势。钻孔刚架式抗滑桩侧向刚度大、施工效率高、结构空间受力更加合理,更加符合城市轨道交通建设“小空间解决大高差”的理念。首先,考虑抗滑桩普遍存在于岩土成层地基的实际情况,以水平弹簧模拟前、后排桩与桩间土的荷载相互作用,根据Euler-Bernoulli梁理论及刚架桩受荷特点,以桩周线性土弹簧刚度反映不同地层的水平抗力差异,建立刚架桩挠曲平衡微分方程;然后,基于有限差分法结合桩顶、桩端共8个边界条件,编制Python有限差分迭代运算程序实现了前/后桩及桩间土的协同作用,以及对刚架桩内力与变形的求解;最后,依托深圳地铁某路堑高边坡钻孔刚架桩现场监测案例,对比发现,二者桩顶最大变形相差在10%以内,验证了所提方法对岩土成层地基中钻孔刚架抗滑桩的适用性,开发的有限差分迭代程序简单便捷,可直接应用于钻孔刚架式抗滑桩工程设计。

排水桩-网复合地基处置可液化路堤地基的振动台试验研究

排水刚性桩融合了刚性桩基础承载力高和具有排水性能的双重优点。为研究排水刚性桩处置可液化路堤地基的抗液化作用效果,采用7#硅砂作为路堤地基模型材料,3×5群桩布置形式,在水平向和竖直向施加双向动力荷载,对排水桩-网复合地基和普通桩-网复合地基处理可液化路堤地基开展了振动台模型试验研究。从超孔隙水压力、加速度、沉降等动力响应对排水桩-网复合地基的抗液化作用效果进行了分析。试验结果表明:排水桩-网复合地基的处置效果明显优于普通桩-网复合地基的加固效果。排水桩工况超孔压比峰值最大值为0.79,最小值为0.61,普通桩工况超孔压比峰值均达到1.0,处于完全液化状态。排水桩工况水平向峰值加速度放大系数沿路堤模型底部至顶部呈现明显的放大效应,峰值加速度放大系数最大值为1.60。普通桩工况峰值加速度放大系数呈现一定的液化地基减震效应,峰值加速度放大系数最大值为1.07。排水桩工况沉降平均值为11.4 mm。普通桩工况沉降平均值为25.7 mm,排水桩工况最终沉降量平均值较普通桩工况减小55.6%。排水桩能够有效加快超孔隙水压力的消散,减小路堤沉降量,是一种处置可液化地基的有效措施。

加筋路堤下刚性桩复合地基变形特性分析

刚性桩复合地基在珠海地区软土区道路工程中应用时常出现沉降和不均匀沉降较大的问题,进而引发沿路管线破坏和路面波浪起伏。为了解决深厚软土区刚性桩复合地基存在的沉降和差异沉降过大问题,优化复合地基设计,为防治道路病害提供参考,本研究通过数值计算方法建立了平面应变模型。将三维桩体和桩帽进行二维等效,并考虑了路堤填注和土体固结的过程,分析了基准工况和不同参数条件下加筋路堤下刚性桩复合地基变形特性。结果表明:刚性桩复合地基的变形可分为变形协调区、统一沉降区和压缩变形区,其中变形协调区主要影响差异沉降,压缩变形区主要影响总沉降,统一沉降区则因自身压缩变形小,随复合地基整体下沉,而起到减小总沉降的作用;在桩两端约束强于桩中部约束的情况下,边桩可能首先在中部发生弯曲破坏;刚性桩复合地基施工过程中出现的路堤外隆起现象会在工后逐步消失并在路堤带动下发生沉降;参数分析结果表明,持力层的强度、桩端嵌入持力层深度对路堤沉降影响最大,而桩间距、桩帽尺寸对差异沉降影响最大,场坪土的强度及砂黏性、褥垫层厚度、地下水深度对路堤沉降均有一定影响,但影响较为有限。因此,对于深厚软土区域,根据软土厚度确定桩长并合理增大桩间距和桩帽尺寸,可以控制路堤沉降并节省工程造价。

H-V组合荷载作用下HSCM桩承载性能

螺旋桩芯劲性复合桩(helix stiffened cement mixing pile,HSCM桩)是由螺旋桩芯与水泥土桩劲性复合而成的新型桩基。为研究水平-竖向(H-V)组合荷载作用下HSCM桩的承载性能,基于自制土工箱,开展HSCM桩室内模型试验研究,设计并制作3组共12根HSCM模型桩进行H-V组合荷载试验,分析加载角度与螺旋叶片数量对桩基承载性能的影响。试验结果表明:上拔荷载分量对桩基水平极限承载性能有不利影响;叶片数量越多,HSCM桩成桩质量越好,H-V组合荷载作用下承载力越大。

基于附加应力法的刚性桩复合地基沉降影响参数分析

针对现有文献中刚性桩复合地基沉降的影响因素分析较为缺乏这一问题,基于刚性桩复合地基的附加应力法,对地基土、刚性桩、路堤等因素对加固区沉降、中性面深度、负摩擦力等的影响规律进行了分析。研究结果表明,加固区沉降随淤泥质粉质黏土压缩模量、工作垫层厚度、工作垫层侧阻力逐渐增加;中性面深度随工作垫层厚度逐渐增加,但随工作垫层侧阻力逐渐减小;负摩擦力均随工作垫层厚度、工作垫层侧阻力逐渐增加。加固区沉降均随桩端土极限端阻力、总极限端阻力和单桩极限承载力逐渐增加。相对于开口条件,桩端为闭口时,桩端阻力较大,单桩承载力较高,加固区沉降较小。加固区沉降均随路堤高度、路堤填料重度、路堤顶宽和路堤边坡坡率逐渐增加;中性面深度和负摩擦力也随之呈现增加趋势。此研究结果可为刚性桩复合地基设计与计算提供一定参考。

上海市某装配式减震住宅结构设计

上海市某装配式减震住宅项目位于上海市中心城区,项目大规模采用劲性复合桩,解决工程对施工环境、工期、成本等方面的特殊要求。针对项目超限带来的不利影响,在此项目的高层装配整体式剪力墙住宅中采用减震技术,有效降低了地震作用,提高了结构的抗震性能,达到降低材料用量、方便施工的目的。在与金属连梁阻尼器连接的预制剪力墙暗柱中,纵向钢筋采用新型可调节机械连接套筒进行快速连接,确保连接安全可靠。在预制叠合梁设计中,采用新型干法连接节点,有效提升施工进度。主要对上述劲性复合桩、减震设计以及新型连接等关键技术应用进行了阐述分析。项目是运用绿色低碳技术进行结构设计的有益尝试,可为类似项目提供参考。

云南红河特大桥浅埋重力式锚锭基础现场试验研究

云南红河特大桥建水侧采用浅埋重力式锚碇基础,锚碇后趾区和前趾区分别坐落在中风化板岩和强风化板岩上。该工程在前趾区域采用非等长刚性桩复合地基方案解决土岩组合地基、偏心受荷等因素引起的不均匀沉降和水平变位问题。为保证方案可靠性,项目在中风化和强风化板岩区域分别进行了3组直剪试验、3组载荷试验,针对刚性桩开展了2组单桩载荷试验。试验得到了中风化、强风化板岩的地基承载力分别不小于1200 kPa、800 k Pa,与基础的摩阻系数分别为0.60、0.55;单桩承载力特征值不小于3500 kN。

地铁路基刚性桩处理沉降计算方法探讨

地基处理采用刚性桩桩网复合地基往往是应用于深厚软土层中,且对沉降有较为严格的控制要求。地铁路基对沉降要求较为严苛,尤其是在路基面上铺设轨道时,工后沉降根据轨道铺设类型的不同细分为:有咋轨道线路不应大于200 mm,过渡段不应大于100 mm,沉降速率不应大于50 mm/a,无咋轨道线路不应大于20 mm,差异沉降不应大于10 mm。严苛的沉降要求使得设计者应对刚性桩的作用原理十分熟悉,设计观念中不应仅采用传统的柔性桩设计思路,桩长穿透软弱土层,进入持力层即可,应选择合适的计算理论去应对精密的工后沉降要求。通过分析多种沉降计算方法,并结合实际工程案例,选取较适用的刚性桩沉降计算理论。

钻孔灌注桩-筏基础优化为刚性桩复合地基分析

超高层建筑桩–筏基础的钻孔灌注桩在复杂地质条件下,施工困难,难以成桩,拖慢施工工期,较大程度上增加建造成本。基于此,结合以往CFG桩复合地基在高层建筑中的使用情况及场地地质地层条件,考虑将超高层建筑的钻孔灌注桩—筏形基础进行优化,采用刚性桩复合地基满足承载力要求,保证结构安全,加快施工工期,降低施工成本。刚性桩复合地基为长螺旋钻孔压灌工艺施工长钢筋混凝土桩+短素混凝土桩,长短桩交错布置,桩顶铺设合适厚度的级配碎石褥垫层,在褥垫层上部施工基础筏形。

大桩距刚性桩复合地基压板试验预制承压板设计

针对刚性桩复合地基压板试验承压板尺寸大,采用传统钢制承压板存在制作成本高、易变形、各尺寸适用灵活度低等缺陷,本文结合工程实际中各承压板所需尺寸,采用单、双层预制钢筋混凝土板代替钢板。试验前采用‘理正’结构计算软件验算承压板厚度和配筋。提出以双层预制钢筋混凝土承压板代替单层板,可进一步降低造价,便于安装,并满足压板刚度,提高试验精度,为大尺寸承压板设计提供参考。

全埋刚架抗滑桩参数影响数值模拟研究

针对某实际边坡工程,依据混凝土用量相等原则,将原文献中得到的最优单排抗滑桩转化为全埋刚架桩,并采用有限元软件ABAQUS建立其三维有限元模型,并与最优单排抗滑桩进行对比分析。由于全埋刚架桩更具有抗滑优势,可提高边坡稳定性,考虑刚架桩桩底支承约束条件、后排桩长和连梁高度等参数的变化对边坡和桩身的影响,均设置5种工况进行数值模拟计算。结果表明:后排桩长增加,前后排桩弯矩差逐渐减小,分布趋于均匀,但存在一个最优长度;连梁刚度增加,有利于减小边坡和桩身位移,后排桩的最大负弯矩作用点的位置发生在连梁高度的1.34~1.35倍处,前排桩最大负弯矩发生的位置逐渐向连梁底部靠近。为充分发挥前后排桩材料属性,以及提高刚架桩的整体抗滑能力,建议桩底约束设置为后排桩桩底固定前排桩桩底铰支或两桩底端均铰支。

劲性复合桩在电力工程软土地基处理中的应用与研究

以安徽省铜陵某110 kV变电站工程软土地基处理工程为例,研究劲性复合桩在电力工程软土地基处理中的应用。论文介绍劲性复合桩软土地基设计方案,并从管桩制作、吊装、运输以及验收等施工全过程分析劲性复合桩施工的控制要点,通过复合桩静载试验对地基处理结果进行效果评价,同时总结劲性复合桩在电力工程软土地基处理中的质量问题,如搅拌头提升速度过快、桩位偏差过大、桩体垂直度偏差过大、施工设备问题等,并提出相应的控制措施。

穿坡油气管道的框架桩防护结构分析方法

针对沿山坡走向铺设的埋地油气管道存在的抗震防护问题,提出了一种新型的框架型抗滑桩式管道防护结构。在采用拟静力法确定作用于结构地震滑坡推力的基础上,将位于滑面以上的结构受荷段作为底端固定的平面框架结构,采用超静定平面刚架结构模型分析;而位于滑面以下的嵌固段则为埋置于稳定地层的两单桩结构,采用侧向受荷的弹性地基梁模型分析,由此建立了框架型抗滑桩的内力及位移计算方法。实例分析表明:框架桩前、后桩及上、下横梁弯矩与剪力的理论计算值与数值模拟结果误差均在±20%以内,理论结果偏于保守;水平地震影响系数对结构内力影响显著,结构内力最大值随水平地震影响系数增加近似呈线性增大,而竖向地震影响系数影响较弱;结构最大内力与土体重度呈线性正相关性,与黏聚力和内摩擦角呈非线性负相关性,且随着土体抗剪强度参数的增大,前、后桩以及上、下横梁的内力分别趋于接近;前、后排桩与上、下横梁的最大内力分别与桩体抗弯刚度呈非线性正相关性与负相关性,而分别与桩体嵌固深度近似呈线性正相关性与负相关性;框架桩间距对结构内力影响显著,而前后桩排间距则对结构内力影响较小。

水平荷载作用下刚性桩桩土相互作用弱化规律和分布模式研究

目前,海上风力发电在中国发展非常迅速,“十四五”规划中我国海上风力发电装机容量将达到50 GW。超大直径单桩基础是当前全球海上风电场应用最为广泛的基础形式之一,占已建成海上风电场基础的75%。目前水平荷载对桩基竖向承载力的影响鲜有研究,桩周土压力水平是影响桩基竖向侧摩阻力的关键因素之一。为研究海上风电超大直径单桩基础水平承载特性,针对粉土中的刚性桩,开展了1 g模型试验,观察和分析水平荷载作用下的桩土相互作用弱化和沿桩身的分布规律,建立桩周土压力-变形弱化表达式,提出水平受荷后桩周土压力变化分布模式。结果表明:水平循环荷载作用下,随着循环次数的增加,主动区土压力逐渐降低,被动区土压力稍有增加;桩身发生水平变形后,主动区土压力变化可分为3个阶段,即急剧下降段、缓慢下降段和稳定阶段;桩身变形后,桩周土压力可沿桩身分为脱开区、弱化区、稳定区3个区域。

城际铁路单跨门式刚构设计研究

结合工程设计实例,通过调整刚构的墩高、桥墩壁厚及承台底边界条件来改变结构刚度,研究单跨门式刚构刚度对桥梁结构受力的影响。结果表明对于单跨门式刚构桥,桥墩刚度对于梁部受力影响较小;桥墩刚度越大,桥墩的恒载弯矩越大;承台底的边界条件对结构体系内力影响较大,应考虑桩土相互作用的影响;m值越大,墩顶恒载弯矩越大,主梁梁端恒载负弯矩绝对值越大,整体温度、梯度温度效应对应的弯矩也越大,应考虑不同m取值下结构内力差异,并按照最不利结果进行设计。