基于分布式光纤测试技术的大直径嵌岩桩承载性能研究

采用分布式光纤传感技术对赫章特大桥195 m主墩下的大直径嵌岩桩承载特性进行了系统的研究分析。首先采用室内模型试验验证了光纤技术在桩基测试中应用的可行性;然后通过现场埋设和施工过程中的数据采集、整理与分析,系统研究了大直径嵌岩桩的承载特性及其荷载传递机制;依托工程的实测变形量进一步证明了光纤测试技术的可行性和正确性。基于全分布式光纤传感技术的研究结果对大直径嵌岩桩理论及其工程应用具有参考价值,同时对光纤测试技术在桩基测试中的应用具有借鉴作用。

天津滨海新区超长钻孔灌注桩原位试验研究

在天津滨海新区地区采用自平衡测试技术对90 m超长钻孔灌注桩进行原位测试。测试发现桩身轴力分布与荷载箱位置有关,桩在总体位移较小的情况下失去承载能力。桩侧摩阻力发挥所需位移较小且有突变性,桩端阻力则基本不能得到发挥,超长桩在承载力设计时应谨慎考虑桩端阻力。

高喷插芯组合桩承载特性的影响因素分析

高喷插芯组合桩(简称JPP)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩。依据提出的简化计算方法,对高喷插芯组合桩不同组合形式、水泥土厚度、水泥土弹性模量、刚度系数比等影响承载机理的主要因素进行分析,从不同影响因素对芯桩和水泥土轴力、第一、二界面的摩阻力的分布规律上进行研究。分析结果表明,实际工程施工中宜采用分段组合形式;水泥土厚度的增加对提高JPP桩承载力有很大的帮助但也不宜过厚,不宜大于芯桩的半径;水泥土弹性模量对竖向承载特性影响较小但水泥土强度要满足构造要求;刚度系数比不宜过小,不宜小于100,才能达到水泥土与芯桩变形协调,才能达到JPP桩提高承载力和减小沉降的目的。

基于ACO-SVM的桥梁基础群桩轴力预测

由于大型深水群桩基础受到复杂的环境影响,其基桩轴力的变化与环境因素之间呈现复杂非线性关系。利用在解决小样本、非线性、高维数方面具有很强能力的支持向量机,对苏通大桥群桩基础轴力实测数据进行分析,预测了一段时间内轴力的变化。并采用了蚁群算法(ACO)寻找模型最优参数,由此建立了ACO-SVM模型,避免了人为选择参数的盲目性。为方便对比,建立了传统SVM与RBF神经网络预测模型,对比了ACO-SVM,SVM,RBF这3个模型的预测结果。研究表明,与传统SVM,RBF的预测结果相比,ACO-SVM模型具有更高的可信度和预测精准度,且具有更强的泛化能力,在大型深水群桩基础的轴力预测中具有一定的工程应用价值。

基于桩轴力分布函数的单桩承载特性分析

基于桩在竖向荷载作用下截面的轴力随桩的入土深度的增加而衰减规律,提出了桩截面的轴力分布函数表达式,桩截面的轴力分布函数与桩的长径比和端阻分担比有关。应用桩轴力分布函数分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律。通过实测与计算结果的对比分析表明,由桩截面的轴力分布函数计算的桩截面的轴力与实测结果规律一致;基于桩的轴力分布函数确定的不同荷载水平下桩侧阻力随桩的入土深度的分布规律、总侧阻、总端阻与与实测结果较为一致。

基于多因素混合模型的运营期群桩轴力预测

结合桥梁深水群桩基础在运营期间的受力特征,研究了深水群桩基础基桩轴力混合模型的一般原理.提出了基于多种环境因素影响下群桩基础监测数据的运营期混合模型,利用有限元模拟与PSO-SVM统计方法在苏通大桥群桩基础中实现了混合模型的构建.为了方便比较,建立了径向基函数(RBF)人工神经网络模型,对比了混合模型与RBF模型的预测结果.研究表明,混合模型预测精度较高,在受力情况不同的3根基桩上都有较为稳健的预测能力,具有较强的泛化能力,混合模型可适用于深水群桩基础运营期轴力的预测.

基于BOTDR的能源桩现场试验与承载特性分析

能源桩集承受荷载和热量交换于一体,受荷载-温度联合作用,其承载性状变化异常复杂。通过上海某能源桩工程现场试验,利用基于布里渊光时域反射技术(BOTDR)的分布式光纤智能感测技术监测桩身轴力和温度变化,获取荷载与温度单一因素及联合作用下桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了荷载-温度联合作用下能源桩承载性状与荷载传递特征。结果表明:能源桩承载性状与普通灌注桩有一定的差别,桩身温度升高会引起桩身变形,在土体约束作用下产生较大的桩身轴力,其大小与桩身温度变化量近似呈线性关系;荷载-温度联合作用时,桩身轴力远大于受单一因素作用时的桩身轴力,由荷载-温度联合作用引起的轴力增量可达到荷载单独作用时桩身轴力的2倍及以上,同时桩身受温度升高的影响会在较大范围产生桩侧负摩阻力,而荷载作用能够明显缓解桩侧负摩阻力的产生。

抗拔桩轴力分布函数和位移分布函数间的关系模型

为了从荷载传递微分方程导出具有实际意义的非线性解析解,建立一种简单的沿桩长轴力分布函数和位移分布函数之间的关系模型U(z)-△(z)是非常重要的。采用建立经验公式类数学模型的方法,从几何作图法获得的U(z)-△(z)曲线的形状入手,通过对若干个数学模型的试算,确定了指数形式的模型,并对模型中的参数意义和确定进行了讨论,认为参数η,b只与桩顶和桩底位移有关。

基于现场载荷试验的单桩沉降简化计算

基于桩在竖向荷载作用下的桩轴力分布函数,分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律,其计算结果与实测结果较为一致。从单桩Q-s曲线入手,确定各级荷载下桩端平面以下地基土的变形特性曲线,利用该变形曲线可以方便地计算单桩沉降量,其计算结果与实测的单桩载荷试验曲线一致。利用轴力分布函数计算各级荷载下的桩身压缩量和桩端沉降量,进而获得单桩沉降量,其计算结果与按现场测试的轴力分布和侧阻力分布计算的单桩沉降量规律一致,计算结果偏小,能够满足工程要求。

基于MEC-BP神经网络的群桩轴力预测

大型深水群桩基础易受到复杂的环境影响,其基桩轴力的变化情况与环境因素之间表现为复杂的非线性关系。综合考虑影响深水群桩基础轴力的环境因素相关参数,分析苏通大桥的原型监测数据,建立BP神经网络预测模型,并以此为基础,构建出基于思维进化算法(Mind Evolutionary Computation,MEC)的BP神经网络轴力预测模型,比较结果表明,MEC-BP神经网络预测结果在准确度和精确度上要明显高于BP神经网络,前者具有更强的可信度和泛化能力,在大型深水群桩基础轴力预测中具有一定的工程应用价值。

桥梁挤扩支盘桩受力分析与承载能力研究

围绕广东潮汕环线项目,依托环线高速公路工程开展常规桩以及支盘桩现场试桩试验,对挤扩支盘桩的受力机理进行了研究并分析了挤扩支盘桩的承载性能。结果表明:不同于传统的等截面灌注桩,当挤扩支盘桩支盘腔成孔时,周围土体受到挤压,进一步提升桩周土体的模量以及承载力;同时支盘桩的支盘结构体发挥作用承载,对应的Q-S曲线为缓变型,桩的支盘处轴力有显著变化,呈现多支点端承摩擦桩受力特征,支与盘的荷载分担比可达60%左右;相同土层条件下,极限承载能力明显强于一般的常规桩,同等设计荷载下挤扩支盘桩的桩长更短;支、盘、桩端、桩侧荷载分担比受地质条件、荷载大小影响明显,随着竖向力的增大,支盘力的发挥具有明显的时序性,盘的承载力增长潜力远大于支结构,且由上至下逐步发挥承载作用。

拉力作用下钢管桩剪力键的数值模拟研究

剪力键是连接钢管桩与其上部结构横梁的构件,目前对其受力的计算主要是参照腿柱与导管架之间剪力键的计算方法,即假设各键对荷载均匀分配,但在拉力作用下,剪力键位置处易产生剪切、拉伸、曲屈等破坏模式,说明各键对荷载均匀分配这一假设有待进一步商榷。为探寻各键在拉力作用下对荷载的分配规律,采用数值模拟方法建立了多对钢管桩剪力键的受力模型,通过3种不同的设计方案对实际的工程案例进行分析,得出各方案下各键的受力情况。研究发现各键对荷载并非均匀分配,越靠近桩帽处的键受力越大;各键之间存在相应的分配系数,分配系数这一概念的提出,为剪力键设计提供了一个新的方法与视角。

基于模型试验的柔性桩轴力分布函数修正

桩基计算中的弹性理论法、荷载传递分析法和剪切变形传递法都是从单桩分析开始,然后基于一定的假设或重复使用应用于群桩,由此可见对单桩进行研究的必要性。本文采用室内模型试验的方法,利用自行加工设计的模型箱,对柔性桩的轴力和桩侧摩阻力等特性进行了研究。结果表明:长径比L/D对桩身荷载传递影响很大;在此基础上通过引入桩端土与桩侧土刚度比,对现有的轴力分布函数进行了修正,并利用修正后的分布函数对模型桩的轴力进行了计算。计算结果与试验结果较为一致,表明修正后的轴力分布函数能够更为准确地反映出单桩的轴力变化规律。

基于混合模型的群桩桩顶轴力分布预测

结合大体积深水群桩基础在潮汐水文条件影响下群桩桩顶轴力沿平面分布的特性,研究了用来预测桩顶轴力沿平面分布的混合模型一般原理,提出了基于实测数据的混合模型。在某大桥群桩基础的工程实例中,结合了FLAC3D有限差分软件与PSO-SVM方法实现了混合模型的构建。并且将混合模型与RBF模型的预测结果进行了对比。研究表明,混合模型能较精准地刻画大体积群桩基础在运营期间桩顶轴力的分布规律,具有一定的工程应用价值。

基于PSO-SVM与ACO-SVM的沿桩长基桩轴力分布预测

由于苏通大桥群桩基础的超长桩在不同断面的轴力沿桩长分布具有复杂非线性的特点,为了实现对不同高程断面的轴力进行预测,引入粒子群算法与蚁群算法对支持向量机进行优化,在考虑断面高程、潮位、水温与风速等影响因素的基础上,建立沿桩长基桩轴力分布的优化SVM预测模型。研究表明,PSO-SVM与ACO-SVM模型比传统SVM在预测精度、模型稳定性与泛化能力方面有更好的表现,在超长桩不同高程断面的轴力预测中,具有一定的工程应用价值。

钻孔灌注桩竖向荷载试验的数值模拟分析

基于某工程钻孔灌注桩桩基中长短桩的静载试验资料,运用岩土工程分析软件包PLAXIS进行两组试桩的加载和卸载试验沉降曲线的数值模拟计算,并计算了各级荷载下的桩身轴力分布情况。数值计算值和实测值吻合较好,并对有限元计算结果进行了分析。

天津滨海新区超长钻孔灌注桩承载力研究

对天津滨海地区76m钻孔灌注桩承载机理进行了研究,分析了其荷载传递机理及桩侧摩阻力和桩端阻力在总承载力中的发挥比重。研究结果表明:天津滨海地区超长钻孔灌注桩基本属于摩擦型桩,桩端阻力发挥比重很小;按照规范估算的桩侧摩阻力较小而桩端阻力较大,与实际两者发挥程度不符;合理的估算桩侧摩阻力及桩端阻力,不仅有利于基础的优化设计而且还将带来一定的经济效益。

基于GA-SVM的深水群桩基础桩顶轴力预测

对深水群桩基桩轴力进行精确地预测是评价基础安全稳定性的重要考量依据,由于深水群桩基础的受力状态与群桩基础所处的环境呈现出复杂非线性关系。该文在某大桥运营期原型监测数据的基础上,引入遗传算法优化支持向量机模型,深入分析影响基桩轴力变化的环境因素,建立了多因素基桩轴力预测模型,并将预测结果与传统SVM模型、RBF神经网络模型进行对比。研究表明,与SVM、RBF的预测结果相比,GA-SVM模型预测精度更高,在轴力变化不同的四根桩上预测都很稳健,具有更强的泛化能力,在大型深水群桩基础的轴力预测中具有一定的工程应用价值。

PHC管桩负摩阻力监测试验方法研究

PHC管桩负摩阻力与土体性质、固结条件等复杂因素有关,理论计算难以获得可靠结果,只能采取现场试验获得桩侧负摩阻力大小、分布状况以及中性点位置。在总结点法测量桩身应力应变局限性的基础上,依托实际工程,将改进的线法测量技术引入到PHC管桩负摩阻力监测试验中。针对PHC管桩特点,提出后植测线工法,有效地解决了PHC管桩负摩阻力监测现场试验难题。通过对实测应变进行回归处理和计算,得到各级荷载下的回归应变和桩身混凝土平均弹性模量,保证了轴向力和摩阻力计算的可靠度。研究成果表明,现场试验新工法和摩阻力计算方法对PHC管桩负摩阻力监测试验十分有效。