Failure Envelopes of Wide-Shallow Composite Bucket Foundation for Offshore Wind Turbines in Silty Sand

The wide-shallow composite bucket foundation(WSCBF) is a new type of offshore wind power foundation that can be built on land and rapidly installed offshore, there by effectively reducing the construction time and costs of offshore wind power foundation. In this study, the horizontal bearing capacity is calculated by finite element simulation and compared with test results to verify the validity of results. In this process, the vertical load and bending load are respectively calculated by the finite element simulation. Under the vertical load effect, the bucket foundation and the soil inside are regarded as a whole, and the corresponding buckling failure mode is obtained. The ultimate vertical bearing capacity is calculated using empirical and theoretical formulas; the theoretical formula is also revised by finite element results. Under bending load, the rotational center of the composite bucket foundation(in a region close to the bucket bottom) gradually moves from the left of the central axis(reverse to loading direction) to the nearby compartment boards along the loading direction. The H–M envelope line shows a linear relationship, and it is determined that the vertical and bending ultimate bearing capacities can be improved by an appropriate vertical load.

上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

不同含水状态下微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验研究

微生物珊瑚砂桩复合地基是利用MICP技术固化珊瑚砂成桩与珊瑚砂组成复合地基,具有就地取材、对原状砂土扰动小及对岛礁生态环境影响小等优势,在岛礁工程建设中具有良好的应用前景。通过不同工况下的微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究地基相对密实度(50%、65%、72%)、面积置换率(8%、14%、20%)、含水状态(干燥和饱和)和水位升降对复合地基承载特性的影响规律。结果表明:干燥状态下复合地基的承载力及桩侧摩阻力随地基相对密实度和面积置换率增大而增大;复合地基的桩身轴力和桩土应力比随地基相对密实度增大而减小,随面积置换率增大而增大;提高地基相对密实度和面积置换率可有效提高复合地基承载力。饱和状态下复合地基的承载力为干燥状态的49%~66%;饱和状态相对于干燥状态桩身最大轴力和桩侧摩阻力减小,桩土应力比增大。两次水位升降对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基的承载特性影响较小。

废弃轮胎-砂地基抗震性能和恢复力模型研究

为研究废弃轮胎-砂构造地基的抗震性能,进行了6组轮胎-砂构造地基的拟静力试验,分析轮胎-砂单元体的堆砌方式、初始竖向荷载和碳纤维网片对构造地基的滞回性能的影响。在拟静力试验基础上用试验拟合法建立废弃轮胎-砂构造地基的恢复力模型。研究结果表明:废弃轮胎-砂构造地基的滞回曲线饱满,总体呈梭形,具有较好的耗能能力;轮胎-砂单元体错缝堆砌、增大随初始竖向荷载和增设碳纤维网片都有利于轮胎-砂构造地基参与耗能;轮胎-砂构造地基恢复力模型的滞回曲线计算结果和试验结果吻合程度较好,可以反映出试件的受力过程和主要受力特征。

水泥土搅拌桩处理风积沙地层复合地基静载荷试验数值分析

以榆林地区水泥土搅拌桩处理风积沙地层复合地基工程为背景,基于ABAQUS有限元分析软件,对水泥土搅拌桩处理风积沙地层的复合地基静载荷试验进行数值模拟,并分析风积沙复合地基桩土荷载传递机制及变形特性。结果表明:合理设置褥垫层厚度能有效减小桩顶应力集中,降低桩土应力比。提高褥垫层模量可减小复合地基的沉降,改善其承载性能。设置褥垫层的桩侧摩阻力在桩顶附近出现负摩阻力,随着深度向下快速增加至零,并转为正摩阻力。桩身的附加轴应力在桩顶附近先增加到峰值,然后逐渐衰减。水泥土搅拌桩处理风积沙地基时存在临界桩长。在相同荷载水平下,随着桩长的增加,桩土应力比先增大后趋于稳定,桩侧摩阻力分布随着桩长的增加趋于稳定。按规范设计的风积沙复合地基承载力特征值偏于安全,有较大的富余度。

深中通道深水组合钢板桩围堰施工技术研究及应用

基于深中通道西人工岛岛桥结合部非通航孔桥的施工实践,结合项目和施工区域特点,特别是挤密砂桩复合地基条件,介绍了深水组合钢板桩围堰施工工艺的技术要点,并对关键工序进行了针对性的研究。同时根据围堰实时监测情况,分析结构受力和变形原因,保障了围堰堵漏、抽水至使用阶段的安全平稳。该施工技术的实施,验证了深水组合钢板桩工艺的可行性,并具有一定的推广价值。

挤密碎石桩处理场地液化砂土研究

砂土液化作为地震灾害的一种,会导致出现地基喷砂冒水、地基破坏等问题。文章依托月亮湾海堤工程,采用规范方法对场地填砂进行液化判别。为消除填砂液化沉降,提出了挤密碎石桩的处理措施。通过标准贯入试验、重型动力触探试验及复合地基荷载试验,评估了挤密碎石桩的处理效果,并复核处理后的地基承载力。研究表明,挤密碎石桩处理对地基深层土体的标准贯入击数改善效果更好,场地填砂层由轻微液化变为不液化;三根试验桩大部分桩身的锤击数均超过七次,可见大部分桩身均处于密实状态;经挤密碎石桩加固后的土层,地基承载力显著提升,满足设计要求。

软土地基处理方法比选分析

为探索不同软土地基处理方法的优缺点,进而更好地应用于工程实际,文章以东莞市滨海湾新区湾区大道工程为背景,利用有限元软件Midas GTS建立砂井堆载预压软基处理模型和深层搅拌桩复合地基处理模型,分析两种处理方法下软土地基的沉降变形、应力变化情况及经济效益。结果表明,两种处治方法均能有效减少软土地基沉降,深层搅拌桩处治方法的沉降变形控制效果更好,工期也较短,但其造价更高。研究结果可为砂井堆载预压法及深层搅拌桩复合地基法在珠三角地区实际工程中的选择应用提供参考。

On composite foundation with different vertical reinforcing elements under vertical loading:a physical model testing study

Aphysical model facility was designed, built, and setup for conducting model tests on a composite foundation in a soil ground. The model tests were carried out on a composite foundation with different combinations of vertical reinforcement elements in the same soil ground. Via the analysis of the collected data the characteristics of the composite foundation with different reinforcing elements were obtained, including the characteristics of load-settlement curves, column stresses, stresses of the intercolumn soil, pile-soil stress ratio, and load-sharing ratios of columns and soil. Results from the model tests reveal the mechanism of a composite foundation with different reinforcing elements quantitatively. It is concluded that both a composite foundation with a combination of steel pipe pile and sand column and that with a combination of concrete pile and lime column have a higher bearing capacity than the composite foundation with only sand columns with the same conditions of soil ground and loading. A composite foundation with lime column and sand column embodies no much better performance than that with sand colunms only.

粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究

为揭示粉砂地基中海上风电筒型基础水平承载特性,采用有限元法进行数值建模,并利用离心模型试验结果进行对比验证。研究结果表明:荷载前侧筒壁纵向土压力呈拱形分布,荷载后侧筒壁纵向土压力呈三角形分布,垂直加载时侧筒壁纵向土压力接近静止土压力,且随着荷载的增加,纵向土压力非线性分布愈明显;筒壁径向土压力与cosθ(θ为水平投影平面上计算点与基础中心连线与荷载方向的夹角)呈线性关系,随着荷载的增加,二者间亦逐渐呈非线性变化;随着荷载的增加,基础转动中心向上方和加载方向移动,达到极限承力时,转动中心的深度大致位于筒体底端附近;长径比不影响转动中心的运动规律,且长径比对转动中心竖向位置的影响远大于水平位置。研究结果可为基础结构的优化设计提供参考。

砂土地基增强套管螺旋锚组合基础试验研究

提出增强套管螺旋锚组合基础,用以解决传统螺旋锚基础水平抗力不足、现场焊接及防腐等问题,该基础由长螺旋锚和钢制套管锚筒组成,套管锚筒埋深浅,直径大,主要承担水平荷载,长螺旋锚埋深较深,主要承担竖向荷载。两者通过特制穿芯螺栓或在套管锚筒内浇制混凝组合在一起,共同承担铁塔荷载,用以增强水平抗力。通过在砂土地基开展上拔和水平、下压和水平联合静载试验研究,对比分析了增强套管螺旋锚组合基础相对于传统单螺旋锚基础在抵抗荷载作用上的优势。针对上拔工况,混凝土连接增强套管螺旋锚组合基础相比于传统单锚基础承载力由766.7kN提升为880kN;针对下压工况,螺栓连接组合锚较单锚承载力的600kN提升为780kN;尤其在水平抗力方面增强套管螺旋锚组合基础基础相比于单锚具有显著优势。在联合下压荷载的水平承载能力表现上,螺栓连接增强套管螺旋锚组合基础相比于传统单锚基础水平承载力由60kN提升为120kN;在联合上拔荷载的水平承载能力表现上,螺栓连接增强套管螺旋锚组合基础水平承载力由单锚的47.5k N提升为105kN,混凝土连接形式水平承载力增加到126.7kN,抗力提升1.7倍。

某沉井基础接高下沉前的复合地基承载力检测

沉井首次接高及下沉前对地基承载力有一定的要求,强度不足、土质不均容易在施工时造成结构应力集中、挠曲甚至开裂,为后序施工埋下工程隐患。某长江大桥北航道采用主跨1208m单跨吊悬索桥,北锚碇采用沉井基础。拟建场地浅部地基软弱,采用“砂桩+砾砂换填”复合地基临时加固以满足沉井首次接高期间地基强度、变形要求。沉井首次接高20m,施工过程中地基承载力检测分4阶段完成。采用平板载荷试验,以沉井自身重量为反力,做地基破坏试验,判定地基承载力极限值、确定地基承载力特征值。检测过程发现,承压板下3m厚的“砾砂换填”地基承载力远大于规范经验值,且具有结构性强度特点,干燥密实、强度高;饱水松散、强度低。对象的复杂性为检测工作带来不小挑战。结合本例对影响地基承载力因素分析,总结平板载荷试验要点,为以后类似工程积累经验。

砂桩在滨海相软土路基中应用

文中以滨海地区具体工程为依托,结合砂桩设计计算理论,论证了砂桩在滨海相软土路基加固中的适用性,为滨海相路基处理提供相应工程参考。

风积沙地区加筋地基铁塔基础技术经济研究

中国是荒漠面积最大的发展中国家之一,此类区域包含了大量的太阳能、风能等洁净资源,随着光伏风电装机迅速扩大,这些地方迫切需要大量修建输电网络以优化供电结构,实现洁净能源外送需要。根据风积沙区域地质条件特征,对三种常规基础设计方案进行了技术经济对比分析,提出抗拔加筋复合地基基础方案是最经济的,同时其计算结果可当作方案比选、投资估算依据,也可当作工程造价及相关机构的现阶段参照指标。

碎石桩复合地基的研究进展与分析

从碎石桩复合地基的抗液化机理、抗液化性能判别方法、动力分析方法等方面入手,对国内外研究现状做了简要介 绍和分析。结果表明,过去的研究主要集中在碎石桩的加密效应和排水效应方面。对水平剪应力分担情况的研究相对较少 碎石桩复合地基抗液化效果判别方法的研究还有待深入。目前,动力分析方法基本上以粘弹性理论为基础,应加强弹塑性及 粘弹塑性有效应力动力分析方面的研究。

寒区复合地基的温度场、水分场与变形场三场耦合模型

在冻土多相介质静力平衡方程、质量守恒原理、能量守恒原理、土骨架与冰颗料、水之间的传力机制及水、冰之间相变机制的基础上,系统地推导了冻土中土、冰、水三相介质的温度场、变形场、水分场三场耦合问题的微分控制方程,开发了相应的冻土三场耦合数值分析软件CDST,并对该软件的可靠性及分析精度进行了验证,最后对一寒区碎石桩复合地基实例进行了三场耦合有限元分析,分析计算结果显示:a.冻胀与融沉量不仅与温度升、降幅有直接关系,还与土体渗透系数有密切关系,将复合地基的渗透系数降低一个数量级,入冬时地基的孔隙水渗透变缓、冻胀加剧;b.碎石桩与砂土地基因不同的导热性、渗透性造成不同的冻胀、融沉特点,说明了碎石护坡,碎石路基施工措施的防冻胀机理,进一步的系统分析与数值试验,可为寒区岩土工程的设计与施工提供量化的科学依据。

水泥砂浆固化土三轴试验研究

为研究水泥砂浆固化土剪切强度特性和合理确定水泥砂浆固化土工程应用的配比,从掺砂量、水泥掺入比、原料土含水率及砂料粒径入手,对水泥砂浆固化土进行了室内固结不排水三轴(CU)试验研究。结果表明,掺砂可以改善固化土强度;随掺砂量的增加,黏聚力和有效黏聚力先增加后减小,转折点的掺砂量为最佳掺砂量(10%左右),内摩擦角和有效内摩擦角不断增加,一定掺砂量下增加水泥掺入比可有效地提高固化土的强度;随着含水率的增加,固化土的黏聚力呈近似线性减小的关系,而内摩擦角几乎保持不变,采用水泥砂浆处理高含水率软弱地基时适当提高掺砂量,可以较大幅度改善固化土的力学性质;在掺料配比一定的情况下砂料粒径对固化土的抗剪强度指标存在一定的影响。采用单一粒径砂料的固化土抗剪强度更高,该单一粒径在固化土级配良好的前提下,不均匀系数Cu趋于最大、曲率系数Cc趋于最小。

砂土地震液化危害及地基处理研究

砂土在地震荷载作用下极易发生液化,液化土地基对建筑物造成的危害不可忽视。分析了液化的机理、影响因素及现行的研究、处理方法。通过实例说明:CFG桩和碎石桩共用,对处理内蒙古地区砂土液化,具有明显的抗液化效果。最后,提出CFG桩和碎石桩抗液化需进一步研究的问题。

混凝土芯砂石桩复合地基加固堤防软基试验研究

介绍了一种新型的地基处理方法——混凝土芯砂石桩复合地基法及其在水利防洪堤软基加固工程中的应用情况。通过现场原位观测和试验,研究了混凝土芯砂石桩复合地基固结变形、孔压消散、桩土应力分担及承载力特性,结果表明混凝土芯砂石桩强度高,排水固结能力强,能迅速提高桩间土强度和承载力,应用于水利堤防工程既能控制堤防深厚软基的工后沉降,又能提高堤防边坡的稳定性,推广应用前景良好。

软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力研究

对软土中18m长水泥搅拌桩复合地基,进行了现场单桩静载试验、承压板下有无褥垫层的单桩复合地基载荷试验、四桩复合地基载荷试验及桩中心插12m长微型加劲钢管的单桩复合地基载荷试验,研究了复合地基破坏模式、褥垫层、桩身强度等因素对复合地基承载力的影响,对软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力检验方法及承载力评价提出了建议。