A new method determining safe thickness of karst cave roof under pile tip

Cave roofs are used to support pile foundation in many engineering projects. Accurate stability analysis method of cave roof under pile tip is important in order to ensure the safety of the pile foundation structure. Firstly the mechanical model to analysis the stability of cave roof under pile tip is founded aiming to solve the problems that the simplified mechanical model has. Secondly, the boundary of cave roof is simply supposed to be supported according to the integrity of the rock mass in the boundary of cave roof. Thirdly, based on the theory of plates and shells, the simplified model is calculated and the theoretical calculation formula to determine the safe thickness of cave roof under pile tip can be obtained when the edges of the cave roof are simply supported. In the end, the analysis of the practical engineering project proves the feasibility and the rationality of the method which can be a new method to calculate the safe thickness of cave roof under pile tip.

Stability analysis of subgrade cave roofs in karst region

According to the engineering features of subgrade cave roof in karst region, the clamped beam model of subgrade cave roof in karst region was set up. Based on the catastrophe theory, the cusp catastrophe model for bearing capacity of subgrade cave roof and safe thickness of subgrade cave roof in karst region was established. The necessary instability conditions of subgrade cave roof were deduced, and then the methods to determine safe thickness of cave roofs under piles and bearing capacity of subgrade cave roof were proposed. At the same time, a practical engineering project was applied to verifying this method, which has been proved successfu1ly. At last, the major factors that affect the stability on cave roof under pile in karst region were deeply discussed and some results in quality were acquired.

基于CATIA的溶洞与桩基础三维数字化建模及其施工应用

为了探索岩溶地质下如何制定合理的桩基础施工方案,本文介绍了计算机辅助三维交互式应用(CATIA)软件在工程实例中的溶洞和桩基础建模以及它们空间位置分析的全过程,包括勘察数据的处理、溶洞和桩基础模型的建立等,重点介绍了溶洞和桩基础的空间位置关系对于施工方案设计的帮助。本文以广州市白云区槎头车辆段桩基础施工为例,探索出了高效利用物探和钻探结果在CATIA软件中生成溶洞-桩基三维模型的方法,并以此为参照制定出合理的桩基础施工方案,为探究溶洞与桩基础的空间位置关系和类似工程的桩基础施工提供了参考。

串珠状溶洞数量影响灌注桩顶部水平受拉特性试验研究

采用室内模型试验,对比研究串珠状溶洞数量对灌注桩顶部水平受拉特性的影响,为岩溶强发育区嵌岩桩的水平承载力设计提供试验依据.结果表明:1)桩顶水平荷载相同时,上部土层段桩身水平位移、桩身弯矩(峰值)、桩侧土抗力随溶洞数量的增多而增大,单桩水平承载力随溶洞数量增多而明显减弱.2)上部土层段桩身水平位移随桩顶水平荷载增大而增大,桩顶水平位移最大,嵌岩段很小甚至为0;弯矩M-深度z曲线整体呈抛物线形,桩身弯矩在土岩界面和上层溶洞与底板界面呈现2个峰值,弯矩的变化仅仅影响到上层溶洞及其底板,第2层溶洞及其以下的弯矩几乎为0,土岩界面弯矩最大、截面最危险;土抗力p-深度z曲线呈“凸肚”形.3)溶洞数量增加,位置越高,p-y曲线越容易收敛,可以采用p/pub=α(y/y50)β拟合土层段的桩身p-y曲线.溶洞数量对α与β值变化幅度的影响较小,α与β值变化幅度体现p-y曲线随深度变化的敏感度,两者敏感度随溶洞数量增多而增大.4)工程桩刺穿串珠状溶洞时,为了提高单桩水平抗拉能力,建议采用注浆法改善上部岩土性质,加大土岩界面处桩身配筋率,并将桩身嵌入上层溶洞底板一定深度,防止基桩在土岩界面处发生弯曲破坏.

不同溶洞处治措施对桩基承载特性的影响研究

为探究不同溶洞处治措施对岩溶发育区桩基承载特性的影响,通过有限元软件建立溶洞-桩-岩土体耦合作用模型,对比分析溶洞高度变化情况下,2种不同的溶洞处治措施(回填法和钢护筒跟进法)对桩基承载特性的影响。结果表明:随着溶洞高度增加,2种处治措施下桩基竖向承载力都呈降低趋势;溶洞高度小于10 m时,不同处治措施对桩基竖向承载力影响可忽略,溶洞高度大于10 m则需考虑处治措施对桩基竖向承载力的影响;在回填法处治的溶洞范围内,桩身轴力降幅较大,桩侧摩阻力增加显著,在钢护筒跟进法处治的溶洞中桩身轴力与桩侧摩阻力则基本不变;与钢护筒跟进法相比,回填法更有利于发挥桩侧摩阻力;溶洞高度增加时,2种处治措施下桩侧摩阻力比重均逐渐减小,桩端阻力比重逐渐增大,达到桩基极限承载力时,回填法处治后的溶洞较钢护筒跟进法桩端阻力占整体比例更小。

岩溶区PST管桩复合地基的工程应用

经对某场地高层建筑地基素填土厚度大、下伏基岩岩溶发育、以多层串珠状溶洞为主的地层条件研究,提出一种PST管桩刚性复合地基。采用试验和监测等方法来指导复合地基处理设计与施工,根据场地试桩数据来验证设计的合理性。施工完成后,采用静载荷试验对复合地基进行质量验收检测,并连续进行沉降监测。结果表明:岩溶区PST管桩复合地基是一种处理高层建筑地基很可行的方法,处理后可以满足高层建筑物对地基强度、变形及稳定性的要求。

基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究

为了研究改良膨胀性注浆材料的注浆效果,通过室内试验采集浆液结石体物理力学参数,应用有限元软件Midas GTS NX在CATIA所构筑的三维溶洞模型的基础上,结合修正莫尔-库仑模型及弹性本构关系,分析了桩基础下土层的应力与变形在空洞及改良前后不同浆液填充状态下的变化规律,以此为标准对注浆效果进行对比分析。研究表明:对桩基础下溶洞进行注浆充填加固可有效保障桩基础及桩基础下溶洞的稳定性,避免工程事故的发生,相比于普通水泥浆液,改良膨胀性注浆材料的整体强度明显改善,变形与应力均有所减小,结构更均匀,更密实。同时也表明,通过数值模拟分析确定溶洞的注浆效果具有一定的可行性和指导意义,可为工程的设计与施工提供参考。

岩溶区桩基承载特性研究综述

在岩溶区进行桩基施工时,应尽可能地避开溶洞,但不可避开的情况也普遍存在,因此岩溶区桩基承载特性研究是桩基发展过程中必须要面对的问题。从理论研究、物理实验、数值模拟3个方面对岩溶区桩基承载特性研究现状进行了分析,得到如下结论:现有承载力计算公式存在影响因素考虑不全的情况,后续理论研究应考虑多因素协同影响下单桩极限承载力计算公式推导。物理模型试验的变量较为单一,试验过程中常常忽略水对桩基承载特性的影响,后续研究应当重点考虑地下水及多因素的协同作用。原位实验开展较少,检测获得数据准确性有待提高,后续应开展更多的原位实验、现场破坏实验以获得更全面的桩基承载特性实验数据。数值模拟研究中溶洞模型的建立大多采用长方体、正方体、椭球体、球体等标准尺寸,这与实际地层溶洞三维几何尺寸不符,真实的溶洞几何模型的建立是未来重点的发展方向。

基于岩溶三维地质模型的桩基承载力特性研究

本文依托中铁十九局集团有限公司岑大公路YTHJ4标桥梁桩基项目,通过Civil 3D软件建立了三维地质模型;并介绍了桩基作用下溶洞两种不同的破坏模式;然后采用基于FLAC 3D数值分析软件的单因子变量法分析了不同溶洞顶板厚度、顶板跨度、洞高、溶洞中心偏离桩轴线距离等对嵌岩桩承载力特性(极限承载力、极限侧摩阻力、桩土相对滑移距离等)的影响。研究结果表明:溶洞顶板是影响桩基极限承载力的主要因素;溶洞极限状态下的破坏模式强烈依赖于溶洞顶板厚度、顶板跨度和岩体力学性质;当溶洞顶板厚度达到三倍的桩径时,桩侧摩阻力可完全发挥;溶洞顶板跨度和偏心距离对桩基承载力特性的影响存在一个稳定点。这些研究结论为岩溶地区的嵌岩桩设计提供了一定的参考依据,进一步丰富了岩溶地区桩基设计理念。

岩溶强发育区桩基础问题处理分析

在岩溶地区桥梁建设过程中,常有因桩基承载力不足、顶板厚度不足导致的桥梁结构失稳、破坏等工程问题,论文通过分析岩溶发育规律及其影响因子来寻找有效防治手段,再以江西宜春某公路桥梁项目为依托,根据地勘资料选择合理的桩基础设计,分析岩溶区桩基础施工要点。

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。

陡坡段穿越溶洞桩基竖向承载特性离心试验

为了研究陡坡段桥梁桩基穿越溶洞时的竖向承载特性,利用离心模型试验,研究陡坡坡度一定时,桩顶竖向荷载作用下溶洞高度变化对桩基础荷载-沉降曲线、桩基极限承载力、桩身轴力及桩侧阻力的影响,给出影响桩基竖向承载特性的关键参数.结果表明,在桩长及桩基入岩总深度一定的情况下,桩基竖向极限承载力随溶洞高度的增大而减小,极限承载力减幅随溶洞高度的增大而增大.当洞高小于1.2倍桩径时,极限承载力的减幅不明显.当洞高大于2.4倍桩径时,极限承载力的减幅显著增大.桩身轴力的衰减速度在粉质黏土层内较小,在持力层内较大,在溶洞范围内基本不衰减.当洞高大于2.4倍桩径时,持力层范围内的轴力衰减幅度显著增大.桩侧阻力在持力层内显著大于上部岩土层,在溶洞范围内几乎为零.随着溶洞高度的增大,桩基础竖向极限承载力中桩侧阻力的占比逐渐减小,当洞高大于2.4倍桩径时,桩侧阻力减小了65.5%,桩基由摩擦桩逐渐向端承桩转化.

溶洞上方桩基极限承载力计算

为计算岩溶区桩基的极限承载力,提出一个符合工程实际情况的简化分析模型,充分考虑了桩与溶洞之间距离对桩基承载力的影响。基于极限分析上限法,提出了相应的假定破坏模式,并采用三角形刚性块体对破坏模式进行离散,计算得到外力功率和内能耗散率。以桩端极限承载力作为目标函数,将该问题转化为数学优化模型,并利用MATLAB对数学优化模型求解。将本文计算结果与有限元极限分析法所得结果进行对比,验证了本文方法的正确性。最后,分析了材料参数和几何参数对桩基极限承载力的影响,参数分析表明:随着桩与溶洞距离不断增大,溶洞对桩端承载力的影响越来越小,当桩与溶洞距离超过某一定值时,桩端极限承载力将不受溶洞的影响。

不同溶洞条件下穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制

穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制是特殊岩溶发育地区桥梁基础设计的核心问题.依托新建沪渝蓉高速铁路马河特大桥24#号墩岩溶桥基工程,开展区域地层(上覆粉质黏土层,下部风化灰岩)中桩基础竖向受荷现场试验.结合有限元数值模拟方法,研究有无溶洞、不同溶洞直径和不同溶洞位置等因素对穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制的影响规律.研究结果表明:(1)相比于无溶洞条件,溶洞存在导致桩基竖向承载力降低,溶洞以上的桩侧摩阻力减小,溶洞以下的桩侧摩阻力增大,桩身压缩量增加;此外,溶洞存在降低了桩身侧阻的荷载分担比,有利于发挥端阻.(2)在不同地层中,溶洞直径变化对桩侧摩阻力的影响有所不同.下部岩层中桩侧摩阻力随着溶洞直径的增大而增大,而上覆土层中变化不明显;整体看来,桩侧摩阻力的荷载分担比随溶洞直径的增大而减小,端阻力占比随之增大.(3)随着溶洞深度的增大,溶洞以上岩层中桩侧摩阻力减小,溶洞以下在1倍溶洞直径范围内桩侧摩阻力增大,桩身压缩量和桩身荷载分配的变化不明显.

特殊地质桩基施工关键技术研究

针对济南工业北路东延工程岩溶区大直径桩基施工,结合现场地质实际情况,进行了施工中关键技术研究,介绍了现场施工一步步摸索情况,从难点分析、应对措施、典型不良地质施工处理方案及相关注意事项进行总结,通过现场实践,为工程建设提供有力支持。

某机场航站楼岩溶发育区桩基施工技术

结合南宁吴圩国际机场T3航站区及配套设施建设工程–航站楼工程二标段项目,对强岩溶发育区桩基设计施工进行研究。桩位勘察采用一桩一孔+管波探测法,替代传统的一桩多孔。在桩位中心勘察钻孔进行管波探测,可快速探明桩位范围的岩溶、软弱夹层及裂隙带的发育和分布情况。较传统一桩多孔的桩位勘察方式,节省勘察成本,加快建设工期。桩基施工采用干成孔施工工艺,针对串孔、塌孔、溶洞等不良地质采取针对性的处理方案,以控制施工质量。

岩溶地区某码头工程的勘察与桩基设计优化策略

结合韶关岩溶地区某码头工程,对其桩基设计与溶洞处理问题进行深入研究。目标是在复杂地质条件下提高桩基设计的可靠性和安全性。通过结合钻探和多种地球物理探测方法(包括管波探测法和弹性波CT法),对岩溶区的地质特征进行全面勘察,并提出在溶洞物理力学性质较弱的区域实施“先逐层冲填片石后注浆”的处理方案。结果表明,溶洞分布不规则,大小和深度变化大;静载试验结果验证了处理方案的有效性。

强岩溶地区基础设计与施工

强岩溶地质非常复杂,以广州市白云区某项目强岩溶地质地基基础的设计为例,采取足够的施工勘察尽可能查明溶洞大小及边界,根据溶洞性质、场地环境通过对比分析进行基础选型、桩基础设计和溶洞处理,可为类似工程提供参考。

岩溶区地质特征调查研究进展

调查岩溶区的地质特征,总结岩溶发育机制,对岩溶区桩基施工具有一定的指导意义。本文通过研究岩溶区地形地貌、地层岩性、地下水概况、岩溶空间分布等特征,总结岩溶发育机制,得到如下结论:(1)岩石中可溶性矿物含量越高,晶粒越细,溶解度越大,原生孔隙度越高,越有利于岩溶发育。(2)地下水的径流方向和径流强度决定了岩溶管道的发育方向和发育规模;地形坡度和岩溶地下水水力坡度小时,岩溶发育以平面向延伸为主,反之以垂直延伸为主。(3)在断裂交汇部位,岩石破碎程度较高,岩溶发育程度较高;褶皱轴部和倾伏、扬起端,断层或裂隙较为富集,有利于岩溶发育;在褶皱区岩溶多具沿褶皱走向发育的特点,其轴部岩溶更发育;向斜核部较背斜核部岩溶发育,核部构造较两翼发育。

岩溶区桩基承载性能及影响因素研究进展综述

岩溶区地质环境复杂,溶洞隐蔽性较大,给桩基施工和设计带来了巨大挑战。充分考虑溶洞与桩基的相互作用,是确保上部建筑安全的关键。本文以岩溶区桩基承载性能为背景,综述了岩溶桩基相关模型实验、数值模拟和理论计算方法,发现下伏溶洞型桩基现研究的重点为顶板安全厚度、岩板质量、桩身直径、溶洞尺寸等,顶板相对安全厚度的计算仍是一个难题。对于贯穿溶洞型,现浇桩基需解决施工问题,如灌注桩施工中的漏浆和卡钻问题;预制桩基受桩径小和难嵌岩等因素的影响,其在岩溶区普遍存在承载力不足的问题。研究成果为溶洞发育区桩基竖向承载力计算提供了重要指导。