嵌岩桩水平承载力地基反力Matlock法分析

嵌岩桩在海上风电、跨海大桥等结构中的应用十分广泛,但在嵌岩桩水平承载特性方面的研究仍有较多不足。弹性地基反力法中的Matlock法在中国是用于计算水平承载桩承载力时应用最多的方法,但地基反力Matlock法针对嵌岩桩缺少合理的取值方法。基于现场试验数据建立并验证有限差分数值模型,通过数值模拟与参数分析,研究了岩体力学参数和桩基参数等因素对桩岩相互作用的影响,提出了Matlock法中地基反力系数比例系数的拟合计算公式。通过现场试验数据对提出的方法进行了验证,结果表明计算结果与实际情况较为相符,与其他方法比较,所提出的修正Matlock法相对非线性的p-y曲线法具有取值计算较为简便的优势。

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。

不同嵌岩深度下抗拔桩承载特性研究

以广东省江门市某工程为例,通过有限元分析软件ABAQUS,结合地勘报告及现场对桩基进行抗拔静载试验得出的荷载–位移曲线图,建立抗拔桩三维有限元模型进行数值模拟计算分析,研究不同嵌岩深度增量下抗拔桩的承载特性。研究成果表明:增加嵌岩深度可在一定程度上提高桩基抗拔承载力,但二者之间并非呈线性增长关系。当嵌岩深度增量为3D时,相较于原试桩的桩顶位移量减小54.2%,抗拔承载力提高105.2%,对桩基抗拔承载力的提高效果尤为显著。

大直径嵌岩灌注桩承载特性试验与有限元模拟

基于青岛某工程的4根大直径嵌岩灌注桩,在现场开展了单桩竖向抗压静载试验和桩身完整性测试,以明确大直径嵌岩灌注桩在竖向荷载下的承载特征,拟揭示不同荷载水平下嵌岩灌注桩的承载力发挥机制。结合不同嵌岩深度的单桩承载性能有限元模拟,重点分析了单桩在不同嵌岩深度下的竖向抗压承载特性和桩土位移分布特征。研究表明:在笔者试验条件下,大直径嵌岩灌注桩单桩竖向抗压承载力具有一定离散性,桩头部位的损坏会极大影响单桩承载力的有效发挥;加载完成后,数值模拟得到的桩顶沉降量为31.56 mm,约为现场实测值的1.1倍,模拟结果与实测结果较为吻合;通过不同嵌岩比的模拟结果对比发现,嵌岩深度越大桩端阻力占桩顶荷载的比例越小,且桩端阻力占比的变化速率随着嵌岩比的增加逐渐减缓;嵌岩深度取2.5倍桩径为宜。

嵌岩桩承载性能对比分析及优化措施探讨

在实际工程中,岩土体参数取值及基础设计方案对工程造价存在较大影响。该文依托重庆秀山地区某工程嵌岩桩相关技术资料,通过有限元方法及经验参数法对基桩承载性能进行对比分析,分析表明:在相同工程条件下,经基桩有限元方法及经验参数法计算的侧摩阻及端阻占比差值有正有负,基桩承载力特征值计算结果差距大,有限元方法比经验参数法大20%以上,提出应从地质参数及桩型方面对其进行优化。通过对嵌岩桩承载性能对比分析及优化措施的探讨,以期为类似工程实践提供一定的参考及借鉴。

基于内聚力模型的嵌岩双斜桩水平承载特性分析

基于已有的对桩-岩界面剪切特性的研究,建立了界面几何参数和材料特性与内聚力模型参数间的转换关系,与现场试验和理论研究对比,验证了接触模型的准确性;结合室内嵌岩双斜桩模型试验,建立了对应有限元数值计算模型,对比分析了桩基荷载-位移曲线与弯矩规律,验证了模型的可靠性;进而建立不同倾角的足尺嵌岩双斜桩模型,分析在不同竖向定荷载下的水平承载特性。研究表明:嵌岩双斜桩系统是多因素协同作用的承载系统,对受多向组合荷载的嵌岩双斜桩而言,存在一最优竖向设计荷载,使得嵌岩双斜桩的水平承载力大大提高,但过大的竖向荷载和过小的倾角反而提高桩承台失稳的风险。

穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法研究

为准确计算岩溶区桥梁桩基嵌岩深度,依托莆炎高速公路岩溶区桥梁桩基工程,分别考虑桩基竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量,提出3种穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法,并验证3种方法的可靠性。选取34根代表性桩基对比嵌岩深度设计值与所提方法计算值,并选取1根试桩对比规范值与所提方法计算值。结果表明:34根代表性桩基中,1根桩基的嵌岩深度设计值小于考虑全寿命周期内溶洞溶蚀量的嵌岩深度计算值,占比2.9%;10根桩基的嵌岩深度设计值同时满足竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量要求,且安全储备合理,占比29.5%;23根桩基存在安全储备较高问题,占比67.6%,其中14.7%的桩基嵌岩深度设计安全储备高达5倍。各规范关于桩基嵌岩深度的取值差异较大,为确保桥梁桩基承载安全,同时降低施工难度和成本,建议设计穿越溶洞桥梁桩基的合理嵌岩深度时,充分考虑桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量。

碎石土填方场地嵌岩桩负摩阻力性状分析

以西南地区土石混合体为研究对象,通过单桩室内模型试验,研究了素填土和土石混合料地基中桩周土体沉降、桩土位移、桩身轴力、桩侧负摩阻力、中性点位置等。结果表明:土石混合料填土地基中桩周土体与桩身沉降较素填土地基中更小;在堆载及加载作用下,中性点位置随着荷载等级提高而下移,且土石混合料地基的中性点位置高于素填土地基,其中性点位置距桩顶0.36 l~0.52(l l为有效桩长)内;桩身轴力在土石混合料和素填土中均随深度先增后减,但土石混合料填土地基中桩身轴力小于素填土地基。

桩端采空区对嵌岩桩承载力的影响

针对桩端采空区对嵌岩桩的设计(如承载性能和长期服役性能)提出的挑战,以杜家山特大桥采空区嵌岩桩为原型,进行缩尺模型试验,研究采空区到桩端不同距离以及采空区是否注浆的单桩承载力。计算比例参数,并选择合适的试验材料进行模型构建;通过多级荷载试验,获得采空区到桩端不同距离以及注浆后桩顶沉降、桩基础轴力、桩端阻力和桩侧摩阻力的变化特征;并对比分析了无采空区嵌岩桩的承载特征。结果表明,随着采空区到桩端距离的减小,桩端持力层的承载能力减小,不利于模型桩的承载力;注浆后,桩端持力层的承载能力明显增加,导致模型桩的桩顶沉降显著减少,承载能力显著提高。

非挤土嵌岩预应力高强度混凝土管桩的桩端承载性能研究

施工装备和工艺的不断创新使得非挤土嵌岩预应力高强度混凝土(prestressed high-strength concrete,简称PHC)管桩逐渐得到推广和应用。为揭示嵌入中微风化岩PHC管桩的桩端承载机制,以随钻跟管工法桩为背景,基于泥质粉砂岩地区5组桩径为500 mm的PHC管桩桩端现场静载破坏性试验,分析了不同条件下嵌岩PHC管桩的桩端承载性能及宏观破坏模式,并提出桩端承载力计算方法。试验表明:对于采用敞口桩靴的PHC管桩,未封底时,敞口桩靴削弱了PHC管桩桩端承载性能,呈现刺入岩基的破坏,极限荷载下桩端沉降为11~15 mm;混凝土封底后,显著提高了桩端承载性能,极限承载力较非封底时提升340%,封底混凝土和桩靴的桩端阻力分担比分别为78%和22%,桩端呈整体剪切破坏。基于Hoek-Brown强度准则,提出了嵌岩PHC管桩桩端承力简化计算方法,计算精度得到了试验验证,可供非挤土嵌岩PHC管桩的设计与施工参考。

嵌岩隔离桩对基坑邻近隧道的保护效果分析

采用嵌入中风化砂岩的隔离桩对邻近地铁隧道进行保护时,桩底被强度较高的中风化砂岩固定与约束其保护效果较好,但在设计与有限元分析中若等效计算模型不合理,会计算得到隔离桩效果较差的结论。基于有限元方法,探讨了数值计算中嵌入中风化砂岩隔离桩的合理等效方法。对比计算表明,数值计算中不对嵌岩段进行位移固定,得到的计算结果与实际不符,低估了隔离桩的作用,建议对进入中风化岩石的桩端位移设定为固定边界条件。隔离桩距隧道的水平净距不小于3.0m,桩顶不高于隧道拱顶位置线标高、不低于隧道中心位置线标高,嵌岩段不小于4.0m,其隔离效果好、性价比高。

土-岩复合地层嵌岩钢板桩施工方案研究

针对城市水管改造过程中深基坑工程嵌岩钢板桩支护施工难度较大的问题,文章以合肥市西二环原水管改造工程为例,详细介绍了嵌岩钢板桩的施工工艺流程,并提出了重要工序的控制措施,保证了施工安全并取得良好的施工效果,可为同行在推广使用中提供借鉴。

嵌岩深度和加固范围对深厚软土桩基托梁结构的性能影响

以某新建铁路工程为例,基于有限元软件,以钻孔灌注桩桩基嵌入基岩深度(5种嵌岩深度)和桩前旋喷桩加固区范围大小(6种不同排数旋喷桩加固范围)作为控制变量,研究桩基的力学特性和路基面沉降。结果表明:灌注桩桩基的最大水平应力出现在土石界面附近,增加桩基的嵌岩深度和增加桩前旋喷桩排数都可有效降低桩基的水平变形和路基面沉降,桩基嵌岩深度为1D(D为灌注桩直径)或桩前旋喷桩为3排时,变化速率出现由快到慢的拐点。选择桩基长度为16m、桩前旋喷桩为3排的加固方式,具有较好的经济性。

软岩嵌岩桩承载特性及承载力计算分析

南京软岩分布地区,对于嵌岩桩单桩竖向承载力估算,勘察设计单位采用的规范和计算公式不同,导致了估算结果差异较大。根据不同规范公式估算嵌岩桩的单桩竖向承载力,并通过其承载性状的对比分析表明,不同规范公式反映的桩基承载性状差异较大。经过与试桩结果对比分析,当岩石强度及嵌岩深度较小时,采用南京规范公式计算的单桩竖向极限承载力与试桩结果较为接近;当岩石强度及嵌岩深度均较大时,采用两种规范计算结果的平均值更加接近试桩。对类似软岩分布地区嵌岩桩基础设计施工具有参考意义。

桩孔垂直度对嵌岩灌注桩承载力影响规律研究

为解决嵌岩灌注桩因桩身偏斜引起的承载力不足问题,本文基于工程实例研究桩孔垂直度对嵌岩灌注桩竖向承载力影响机理,提出桩孔偏斜误差下嵌岩灌注桩承载性能劣化规律,并给出该类桩基成孔施工误差控制要求。研究表明:桩孔垂直度偏差可导致桩身嵌固段偏心受力,使得桩身摩阻力与端阻力分布不均,从而降低单桩承载能力,但随着嵌岩深度增加,偏斜单桩承载力劣化程度逐渐减低;当桩孔偏斜度大于临界值时,偏心轴力下桩身局部压应力易集中,可引起因超过材料极限抗压强度的结构失效问题。

海上风电大直径嵌岩单桩侧向承载机理分析

针对我国海上风电基础的大量嵌岩需求,文章采用物理模型试验及数值模拟方法研究了大直径嵌岩单桩基础的水平受荷特性以及桩-岩整体失效模式,分析了基岩强度、桩基直径、桩基壁厚、嵌岩深度等因素对嵌岩桩侧向承载性能的影响。研究结果表明:桩身抗弯能力随基岩强度提高而提高;嵌岩桩基础浅层基岩的破坏遵循被动楔形破坏模式,深层基岩的破坏遵循旋转破坏模式;基岩强度、桩基直径和嵌岩深度的增加均能提高桩基水平承载力,而桩基壁厚对其影响不大;对于嵌岩桩水平承载性能的提升效果存在临界嵌岩深度,桩径及覆盖层厚度对临界嵌岩深度的影响较小,而基岩强度对其变化较为敏感。

穿越破碎带夹层的嵌岩桩承载性能模型试验研究

为研究穿越破碎带夹层的嵌岩桩承载和变形性能,以武穴长江公路大桥为背景,将实际地层按1∶100缩尺比制作地层模型,设计、制作力学性质与真实桩近似的模型单桩(模型桩长534、585、635、685、785 mm,沉渣厚度0、0.5、2 mm),考虑沉渣厚度、穿越破碎带夹层后是否嵌岩、桩长等影响因素,分析各级荷载作用下模型单桩的桩顶沉降、轴力和侧摩阻力分布规律。试验结果表明:模型单桩桩顶沉降量对沉渣厚度敏感,在相同荷载下,有沉渣模型单桩的沉降量明显大于无沉渣模型单桩;沉渣厚度为0.5 mm时,模型单桩的荷载~沉降曲线前段呈缓变特征,沉渣厚度为2 mm时,模型单桩的荷载~沉降曲线呈“台阶型”特征。沉渣厚度0.5 mm条件下,荷载较小时,各模型单桩的荷载~沉降曲线基本一致,但穿越破碎带夹层的非嵌岩桩的承载性能明显弱于嵌岩桩;穿越破碎带夹层的嵌岩桩越长极限承载力越大,但增长幅度呈减缓趋势;基于桩顶沉降控制法确定该组模型单桩的有效桩长为635 mm。

防止植入式嵌岩钢管桩灌浆上浮的施工工艺研究

植入式嵌岩钢管桩桩内混凝土采用陆上预制,钢管桩植入后进行侧壁灌浆,灌浆料对钢管桩产生浮力,钢管桩在灌浆过程中存在上浮风险,现有预防措施风险高、效率低。为解决植入式嵌岩钢管桩灌浆上浮问题,结合灌浆过程受力机理分析,通过在灌浆料中添加一定掺量的速凝剂,优化预制灌浆管线布置,改变灌浆施工工艺,严格控制施工工序,实现嵌岩钢管桩侧壁岩壁段、钢护筒段一次性连续灌浆施工。经现场灌浆工艺对比验证及工程应用,有效解决植入式嵌岩钢管桩灌浆上浮问题,保证了施工质量,提高了施工效率。

BIM技术在地下溶洞嵌岩桩基极限承载力评定中的应用

为了提高地下溶洞嵌岩桩基的安全性,提出了BIM技术在地下溶洞嵌岩桩基极限承载力评定中的应用。计算地下溶洞嵌岩桩基在岩层的平均应力,获取的承载机理,明确地下溶洞嵌岩的地质特点,计算地下溶洞嵌岩桩基容许承载力,利用BIM技术,完成地下溶洞嵌岩桩基的BIM建模。根据地下溶洞嵌岩桩基应力分量,计算地下溶洞嵌岩桩基在含溶洞地层中的平均约束应力,通过设定极限承载力阈值,评定地下溶洞嵌岩桩基极限承载力。实验结果表明,所提方法对地下溶洞嵌岩桩基极限承载力的评定结果与工程实际相符,可以缩小评定误差。

嵌岩深度对下伏溶洞桥梁桩基承载特性影响分析

桥梁桩基下伏溶洞嵌入深度对桩身下沉量、承载力大小及桩基长期稳定性具有重要影响,依托某岩溶区桥梁工程,通过MIDAS GTS建立溶洞-桩基数值分析模型,获取桩顶沉降、桩基极限承载力及溶洞周边岩体应力分布规律,开展岩溶区桩基施工桩基的嵌岩深度与下伏溶洞桩基承载特性分析。研究表明,下伏溶洞桩基嵌岩深度越大,嵌岩段提供的摩阻力越大,下伏溶洞桩基承载力越大;随嵌岩深度增加下伏溶洞桩基承载力衰减度逐渐减小,短桩相较于长桩更易受溶洞影响,嵌岩深度超过临界值4d后(d为桩径),衰减度稳定在5%左右,可将下伏溶洞桩基视为普通嵌岩桩进行计算。因此,合理增加桩基嵌岩深度,能有效减小溶洞周边岩体所受应力,同时能避免溶洞周边出现受拉区。