带扩大桩靴桩基施工挤土效应解析研究

提出新型带扩大桩靴预应力管桩基础.不同于均匀截面管桩的施工挤土效应,由于桩靴尺寸大于预制管桩桩身,桩端扩张不宜视作理想球体而更接近于扁球体(旋转椭球体).基于扁球体扩张源对新型带扩大桩靴桩基施工挤土位移场进行解析求解,基于圆孔扩张理论考虑桩周土塑性区域的体积变形,对扁球体扩张应变路径法计算结果进行修正.通过提出的解析解,研究带扩大桩靴桩基施工挤土效应.结果表明,桩周场地可以根据位移场分布规律,大致分为近地表、近桩端以及桩身附近3个区域.扩张源形态越“扁”,桩身附近区域水平“排开”效应略有增强,近地表区域地面“隆起”位移及近桩端区域竖向位移显著减小,这对于挤土桩施工而言是非常有益的.

带扩大桩靴桩侧同步灌浆桩成桩过程试验研究

针对新型带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础的施工成桩过程,开展透明土模型的试验研究.相较于传统预制桩,新桩型成桩完成后,端部扩大桩靴结构及桩周固化后的水泥浆液可以明显提升基桩端阻力和侧摩阻力,使得该新桩型具有较高的抗拔能力.通过透明土材料Laponite RD模拟软黏土施工环境,分别针对常规预制桩、带扩大桩靴预制桩及带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩开展对比模型试验,采用粒子图像测速(PIV)技术进行成桩施工过程的可视化后处理,以探明该新桩型的成桩过程机理,为新桩型的进一步推广应用提供理论支撑.研究结果表明,新桩型施工挤土位移场的分布形式不同于常规预制桩,呈涡旋状,挤土位移的影响范围小于桩靴同直径的预制桩. X、Y方向的位移云图显示,扩大桩靴结构和同步灌浆施工技术使得桩周土体表面及内部施工扰动的影响范围更小,这对于挤土型桩基施工而言是十分有益的.

既有铁路桥梁桩基检测与病害加固处治

某既有铁路桥梁因水害导致墩身位移,为快速无损进行桩基完整性检测,采用基于桩侧切割小平台作为激发点的瞬态激振的双速度法,共检测5根角桩,判定3根桩无缺陷反射,2根桩局部有缺陷异常反射。对其中2根无缺陷桩和1根有缺陷桩进行钻孔验证,3根桩芯样结果与检测结果一致。针对墩身位移病害,分两阶段进行加固处治,第一阶段主要采取山体侧清方卸载、设置环形截水沟、临空侧设置钢板桩及填土反压等应急抢险措施,阻止病害程度进一步加剧;第二阶段综合采取增设仰斜孔排水、锚杆框架梁、锚固桩、扩大承台及加桩等永久整治措施。经两阶段加固处治后线路恢复运营,桩身应变、墩身及轨道位移监测数据均正常。

深厚杂填土地基挤密桩加固效果试验研究

在深厚杂填土场地地基处理时,挤密桩由于较好的适用性和经济性而得到广泛应用。但是,在挤密桩的加固效果计算上尚有诸多不足。在夯扩挤密桩试验研究中,通过设置观测标点,研究在以粉土、砂质粉土、黏土及碎石素填土为主的深厚杂填土场地夯扩挤密桩地基处理的效果,判断夯扩挤密桩挤密影响范围,并采用干密度试验比照分析,对定位点测量的结果进行验证。通过综合分析得到挤密桩较精确的地基加固范围,并分析竖直方向加固效果的变化,为类似工程设计提供参考。

螺纹扩大体钢桩在深基坑支护工程中的应用研究

螺纹扩大体钢桩是近年来江浙沪地区逐渐兴起的一种新型斜向支护结构,与传统钢筋混凝土内支撑相比具有施工便捷、工期缩短、成本节约等优势。文章结合苏州工业园区某大面积深基坑工程,对螺纹扩大体钢桩的应用进行介绍,重点对支护型式的选择及施工工艺进行阐述;静载试验结果表明,螺纹扩大体钢桩承载力满足设计要求;启明星软件计算结果和现场监测数据均显示,钢桩的变形控制效果好,该项目的成功经验可供类似工程借鉴与参考。

墩身偏位原因及纠偏加固方案数值模拟研究

为探究某大桥墩身偏位的原因,在原位勘察结果的基础上,分析研究了导致墩身发生偏位的影响因素,这些因素包括桩底下卧软弱破碎带、桩侧及桩底岩层软化、桩侧钻孔、桩侧及桩底岩层在振动耦合作用下的加剧软化等。通过数值模拟发现,岩层软化对于墩身偏位的影响程度最大,桩底下卧软弱破碎带次之,桩侧钻孔对于墩身偏位的影响最小。在探明墩身发生较大偏位的主要原因后,针对补桩过程中墩身发生第二次较大偏位的现象,提出预注浆加固的方法进行纠偏加固。数值模拟结果表明,预注浆加固可使补桩引起的6#墩身偏位量减小80%。优化后的6#墩纠偏加固顺序为:原5#~8#桩底预注浆加固、补桩、增大墩身截面纠偏墩身。

装配式旋压扩大头钢管桩的设计与施工

文章对装配式旋压扩大头钢管桩的优势进行讨论,提出了装配式旋压扩大头钢管桩的设计思路,即围绕一般规定、构造及焊缝形式和尺寸,通过对有关设计参数及流程展开讨论,论述了装配式旋压扩大头钢管桩具体施工流程,并对制作与施工、产品制作与出厂检验施工准备施工工艺等进行分析研究。研究结果表明,在关键施工工艺中,吊装时应对构件进行进场验收,主要通过复核桩芯位置、检验机械水平度等方式,通过高效率的施工方式决定桩架及吊装次序。

软土地区扩底抗拔桩承载特性试验研究

扩底抗拔桩在软土地区的研究与工程应用较少。设计出适合于上海软土地区的扩底形状与机具,并采用现场足尺试验对等截面桩与扩底桩的抗拔承载特性进行了对比研究。试验共分两组,两组试桩的桩长与桩径皆不同。每组试桩由一根等截面桩与二根扩底桩组成。试验表明,扩底抗拔桩的荷载变形曲线相对平缓,表现得更有后劲,极限承载力比等截面桩提高50%以上,扩底效果明显。并对扩底抗拔桩的桩顶和桩端变形随荷载发展规律、桩身变形与回弹规律进行了初步探讨。足尺试验初步验证了上海地区采用小角度扩底抗拔桩的可行性,为认识此类扩底抗拔桩的承载特性并推动其在工程上的应用迈出了第一步。

饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明:土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。

分层地基中扩底桩抗拔承载力的计算方法研究

采用极限平衡法,利用幂函数形式的滑移面假设,推导出扩底抗拔桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式,并将计算结果和其他方法计算结果分别与室内模型试验和原位试桩结果作对比,分析后发现文中计算公式是几种破裂面假设及其计算公式集成的一种简化计算方法;密砂中取幂指数N=10,松砂中取N→∞的计算结果和室内模型试验结果是一致的;分层地基中的原位试桩具有明显的尺寸效应,应区分短桩(L/d<20)和中长桩(L/d>20);文中计算方法取N→∞,在短桩的计算结果和原位试桩结果一致,在深基础中长桩则需引入分层折减系数进行修正,分层折减系数在砂土中取0.5,黏土中取0.6是合适的。

扩底抗拔桩扩大头作用机制的数值模拟研究

在上海软土地区进行的足尺试验表明,采用小扩展角度的扩底抗拔桩能大幅提高承载力。由于没有对桩身轴力进行量测,仅凭现有的试验成果无法深入认识扩大头的作用机理。采用数值方法模拟足尺试验,通过拟合试桩中荷载-位移关系曲线,确定相关计算参数,以了解扩底抗拔桩上拔过程中扩大头抗拔阻力的组成部分及各部分在上拔过程中的变化规律,分析扩大头对抗拔承载力提高所起的作用,同时对扩大头扩径倍数、扩大头长度、扩展角度及扩大头持力层性质等主要影响因素进行了敏感性计算,可以分析这些因素的变化对承载力的影响。最后结合数值分析结果和工程实际要求对扩底抗拔桩的设计提出了建议。

软土地区多种桩型抗拔桩侧摩阻力特性研究

近年来,对扩底抗拔桩和桩侧注浆抗拔桩这两种新型抗拔桩承载特性的研究受到广泛关注。依托上海虹桥综合交通枢纽工程,开展了等截面、扩底和桩侧注浆3种桩型抗拔桩的现场足尺对比试验。比较了各桩型桩侧摩阻力发挥特性的差异;并对典型土层在不同桩型中摩阻力的发挥特性进行了分析;将3种桩型抗拔桩的桩侧摩阻力实测值与规范推荐值进行了比较。进一步认识了软土地区扩底抗拔桩和桩侧注浆抗拔桩各自的荷载传递特性。

水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。

不同桩长扩底抗拔桩极限承载力的统一计算模式

基于有限元数值模拟分析以及相关文献成果,提出了一个适用于不同桩长扩底抗拔桩极限承载力的统一计算模式。在极限状态下,扩大头处形成椭圆状局部破坏;而等截面段形成幂函数形式的曲线破裂面,幂函数曲线破裂面形状取决于土层及桩型参数。提出扩大头影响高度H1的概念,由扩底抗拔桩足尺试验数据,拟合出一个适合上海等软土地区扩底抗拔桩扩大头影响高度H1的计算公式。计算结果与工程实测结果的比较,验证了统一计算模式的正确性。另外,该方法也可退化为等截面抗拔桩极限承载力的计算。

土体含水量对扩底桩上拔承载力影响研究

对不同含水量下粉土中扩底桩上拔性状进行分析,通过简化计算方法考虑土体含水量对土体变形模量和表观黏聚力的影响。首先,采用饱和及非饱和土体中扩底桩上拔大尺寸物理模型试验结果,对建立的计算模型合理性进行验证。在此基础上,研究土体饱和度对扩底桩上拔特性的影响和扩底桩极限上拔承载力随降雨时间及地下水位升降的变化规律。研究表明,土体饱和度变化对不同埋深的扩底桩上拔特性均有较大影响。降雨使浅层土体含水量增加,在相同的降雨时间内,埋深较浅的扩底桩上拔承载力下降明显;地下水位上升使不同埋深的扩底桩承载力均有明显降低。

夯扩桩半模夯扩试验及夯扩机理探讨

设计了夯扩桩半模夯扩试验，采用读数显微镜直接测读上体质点位移，获得了不同密度的均匀砂土中砂粒的位移，由此确定土体的位移场和密度场。借鉴魏西克（Ｖｅｓｉｃ）球形孔穴膨胀理论和梅耶霍夫（Ｍｅｙｅｒｈｏｆ）塑性剪切理论，结合模型试验成果，对夯扩机理作了探讨，并定性地提出了夯扩机理模式。

利用荷载传递法计算扩底抗拔桩的位移

国内外关于扩底抗拔桩的承载力研究较多,而对扩底抗拔桩的位移研究较少。根据荷载传递理论提出了一个预测扩底抗拔桩非线性变形的分析方法,使用双曲线函数模拟桩侧和桩端反力和位移之间的非线性关系,并给出了详细的分析程序。通过与模型试验和现场试桩试验的结果进行对比,提出的分析方法可以合理地预测扩底抗拔桩的位移,理论预测结果和实测结果是相当吻合的。

软土地基中扩底抗拔中长桩的极限承载力分析

扩底抗拔桩的研究和应用以短桩居多,并且大都以砂土或软岩为持力层,对于软土地基中扩底抗拔桩的承载力研究较少。基于扩大头局部剪切滑移面假设的极限平衡法,推导出扩底抗拔中长桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式;结合有关工程实例的原位试桩结果,对扩大头影响高度进行了确定,同时还探讨了所提出方法在超长桩中的适用性。研究结果表明,提出的简化分析方法能合理地揭示上海软土地区扩底抗拔中长桩的破坏机制,并获得承载力变化的一般规律。

复合载体夯扩桩最优桩距的研究

复合载体夯扩桩的最优桩距的确定对于提高复合载体夯扩桩的技术经济效益有着十分重要的作用。通过半桩模型试验确定了在不同桩距情况下夯扩的相互影响 ,从而把夯扩扰动影响控制在合理范围内 ,并确定最优桩距。同时 ,通过现场取样和室内试验确定了夯扩对夯扩体以下地基的竖向影响范围 ,并用计算下卧层土体的承载力来确定复合载体夯扩桩的最优桩距 ,两种方法得到的最优桩距均接近于 4倍桩径。

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQU S,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载—位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。