基坑开挖对壁板桩内力及变形影响分析

壁板桩在基础工程中广泛采用。邻近基坑开挖必然会引起壁板桩的变形,严重时会造成桩基破坏,从而对周围建筑物的安全产生严重的影响。探究基坑开挖所导致的邻近壁板桩的变形规律和变形机理,对确保基坑周围建筑物的安全具有十分重要的意义。为了定性及定量确定基坑开挖引起邻近壁板桩内力和变形影响规律,揭示壁板桩变形机理,本文建立基坑-壁板桩-土体相互作用数值模型,从壁板桩内力和变形、周围土体应力分布等方面分析基坑开挖卸荷对壁板桩变形影响规律,揭示壁板桩变形机理,从而为工程实践提供参考。研究结果表明:(1)由于壁板桩的存在,基坑周围土体位移呈非对称分布,壁板桩所在一侧土体水平位移显著小于另一侧位移,但位移影响区域增大。(2)随着基坑开挖深度的增加,壁板桩上附加土压力分布沿着桩长方向从应力增加变成应力释放,拐点位于壁板桩桩顶以下桩长的1/5处。

壁板桩承载特性的近似三维分析

为考虑壁板桩矩形横截面的非轴对称性,将桩体沿深度和横截面方向进行三维离散,利用Mindlin方程和静力平衡条件分别建立桩周土体和桩体的位移方程,并由此推导了联立求解壁板桩荷载位移关系的支配方程,分析了壁板桩的承载特性。结果表明,在桩土接触面滑移破坏之前,壁板桩的侧壁摩阻力在横截面上的分布并不是均匀的。壁板桩的长宽比对壁板桩的承载特性也有明显的影响。

壁板桩的研究现状回顾

壁板桩(barrette) 是用来承受建筑物上部结构荷载的单段矩形截面地下连续墙。由于其比表面积和抗弯刚度比传统的圆形截面桩大, 有利于充分发挥桩侧摩阻力和水平抗力, 提高竖直和水平承载力。近年来, 这种桩型在国内外已经越来越广泛地应用到高层建筑、高架路和立交桥以及重型和大型(比如输电线塔) 基础工程中。本文回顾了壁板桩的应用与研究现状, 内容涉及壁板桩的施工效应、承载性能、桩身摩阻力的发挥特性以及施工效应对承载特性的影响等。

矩形壁板桩群桩竖直承载特性的理论分析

矩形壁板桩不具有圆形桩的轴对称性,因此壁板桩群桩的承载特性及群桩效应不仅受桩间距的影响,而且受桩身截面形状以及群桩布置方式的影响。为分析这些因素,利用Mindlin方程和静力平衡条件建立了求解有无刚性承台时壁板桩群桩的荷载沉降计算方法。分析结果表明,在设计群桩时壁板桩应尽可能沿其纵向布置(即沿壁板桩的长边方向布置);对于具有常规截面尺寸的壁板桩,桩的对边距应超过2m,以减小群桩效应。

水平受荷壁板桩群桩的变分法分析

将壁板桩桩身水平位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑桩前水平土阻抗力和桩侧水平摩阻力沿桩周分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到水平受荷壁板桩群桩荷载位移关系的显式解答。与三维有限元方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性。

壁板桩群桩竖直荷载沉降关系的变分法分析

将壁板桩桩身竖向位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑壁板桩桩身剪应力沿其周边以及桩底法向应力沿桩底面分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到壁板桩群桩竖直荷载沉降关系的显式解答。与近似三维分析方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性,也展示了其计算速度更快,计算存储量要求更低的优点。

均质土中端承壁板桩竖向振动特性

为研究均质土中竖向简谐荷载作用下端承矩形壁板桩的振动特性,基于改进的Vlasov地基模型提出了壁板桩动力响应半解析计算方法.首先,将壁板桩土体视为连续体,提出了由轴向位移函数和水平衰减函数构成的位移模型.然后,利用哈密顿原理求得桩土体系的控制方程和动侧阻力表达式.最后,通过迭代算法计算动力响应.参数分析表明:相比圆桩,截面面积相同的壁板桩能显著提高桩顶静刚度和动刚度;当壁板桩横截面长宽比增大时,桩顶静刚度和动刚度均增大,且前者增幅较小而后者增幅较大;静态荷载下壁板桩轴力不受截面长宽比影响,动态荷载下则对其比较敏感;侧阻刚度在截断频率之前不受长宽比影响,但在截断频率之后,侧阻刚度随截面长宽比的增大而减小,且不受桩长细比的影响.

基于有限元的壁板桩水平承载特性分析

近年来,随着壁板桩的广泛应用,相关研究逐步展开,但水平承载特性的研究成果仅限于现场试验和弹性理论定性分析,且两者所得结果差距比较大。在香港科技大学所做的壁板桩静载试验基础上,使用ABAQUS有限元软件分析壁板桩水平承载特性,并与Zhang的数值模拟计算结果进行比较,试验数据与计算数据非常接近,相差在5%以内,验证了ABAQUS模拟壁板桩水平受荷的可行性。在此基础上分析桩顶位移、桩身弯矩在加载—卸载循环下的变化规律,进一步考虑荷载作用对壁板桩截面的非线性影响,作用力夹角α和位移夹角β相关,当荷载作用方向α=45°时,荷载与位移方向的夹角最大;x、y方向桩身最大弯矩随荷载作用角度变化而变化,α<45°,x方向的弯矩能得到有效传递,α>45°时,y方向的弯矩传递深度加深有限。分析结果有利于对壁板桩水平承载特性的理解,有利于现场试验数据与弹性理论计算结果相结合。

浅谈壁板桩的施工工艺

"Barrette"一词源于法语,中国学者将其翻译为壁板桩。壁板桩是一种采用膨润土泥浆或水泥膨润土泥浆护壁的混凝土灌注桩,从受力上来分析,属于摩擦桩,其施工设备和地下连续墙施工设备相同,施工方法也有较多的相似之处^([1])。壁板桩的截面呈矩形,这种矩形桩与圆截面灌注桩相比,具有更大的比表面积(即表面积与质量之比),因此能通过桩身摩擦阻力承受更大的竖向荷载。从结构上来讲,壁板桩可以制成适当的尺寸并适当布置来满足设计要求的某个方向的惯性矩及抗弯刚度,提高承受较大水平荷载和弯矩的能力^([1])。壁板桩的施工技术在法国、英国、土耳其等国已经相当成熟,在中国香港也曾使用过,但在中国大陆却鲜有使用^([1-2])。河海大学雷国辉教授等曾对壁板桩做过较多的理论分析。笔者结合在摩洛哥的实际施工经验,对壁板桩的现场施工方法及监测手段进行简单论述,以飨读者。

桩基础施工新技术专题讲座(二十四) 壁板灌注桩(上)

壁板桩基本原理 “Barrette”这个词最先来源于法语，不同文献“Barrette”被翻译为“壁板桩”、“条形桩”、“壁式基桩”、“槽壁桩”及“巴列特桩”等。在目前有关土木建筑工程的文献中，“壁板桩’’指的是一种用地下连续墙施工设备进行施工，

悬臂板桩程序设计与应用

本文通过理论分析与计算，并使用计算机编制出悬壁板桩计算程序，经在实际工程中应用验证，该程序计算速度快，操作简便，可供工程技术人员参考。