砾砂地层盾构切削大直径群桩的刀具研究

刀盘刀具是盾构机实现切削功能并保证其顺利推进的主要部件,合适的刀具选型与设计在保证盾构机成功切削大直径钢筋混凝土群桩的过程中至关重要。依托沈阳地铁4号线盾构切桩工程,结合盾构穿越砾砂地层的工程特点以及切削大直径钢筋混凝土群桩的工程需求,对刀盘刀具进行选型,采用LS-DYNA软件模拟不同刃宽、刃角及前角的贝壳刀切削钢筋的效果。将分析结果应用于该工程,通过对比切桩前后既有隧道沉降变化规律论证刀具选型设计的合理性,并根据切桩后的贝壳刀磨损规律及盾构机排出钢筋情况,评估刀盘刀具切削效果,从而优化刀盘的刀具布置。研究结果表明:盾构刀盘采用面板+辐条复合式直角刀盘,切桩刀具采用前角-45°零后角、5 mm刃宽、90°刃角的双面刃贝壳刀,可提升盾构切桩效果;盾构切桩过程中既有隧道的变形波动控制在1.1 mm内,切桩完成后既有隧道的最大沉降仅为1.96 mm,未对既有隧道造成明显影响;刀盘布置贝壳刀时,应增加高度为210 mm的贝壳刀数量,尤其需要避免单个辐条上仅有1把高度为210 mm贝壳刀的情况,可有效提高刀盘刀具切削钢筋的能力并降低崩刃风险。刀具选型设计结果成功应用于沈阳地铁4号线切桩工程,可为今后类似工程提供参考。

大直径群桩基础承载力特征数值模拟

面对深厚软土层工况,探究采用群桩基础加强地基承载力的最佳桩间距,采用数值模拟的方法对大直径桩基承载特性进行研究,并通过计算沉降理论值验证数值模拟结果的合理性。结果表明:①群桩地基中,边桩沉降普遍大于角桩,扩大桩间距可减小沉降值,也使各桩沉降更加一致,推荐最佳桩间距为5~6倍桩径,即5D~6D;②群桩中侧摩阻力分布存在角桩大、边桩小的情况,增大桩间距可使各桩之间侧摩阻力发挥更充分,但过大的桩间距会使侧摩阻力减小;③对桩间距为5 D时的沉降值经理论值进行验算,得到总沉降理论计算值为16.53 mm,与数值模拟结果24.56 mm接近,且满足规范最大沉降值要求。

多向荷载作用下超大直径群桩基础方案评价

海心桥是连接广州南北轴线的重要联系纽带,因上部复杂的异性结构体系,导致其下部基础承受了复杂的多向荷载作用。考虑土层-结构相互作用,建立海心桥超大直径群桩基础三维精细计算模型,分析基础结构与桩周土的力学性状,量化结构承载力安全富余度和土层稳定系数,而后综合评价多向荷载作用下群桩基础的可靠性。结果表明:(1)基础最大位移不足限值的10%,最小承载力安全系数为2.56,且最大应力显著小于强度设计值,结构未出现裂隙和强度破坏;(2)基础桩周土层受到挤压剪切效应,土层最小稳定性系数为2.58,没有出现塑性破坏;(3)综合土层与结构力学特性研判,实例群桩基础满足可靠性要求;(4)基础在单向荷载作用下表现出的受力变形一致性在多向荷载作用下不复存在;(5)承台-土层相互作用特性对桩基内力影响明显,桩基设计计算中应充分考虑。项目实施后,计算结果与实测值进行了对比验证,指出了规范中m法的局限性,并给出了修正建议,可为类似工程提供参考。

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。

超长大直径群桩沉降计算方法探讨

针对苏通长江大桥主塔超长大直径灌注群桩基础,分别采用目前国内铁路桥涵地基和基础设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范、建筑桩基技术规范、建筑地基基础设计规范和美国桥梁设计规范中的荷载与抗力系数设计法对其沉降进行计算,然后再与大型离心模型试验沉降值进行比较,提出考虑超长桩的桩身压缩和采用荷载传递系数修正桩端附加应力的沉降计算方法,得到的理论计算值与试验值比较接近,仅相差7.8%;同时用该法所得计算值与内昆线某一大跨刚构连续组合体系特大桥超大规模高墩群桩基础的沉降试验值也比较逼近。最后讨论了现行规范中对群桩沉降计算存在的一些问题并提出一些建议。

泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究

采用三维八节点等参单元与无限元相组合的数值方法进行土和大桥桩基的地震反应分析。基于ABAQUS软件,建立"承台-群桩-土体系统"的大型三维非线性时域地震动力反应分析的弹塑性模型与相应的计算方法。承台和桩采用混凝土损伤塑性模型,土体采用传统莫尔-库仑屈服准则的弹塑性模型。考虑承台和大直径超长钻孔灌注桩的天然自重、江床浅部松散砂性土层部分振动液化等不利因素对桩基础承载能力的影响。提出静、动力统一的黏弹性无限元边界概念,采用四CPU并行计算得到"承台-群桩-土体系统"同时承受竖向静载荷和水平动载联合作用时,群桩的动轴力、动剪力和动弯矩,桩周摩阻力和桩侧与桩周土体的接触压强等对设计和施工具有参考价值的成果,进而对大桥桩基的抗震性能有比较全面和深入的认识。

苏通大桥主塔超大群桩基础沉降特性研究

针对苏通大桥主桥南塔高承台超大群桩基础,分2步对其沉降进行计算。首先,采用国内外不同方法计算桩身弹性压缩变形量和桩端以下土层的沉降量;其次,将不同方法计算的桩身变形量和土层沉降量组合为总沉降量,并与沉降试验值比较。结果表明,对于超大群桩基础总沉降,桩身的弹性压缩变形量不容忽略,且自重引起的弹性变形量也应考虑;按照文中推得公式计算的桩身弹性变形量与基于Mindlin附加应力解计算压缩土层理论沉降量进行组合的总沉降量与试验值非常吻合,仅偏低0.06%。

横向受荷桩的p-y曲线研究与应用述评

p-y曲线法是目前常用且较为合理的分析横向受荷桩的方法,但对这一方法尚缺乏比较全面的认识和准确的评价。文章从粘性土中单桩、砂土中单桩和各种土中群桩三个方面评述了国内外p-y曲线法的研究现状,分析各个p-y曲线法特点和适用性。在此基础上提出了p-y曲线法研究和应用中需要改进或加强的建议,即深入研究桩周土极限抗力确定方法以提高p-y曲线法精度;研究和编制p-y曲线法通用程序以推广其工程应用;深入研究工程实践中急需的大直径桩和群桩p-y曲线。

大直径超长群桩有效桩长问题的有限元参数分析

采用大型有限元软件ABAQUS,针对大直径超长群桩的有效桩长进行三维有限元数值分析.采用极限承载力控制法,对竖向荷载下不同布桩形式的大直径超长群桩基础的有效桩长进行研究.结果表明:有效桩长随桩数的增多而增大,随桩距的增大而减小;桩数增多,有效桩长对应的群桩的极限承载力降低,桩距的变化对有效桩长对应的群桩的极限承载力影响不大.

基于Mindlin应力解的超大群桩基础沉降计算

针对18根和64根超长大直径群桩基础,采用Mindlin应力解,假定桩端阻力为集中力、桩侧摩擦阻力呈向下线性增加分布形式,推导沉降计算公式。在苏通大桥主塔下实际地基和离心试验模型地基条件下,分别按照应力比和变形比确定压缩土层的计算深度,对这两类超长大直径群桩进行沉降量计算。研究表明,对于超长群桩而言,基于Mindlin应力解,采用变形比法进行沉降计算比较合理;对于桩数不同的群桩,其计算精度也不相同,说明群桩效应对沉降计算有影响;在两类地基条件下,不论按应力比法还是变形比法进行沉降计算,与离心模型试验沉降值相比,其最大差值均不超过10%,说明利用模型地基进行沉降计算是可行的。

基于Mindlin位移解的超大群桩基础沉降计算

针对18根和64根超长大直径群桩基础,采用Mindlin位移解,假定桩端阻力为集中力和桩侧摩擦阻力呈向下线性增加分布形式后,推导出沉降计算公式.在苏通长江公路大桥主桥索塔群桩基础离心试验的模型地基条件下,按照变形比法来确定压缩土层的计算深度,对这两类超长大直径群桩进行沉降量计算.研究结果表明,与离心模型试验沉降值相比,两类群桩理论计算沉降值均偏低,18根群桩基础沉降理论计算值偏低16.8%,而64根群桩基础偏低39.9%.可见,用基于Mindlin位移解对超长大直径群桩基础进行沉降计算时,理论值偏低,同时也表明群桩效应对桩数较多的群桩沉降计算影响较大.

强震作用下嵌岩型群桩基础的动力响应特性

结合强震区桥梁群桩基础工程,考虑桩土惯性相互作用,建立了嵌岩群桩基础三维有限元模型,分析不同加速峰值0.15g～0.60g地震波作用下嵌岩群桩基础的加速度、位移、弯矩、剪力等动力响应。研究结果表明:不同位置桩基弯矩、剪力峰值不同,边桩和中桩较大,角桩较小;弯矩峰值普遍出现在基岩面附近,剪力峰值普遍出现在桩顶和基岩面附近,研究成果为类似嵌岩群桩基础的科学设计提供了理论依据。

层状地基中大直径超长群桩的承载特性研究

本文利用数值分析方法,对层状地基中大直径超长群桩的荷载位移曲线、桩侧摩阻力及桩端阻力、桩顶反力、桩身轴力的分布规律等进行了较为系统地研究,同时对比分析了层状地基中土体本构模型的选择对数值分析结果的影响,所得结果对深入研究该类桩基的承载及变形特性具有一定的参考价值.

超大直径嵌岩桩基础整体受力体系分析

大直径嵌岩群桩基础具有承载力高、沉降小等优点,基于赤石特大桥自平衡试桩,采用ABAQUS有限元分析软件对不同持力层刚度、承台厚度及基础上部墩身形状进行数值模拟,分析和讨论超大直径嵌岩桩基础整体受力特性。

钢管桩嫁接大直径桩在边坡支护中的应用

在坚硬岩体中施工大直径抗滑桩非常困难,需要安全有效的结构设计和合理施工方法的选择。以某基坑支护工程实践为例,大胆创新支护桩结构设计方案,通过在坚硬岩段采用微型钢管群桩代替大桩方案的变更设计,改进了施工工艺,有效地克服了在坚硬岩体中施工大口径桩嵌岩困难的问题,满足了原设计中的嵌岩深度,达到了支护效果。

粗砂密实状态超长群桩承载性能试验分析

通过超长桩模型试验研究结果分析,研究了超长灌注群桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理,探讨了超长群桩各桩身轴力、摩阻力分布等问题,得出了一些有实际指导意义的结论。

大直径超长钻孔灌注群桩基础关键技术研究

通过搜集近十几年来大直径超长钻孔灌注桩相关研究,对其在荷载传递机理、承载力影响因素、群桩效应、沉降计算理论,以及关键施工技术等方面进行系统的归纳与总结,并将结论应用于实际工程设计当中。其研究成果对工程设计人员开展大直径超长钻孔灌注群桩基础的设计工作具有一定指导价值,同时可以辅助科研人员开展相关的研究工作。

软土地区铁路桥大直径群桩基础的大型厚承台设计实践

针对软土地区铁路桥大直径超长群桩基础,以甬江铁路桥为背景,采用有限元数值分析(三维实体模型)、撑杆-系杆体系、梁式体系3种计算方法对超大桩头力、不等长桩的铁路桥梁大型厚承台进行计算。结果表明,不等长桩的大型厚承台在强大荷载作用下,基础位移及基础变位所致塔顶位移均不显著,而承台底面主拉应力较大,需作配筋设计和验算。

海上岩溶地质大直径群桩基础钻孔施工病害处理

以大连星海湾跨海大桥为例,结合工程的特点,对该工程的岩溶地质类型进行了分析,着重探讨了大直径群桩基础钻孔施工病害的处理措施,为确保工程的施工质量提供了技术支撑。

大直径盾构隧道近接高架桩基群施工影响分区方法与分区控制技术研究

为探究大直径盾构隧道施工近接高架桩基群的影响分区并提出有效的综合控制措施,以上海机场联络轨道工程中七宝山站—华井站区间盾构施工近接高架桩基群为工程背景,采用数值模拟以及理论分析提出近接影响分区方法,采用数值模拟与现场测试验证的方法探究分区加固方案的控制效果与有效性,主要得到以下结论:(1)基于水平近接度与垂直近接度建立的近接影响分区方法可以用于桩基群的近接度分析;(2)建议强影响区采用MJS加固+隔离桩+承台下方袖阀管注浆的组合加固措施,弱影响区采用隔离桩控制的分区控制技术;(3)隔离桩主要起到隔绝土体水平变形的作用,MJS加固和承台下方注浆加固主要起到加固土体,减少土体受开挖扰动产生的松动滑移;(4)分区控制技术可以实现承台整体沉降降低50.4%、水平位移降低69.7%,桥墩柱整体沉降降低47.7%、水平位移降低56.0%,墩柱的倾斜度减小37.1%~46.9%。