扩底桩竖向承载特性及群桩效应研究

为探明扩底群桩竖向承载特性,采用扩底桩筏结构,开展单桩(扩径比分别为1.5、2.0、2.5、3.0)和桩筏(扩径比为2)基础静载模型试验,分析其荷载传递规律,并建立桩间距为3.75、4.00、4.50、5.00倍桩直径时扩底桩筏基础有限元模型,研究桩间距对群桩效应影响。结果表明:扩底单桩和扩底桩筏结构荷载沉降曲线均为缓变型;扩底桩极限承载力随扩径比增大而逐渐增大,扩径比2.5~3.0时极限承载力增幅变缓,建议扩底桩扩径比取2.5~3.0;由于桩土共同沉降,桩间土压缩,桩土作用更充分,扩底桩筏基础中心桩侧摩阻力荷载分担比比扩底单桩增大了17.71%;群桩效应系数随桩间距增大而逐渐增大,桩间距为4.5~5.0倍桩直径时群桩效应系数增幅较小,群桩效应较弱,建议扩底桩筏基础桩间距取值不小于4.5倍桩直径。

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。

边载作用下的负摩阻力和群桩效应研究

桩基础在堆载或边载存在时可能会出现负摩阻力,而负摩阻力又会影响桩基础的上部结构,如建筑物、轨道、桥面等结构的变化,并且对施工过程提出了更高的要求.目前对堆载情况下的桩基负摩阻力研究比较充分,但对边载下群桩负摩阻力变化规律的研究还有待深入.本文使用ABAQUS数值分析软件对不同边载、不同桩间距下的群桩负摩阻力变化情况进行有限元模拟,得出群桩中基桩下拉荷载的变化情况,再利用群桩效应系数公式与遮挡系数公式分析不同条件下群桩效应的变化情况.模拟结果表明,增大边载会引起各桩的下拉荷载变大,但群桩系数变小,遮挡系数变大,显示群桩效应在增强;增大群桩的桩间距同样引起各桩下拉荷载变大,此时群桩系数变大,但遮挡系数变小,显示群桩效应减弱,群桩负摩阻力变大.

群桩效应对多井隔水导管锤入阻力的影响

群桩效应使多井隔水导管的锤入阻力增加、从而导致拒锤等复杂事故,严重影响隔水导管安装作业效率。针对群桩效应影响多井隔水导管锤入阻力的问题,通过单根隔水导管锤入模拟实验,探索了隔水导管锤入对周围土体的影响情况;通过多根隔水导管锤入模拟实验,研究了群桩效应对多根隔水导管锤入阻力的影响规律。结果表明,随着单桩隔水导管锤入深度的增加,隔水导管周围径向应力呈现先增大后减小的趋势;锤入完成后,随着静置时间的增加径向应力持续上升,静置24 h后径向应力逐渐趋于稳定。在粉土层中,随着多井隔水导管水平距离的增加,径向应力增量呈现减小趋势;当水平距离小于3.0 m(4.9倍桩径)时径向应力增量较大,群桩效应显著,而水平距离大于3.0 m时径向应力增量较小,群桩效应对锤入阻力的影响可忽略。对比不同位置隔水导管锤击数发现,中心桩隔水导管的锤入阻力为单桩的2.47倍,边桩和角桩的锤击数分别为单桩的1.66倍和1.69倍,多井隔水导管的锤入顺序设计时应将中心桩位置的隔水导管先锤入,避免中心桩在群桩效应的影响下锤入阻力过大而导致的拒锤等情况。

桩靴贯入对群桩效应影响的模型试验分析

为评价桩靴贯入饱和软黏土对邻近水平受荷群桩群桩效应的影响,开展了1g条件下的模型试验。基于桩身应变测量结果得到桩身弯矩,对弯矩拟合后依据弯矩与剪力的微分关系得出近远桩桩头承担的剪力,进而依据修正Poulos方法得出在桩靴贯入过程中描述群桩相互作用的Y乘子的变化,并将考虑群桩效应后的群桩桩身弯矩与试验结果进行对比。研究表明在桩靴贯入过程中,群桩近远桩桩头承担剪力发生变化:远桩桩头承担荷载增大、近桩桩头承担荷载减小。桩靴贯入使Y乘子减小,考虑群桩效应后,弯矩预测结果与测量结果较为接近。

锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩效应试验研究

为研究锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩挤土效应,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力时空消散规律进行了研究。基于室内模型试验,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力进行监测和分析。结果表明,通过增加桩身开孔数和减小锥度,可降低锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力峰值,降低的幅度在13.96%~17.94%;超孔隙水压力的消散速率随着深度的增大而增大,随着径向距离的增大而减小;与其他布孔方式相比,星状布孔方式的桩身,其群桩沉桩引起的超孔隙水压力峰值更小,消散速率更快。总之,锥形-有孔柱形组合管桩能够提高桩基础的施工质量和稳定性,研究成果能够为锥形-有孔柱形组合管桩的工程应用提供一定的参考。

群桩效应有限元分析

利用有限元方法,对竖向荷载作用下复合桩基的群桩效应进行了计算分析,讨论了桩长 L、桩距与桩径之比 Sa/d、桩数 n、土类等对群桩效应及群桩效应系数η的影响。结果表明:复合桩基中各个基桩的极限承载力 Qu及η随 L 增大而增大;当 Sa/d 小于某个数值时,Qu,η随 Sa/d 增大而增大;当 Sa/d 大于某个数值时,Qu,η随 Sa/d 增大而减小。群桩效应及η与土类有关;η存在极大值,随 n 增多而减小,但减幅不大。

海洋平台单列群桩效应的研究

主要研究具有大直径d（2.134m）、深贯入 l（96m）、小桩距 Sa（3.507m,其桩间距 Sa与桩径 d之比仅为 1.643）,而且桩数少（仅为一列,共2根桩）等显著特点的某海洋气田平台桩基群桩的竖向承载力的超群桩效应。现有的多种相关规范,并没有涉及到本文所述特殊条件下单列群桩竖向承载力的分析计算。因此,考虑管桩内土塞的闭塞效应,采用线弹性理论、港口工程群桩承载力折减系数法、建筑桩基规范法以及凭借已有模型试验结果进行计算等几种方法来分析该群桩竖向承载力的超群桩效应。通过进一步分析,总结出分析该类群桩效应问题较为实用的方法,以期对工程实践提供参考。

运用FLAC模型分析PHC管桩群桩效应

运用FLAC模型模拟了承台荷载作用下的PHC管桩群桩,得出了荷载-沉降曲线,并与现场所得曲线进行对比分析,结果证明二者吻合较好。然后采用该模型分析了在桩数不变的情况下,桩长L、桩距Sa等对群桩效应及其系数η的影响。结果表明:桩基极限承载力随L和Sa的增长而逐渐增大,但其幅度逐渐减小;η随L的增长而减小,而幅度逐渐降低;η与Sa近似一种线性增长的关系,但幅度随Sa的增大而逐步减缓。

承台外区土阻力群桩效应及效应系数的有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台外区土阻力群桩效应及其效应系数进行了研究,讨论了土类、桩长、桩距、桩数等对承台外区土阻力群桩效应及其群桩效应系数的影响,结果表明(1)承台外区土阻力随承台宽与桩长之比 (B/L)的增大而增大,但增幅不大;随桩距S增大而增大;受桩数n的影响不大。(2)承台外区群桩效应系数随B/L增大几乎无变化;随S增大而增大;不随n变化而变化。(3)承台外区群桩效应系数与土类有关。

基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术(简称PIV),开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料,与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场,通过CCD(charge-coupled device)电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验,并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后,将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析,验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究;楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。

超大群桩竖向承载群桩效应试验研究

根据竖向荷载作用下超大规模群桩的模型试验研究结果,分析群桩的承载性状和群桩效应,试验结果表明,在本试验条件下,群桩效应系数大于1,与按规范公式计算得出值基本一致,并得出一些对该类工程设计和施工具有指导意义的结论。

苏通大桥主塔墩基础群桩效应研究

在苏通大桥主塔墩群桩基础与土体共同作用三维非线性有限元方法分析的基础上,研究了群桩效应对高桩承台底面受力与变形特性、基桩轴力分布、桩侧摩阻力、桩底土附加应力的影响以及桩数变化对群桩效率系数的影响,拟合得出了苏通大桥基桩轴力和群桩效率系数的计算方法.结果表明,在桩径和桩距一定的条件下,群桩效率系数的变化幅度随桩数的增加逐渐减小,并最终趋于定值.

超长钻孔灌注桩群桩效应系数研究

应力叠加理论的群桩效应系数公式理论性较强,考虑了桩长、桩距、桩的排列、以及桩间土性质等多种因素的影响。基于应力叠加理论,通过多种工况的算例,定量地分析超长大直径钻孔灌注群桩中桩数、桩间距、桩长以及桩径与群桩效应系数的关系。计算表明:桩数的增加、桩间距的减小、桩长的增加、以及桩径的增大都使得群桩效应系数减小,但它们各自影响的程度不一样,当桩数超过10×10后,桩数的变化对群桩效应系数的影响非常微小;对于超长桩,一般要求桩间距达到10D左右可不计群桩效应的影响;桩长L<50D时,衰减较快,当桩长L>50D时,衰减较慢。最后通过进行8组超长群桩(1、2、4、9桩多种桩群和多种桩距、桩径)的大比例尺现场模型试验,验证应力叠加的群桩效应系数公式的适用性,可为超长钻孔灌注桩设计提供参考。

喷粉桩复合地基的群桩效应的探讨及其载荷试验研究

从复合地基的基本原理出发 ,讨论了群桩效应现象在复合地基存在的可能性 ,并通过喷粉桩复合地基的单桩、多桩复合地基载荷试验的对比研究 。

超长大直径钻孔灌注桩群桩效应系数研究

针对超长大直径钻孔灌注群桩效应系数,研究了5种计算公式或方法,其中基于应力叠加的群桩效应系数计算公式,考虑了桩长、桩径、土层的内摩擦角以及地基土应力叠加等影响因素,适合计算超长大直径钻孔灌注群桩效应系数。然后,基于苏通长江公路大桥主5号墩超长大直径钻孔灌注群桩基础桩长、桩径和地基土层条件,分别计算了2×2群桩与3×3群桩的群桩效应系数值,并与相应类型群桩离心模型试验的群桩效应系数值进行比较。研究结果表明,计算值仅低于试验值7.2%-12.7%,说明该群桩效应系数计算公式具有一定的合理性,可为超长大直径钻孔灌注群桩设计提供参考。

考虑群桩效应的液化场地桩-土动力p-y曲线研究

为了研究液化场地单桩-土动力p-y曲线对群桩基础的适用性,本文基于OpenSees有限元计算平台,建立了液化场地群桩-土耦合体系地震反应数值模型,并通过离心机试验结果对模型的可靠性进行了验证;基于此数值模型探讨了“p乘因子法”中p-y曲线在液化场地群桩-土动力相互作用分析中的可靠性;通过反复地数值模拟与分析,以桩间距为控制指标,对现有“p乘因子法”中的p-y曲线进行了修正,构建了考虑桩间距效应的液化场地群桩-土动力相互作用p-y曲线,并通过离心机试验结果对其正确性进行了检验。

承台底土阻力群桩效应系数有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台底土阻力群桩效应系数进行了分析;根据分析,编制了相应的有限元程序;应用该程序研究了承台宽与桩长之比、桩距、桩数、土类等对承台底土阻力群桩效应系数的影响。结果表明,(1)承台底土阻力及其群桩效应系数随承台宽与桩长之比、桩距增大而增大,随桩数增多而减小;(2)承台底土阻力群桩效应系数与土类有关。

群桩效应对砂土地基中高桩承台群桩基础抗震性能的影响

针对我国广泛使用的高桩承台群桩基础,基于一组砂土地基中桩柱式基础的抗震试验数据和分析模型,建立了合理的高桩承台群桩基础Pushover分析有限元模型,分别研究在峰值和极限状态时,不同桩基自由长度和不同砂土密度条件下,群桩效应对高桩承台群桩基础整体峰值抗力和变形模式、桩顶水平剪力分配、桩身截面弯矩分布、桩身水平变形和曲率分布的影响,并讨论自由长度和砂土密度对群桩效应的影响。结果表明:群桩效应使基础峰值抗力降低;使峰值状态时承台和桩身水平位移增加,承台转角减小,而对极限状态时承台和桩身水平位移以及承台转角的影响主要依赖于自由长度大小;群桩效应对桩基剪力分配的影响较小;群桩效应对桩身分布弯矩峰值影响较小,但是对弯矩沿桩身的分布和桩身分布曲率峰值影响很大,且这种影响对于后排桩最大,中排桩次之,前排桩最小,自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。

随机波浪作用于三桩桩列上的横向力的水动力特征及群桩效应

本文试验研究了随机波浪作用于串列及并列三桩桩列上的横向力的水动力特征及组成桩间的群桩效应，给出了横向力系数与ＫＣ、ＬＤ两参数的相关曲线。在频域内建议了一个新参数一横向力比频率，它能从一个方面较好地概括横向力谱的特征。以孤立桩柱的横向力为基准考查了桩间相互干扰产生的横向力变化，并以群桩横向力系数描述了这一变化规律。针对随机波浪的特点，文中给出了计算各组成桩上横向力及合力的实用化方法。