Long-term settlement prediction of high-speed railway bridge pile foundation

The process and characteristics of loading on high-speed railway bridge pile foundation were firstly obtained by means of field research and analysis,and the corresponding loading function was presented.One-dimensional consolidation equation of elastic multilayered soils was then established with single drainage or double drainages under multilevel loading.Moreover,the formulas for calculating effective stress and settlement were derived from the Laplace numerical inversion transform.The three-dimensional composite analysis method of bridge pile group was improved,where the actual load conditions of pile foundation could be simulated,and the consolidation characteristics of soil layers beneath pile were also taken into account.Eventually,a corresponding program named LTPGS was developed to improve the calculation efficiency.The comparison between long-term settlement obtained from the proposed method and the in-situ measurements of pile foundation was illustrated,and a close agreement is obtained.The error between computed and measured results is less than 1 mm,and it gradually reduces with time.It is shown that the proposed method can effectively simulate the long-term settlement of pile foundation and program LTPGS can provide a reliable estimation.

Review of research on high-speed railway subgrade settlement in soft soil area

Construction issues of high-speed rail infrastructures have been increasingly concerned worldwide,of which the subgrade settlement in soft soil area becomes a particularly critical problem.Due to the high compressibility and low permeability of soft soil,the post-construction settlement of the subgrade is extremely difficult to control in these regions,which seriously threatens the operation safety of high-speed trains.In this work,the significant issues of high-speed railway subgrades in soft soil regions are discussed.The theoretical and experimental studies on foundation treatment methods for ballasted and ballastless tracks are reviewed.The settlement evolution and the settlement control effect of different treatment methods are highlighted.Control technologies of subgrade differential settlement are subsequently briefly presented.Settlement calculation algorithms of foundations reinforced by different treatment methods are discussed in detail.The defects of existing prediction methods and the challenges faced in their practical applications are analyzed.Furthermore,the guidance on future improvement in control theories and technologies of subgrade settlement for high-speed railway lines and the corresponding challenges are provided.

Time-dependent deviation of bridge pile foundations caused by adjacent large-area surcharge loads in soft soils and its preventive measures

Time-dependent characteristics(TDCs)have been neglected in most previous studies investigating the deviation mechanisms of bridge pile foundations and evaluating the effectiveness of preventive measures.In this study,the stress-strain-time characteristics of soft soils were illustrated by consolidation-creep tests based on a typical engineering case.An extended Koppejan model was developed and then embedded in a finite element(FE)model via a user-material subroutine(UMAT).Based on the validated FE model,the time-dependent deformation mechanism of the pile foundation was revealed,and the preventive effect of applying micropiles and stress-release holes to control the deviation was investigated.The results show that the calculated maximum lateral displacement of the cap differs from the measured one by 6.5%,indicating that the derived extended Koppejan model reproduced the deviation process of the bridge cap-pile foundation with time.The additional load acting on the pile side caused by soil lateral deformation was mainly concentrated within the soft soil layer and increased with the increase in load duration.Compared with t=3 d(where t is surcharge time),the maximum lateral additional pressure acting on Pile 2#increased by approximately 47.0%at t=224 d.For bridge pile foundation deviation in deep soft soils,stress-release holes can provide better prevention compared to micropiles and are therefore recommended.

Settlement mechanism of piled-raft foundation due to cyclic train loads and its countermeasure

In this paper, numerical simulation with soil-water coupling finite element-finite difference（FE-FD） analysis is conducted to investigate the settlement and the excess pore water pressure（EPWP） of a piled-raft foundation due to cyclic high-speed（speed： 300km/h） train loading. To demonstrate the performance of this numerical simulation, the settlement and EPWP in the ground under the train loading within one month was calculated and confirmed by monitoring data, which shows that the change of the settlement and EPWP can be simulated well on the whole. In order to ensure the safety of train operation, countermeasure by the fracturing grouting is proposed. Two cases are analyzed, namely, grouting in No-4 softest layer and No-9 pile bearing layer respectively. It is found that fracturing grouting in the pile bearing layer（No-9 layer） has better effect on reducing the settlement.

软土地区基坑前排倾斜双排桩支护现场试验及工作机理

基坑倾斜桩支护大幅提高了无支撑支护结构的适用深度,具有造价低、施工便捷、绿色低碳、变形控制好等特点,然而目前研究多集中在单排倾斜桩,对前排倾斜双排桩支护的试验、理论与应用的研究均较少。针对前排倾斜双排桩支护基坑开展了现场试验,同时采用有限元方法分别从前排斜桩、桩顶连梁及桩间土体作用3个方面深入探究了前排倾斜双排桩支护的工作机理,进一步分析了直斜桩长度和排距对前排倾斜双排桩支护结构受力变形性能的影响。结果表明,相比传统竖直双排桩,前排倾斜双排桩支护结构的支护性能显著提升,前排斜桩主要发挥“斜撑”作用,连梁主要起到将直斜桩及冠梁连接成一个空间刚架的作用,桩间土体能够提高桩土摩阻力,进而有效减小前排倾斜双排桩变形。研究成果有助于前排倾斜双排桩的推广和应用。

长期堆载预压处理软土地基效果评价

为评估某园区10 a长期堆载预压后,场地后续沉降对拟建管线的影响,通过室内试验和现场试验对堆载预压处理后的场地进行系统评价,分别采用双曲线法与有限元法对后续沉降进行预测。结果表明:场地堆载预压10 a后各地层物理力学参数明显改善,但其中淤泥层性质相对较差,是场地后续沉降发生的主要地层;经过10 a堆载,场地主固结沉降基本完成,固结度达到95.5%,说明长期堆载预压效果较好;对于堆载多年后的场地,在进行后续沉降数值计算时,采用弹性模型并选用现场试验获得的参数进行计算,计算结果与实测数据较好吻合,场地剩余平均沉降量在15.4 cm左右;园区道路管线可采取常规预防措施。

软土区堆载对桥梁桩基偏位影响及纠偏措施

软土区过大堆载将造成邻近桥梁桩基产生明显偏位,对桥梁安全服役极为不利。结合某堆载致软土区桥墩偏移工程案例,考虑软土侧向变形时效性特征,开发软土固结-蠕变材料模型子程序,建立堆载-桩基-桥墩有限元模型,研究堆载作用下软土区桥墩-承台-桩基结构的时效性偏移特性,揭示桥墩-承台-桩基结构横向偏移机理,并针对现场条件提出有效合理纠偏措施。结果表明:随着堆载时间的延长,桩身响应沿深度分布发生显著变化,且堆载引发的软土时效性横向变形致使作用于桩侧的横向附加压力逐渐增大,但其沿深度的分布范围基本不变,并且主要分布在软弱土层深度范围内;基于桩身截面承载极限弯矩的评估,所研究桥墩各桩基仍处于安全状态,但应注意承台与桩基连接处以及软弱层与硬土层界面处的弯矩;提出的卸载+高压旋喷桩加固纠偏措施可以达到预期纠偏效果。

震陷场地变截面单桩动力特性与损伤评价

为探明震陷场地变截面单桩动力响应特性与损伤状况,以翔安大桥为工程背景,基于大型振动台试验,开展了0.10g~0.45g地震动强度下变截面单桩动力响应特性的研究,评价分析了变截面单桩损伤程度。结果表明:受桩周软弱土层震陷特性的影响,变截面单桩桩顶水平位移动力响应、桩身加速度动力响应及桩身弯矩动力响应均随地震动强度增大呈增大趋势,桩基基频逐渐减小;变截面单桩弯矩最大值出现在震陷土层分界处,地震动强度为0.30g时,超过了其抗弯承载力;地震动强度为0.20g时,变截面单桩桩顶水平位移、桩身加速度、桩身弯矩显著增大,桩基基频突降。基于系统损伤理论,震陷场地变截面单桩损伤状况分为稳定阶段、加剧损伤阶段、塑性破坏阶段共3个阶段。试验结束后,变截面位置处产生弯曲塑性破坏。

河谷区多层软土地基强夯处治分析

文章依托高速公路多层软土地基强夯处治项目,在施工现场选取具有代表性的监测断面开展现场监测,检验河谷区多层软土地基强夯处治效果。由监测数据得出,在强夯处治和路基填筑施工阶段,地基分层沉降、土压力、孔隙水压力和侧向位移增幅均较大,工后逐渐趋于稳定,可说明强夯处治后软基承载力得到有效提升,路基整体结构稳定,加固效果良好。

HUW组合钢板桩在软土地基深基坑工程中的 适应性分析

目的:本研究旨在分析HUW组合钢板桩在软土地基深基坑工程中的结构适应性,以期为相似地区深基坑工程提供理论支持。方法:基于某软土地区科技产业园深基坑工程,运用ABAQUS有限元软件,通过增量法模拟实际开挖过程,计算正常开挖下的结构变形和土体位移,从而分析HUW组合钢板桩在实际工程中的结构可行性。结果:随着基坑的逐层开挖,基坑边缘的沉降值逐步增大,尤其在软土地基条件下,地表沉降现象更为明显。针对6.3米深基坑的开挖,HUW组合钢板桩的最大水平位移为22.78毫米,符合基坑施工规范的要求。结论:HUW组合钢板桩在实际工程中具备可行性,可为类似工程提供理论参考。但土体受侧向约束的影响,在边界区域会形成局部隆起,因此需对边坡边缘进行加固处理。

格栅式钢板桩与桩筏基础集成的基坑支护技术

针对软土地质基坑工程,提出格栅式钢板桩与桩筏基础集成的基坑支护技术,通过设置纵向双排钢板桩与横向钢板桩或钢板组成格栅式钢板桩,以提高支护结构强度与刚度,并与桩筏基础协同工作,以解决结构下部软土层承载力较差的问题,并提高支护结构稳定性。以某管廊工程为依托,通过计算分析与技术对比,论证集成支护技术的安全性与可行性。

赛车道软土路基PHC桩负摩阻力中性点的时间效应

武汉赛车场跑道下伏的深厚软土层给桩基的设计与施工带来不小阻碍,桩基的负摩阻力及其中性点的确定对工程的稳定性具有非常重要的影响。为检验武汉赛车场跑道软土路基的预应力高强度混凝土管桩(PHC)设计的合理性以及为后续桩基改进方案的提供技术支持,选择典型地层开展了堆载作用下桩与桩间土的沉降监测,根据桩与土的相对沉降变化规律研究负摩阻力中性点的时间效应。结果表明,该场地的PHC桩的桩周土沉降约是桩沉降的6倍,具有明显的负摩阻力特性,桩周软弱土的下限深度为13.0 m;随着时间增加,中性点向上移动;中性点深度随时间变化具有三阶段特征,采用指数函数的中性点时间效应预测模型能较好反映中性点初始值、中性点变化规律与速率以及最终稳定值,与规范法比较,预测模型计算的中性点深度具有更高的准确性,由此得到了两个试验场地的中性点稳定值分别为4.43 m与5.72 m。研究还表明三向土工格栅能有效降低桩间土的沉降,也能降低桩-土的差异沉降,使中性点上移,减小负摩阻力,提高桩的承载力。本研究对了解负摩阻力对桩基性能发挥有一定的参考价值。

滨海软土地基二次堆载预压固结沉降研究

滨海软土往往工程性质较差,一次堆载预压通常达不到设计要求而需要进行二次堆载预压。本文通过现场原位试验和室内试验,对二次堆载预压2年后的地基软土开展物理力学性质研究,并将试验获得的土体参数用于规范法和数值模拟,对地基未来20年的沉降进行预测。结果表明,二次堆载预压2年后,部分软土层力学参数提升显著,但淤泥层力学参数未见明显改善,地基承载力未达到设计要求,后续仍有较大的沉降变形。同时,对比规范法和研究开始前18个月沉降规律发现,经过二次堆载预压后的地基,数值模拟采用弹塑性模型能更准确地预测后续沉降,二次堆载预压20年后地基最大的沉降量可达1 m,位于12号钻孔位置处,其次是18号钻孔位置处,沉降量为0.9 m,10号钻孔位置处沉降量为0.8 m,并且沉降主要集中在淤泥层中。

厚软土层下高层建筑长短桩复合地基承载性能研究

为了提升厚软土层下高层建筑地基的承载力,提出长短桩复合地基承载性能研究。基于地质勘测结果设计长短桩复合地基,分析其承载性状及沉降情况;利用Mohr-Coulomb模型,完成承载性能模拟。实验结果显示:在短桩和长桩桩体的单桩承载载荷最大时,沉降结果均在5.00 cm左右;楼体层高为30.00 m时,单位载荷沉降平均值为0.51 cm。所提方法能够可靠分析厚软土层的高层建筑长短桩复合地基承载性能,为厚软土层的高层建筑长短桩复合地基设计提供可靠依据。

软土中单侧边载作用下桩基负摩阻力研究

软土中因土体压缩性较高,在边载状况下易产生桩基负摩阻力,从而对工程产生安全隐患。本文通过有限元法对软土中受边载作用的桩基础所受到的桩基负摩阻力进行数值模拟,分析了不同边载等级、不同边载位距对软土中桩基负摩阻力、中性点位置和桩身轴力的影响。结果表明,在边载等级增加时,软土中桩身轴力有明显上升趋势,并随桩体埋深增加呈非线性趋势增长,而桩基负摩阻力随深度变化呈现非线性减小的趋势,桩体的下拉力增加,边载效应增强;同等级边载效应时,当边载与桩基之间的距离增加时,软土中桩基负摩阻力逐渐减小,中性点位置位于桩体靠近底部位置处,并随边载位置改变而受到一定影响。

交通荷载下的软土复合地基道路工程性状研究

针对软土复合地基上道路工程在交通荷载作用下的沉降问题,以武夷新区快速通道道路工程软土复合地基处理段为研究对象,运用动态弹塑性有限元软件,模拟软土复合地基在交通荷载作用下的变形情况,分析软土的累积塑性应变和软土复合地基的累积沉降变化特征。研究结果表明:随着交通荷载循环加载次数的增加,不同压缩模量工况的软土累积塑性应变均呈现非线性增加,并呈现不断收敛的趋势;在相同的交通荷载循环加载次数条件下,随着软土压缩模量的不断增加,软土的累积塑性应变不断减小;随着交通荷载循环加载次数的不断增加,软土复合地基的累积沉降曲线呈现反“S”形变化规律,当加载次数大于1000次后,软土复合地基的累积沉降趋于收敛。研究成果可以为降低软土复合地基工后沉降提供理论支持和实践指导。

虹吸排水法处理软土地基的水位与沉降计算模型

软土具有渗透性差、承载力低等特性,软土地基的处理一直是岩土工程中的一大难题。利用虹吸免动力排水的特点,可将虹吸排水法应用于软土地基处理中,达到改善土体性质的目的。本文针对虹吸排水法独特的定降深降水模式,先基于离散化的Theis井流模型以及非线性的分层总和法,构建了以孔隙率为核心、渗透系数与压缩模量随固结情况改变的水位与沉降动态计算模型,并与数值模拟结果对比,然后从土体渗透系数、排水板间距以及场地大小3个方面对虹吸排水法处理软土地基的效果进行了分析。结果表明:数值模拟结果验证了计算模型的可靠性,对于浙江沿海不同渗透系数的土体,虹吸排水法均可起到良好的排水固结作用;调整排水板间距可对排水固结时间以及地下水位线起到显著控制作用;排水带来的附加应力随着场地面积的增大向土体深处延伸,对于面积50 m×50 m大小的场地,有效影响深度可达到地表以下27.31 m,远远超出虹吸扬程的极限。在实际的大面积软土地基处理中,虹吸排水法可发挥更好的作用。

某高速公路深厚软基路桥过渡段跳车病害处治研究

结合某在役高速公路路堤深厚软基桥头跳车实测累计沉降量40.60 cm病害处治工程,开展室内土工试验、理论计算及GEO5模型计算分析。结果表明:15年内的累计剩余沉降量均超规范中桥头路基容许工后剩余沉降量不大于10.00 cm要求;提出“CFG桩+路面重铺”等处治方案,进行检算校核,计算得剩余总沉降量9.76cm,表明处治设计方案较为可靠。结合工点需保通及基底存在前期已施工CFG桩特点,制定通车条件下的施工顺序及工艺,确保方案可行。

基于界面本构模型的砂土中单桩荷载−沉降响应预测方法

基于界面本构模型提出了一种新的砂土中单桩荷载沉降响应的预测方法。首先,从土−结构界面本构模型出发推导了严格的桩−土界面非线性荷载传递模型,该模型承继了界面本构模型特征,能够模拟桩−土界面上发生的应变硬化/软化、剪胀与应力路径依赖性等行为。此外,采用双曲线荷载传递模型模拟桩端−土相互作用的非线性应力−位移关系。上述荷载传递模型所需参数可以通过室内界面剪切试验和土工试验进行校准。继而,基于荷载传递法,提出了单桩荷载沉降响应分析的一维计算模型,并采用迭代算法进行数值求解。最后,将理论解答与已报道的模型试验、自主开展的模型桩试验以及数值模拟结果进行比较,以验证所提出的理论方法的正确性。试验结果表明,预测值与实测值吻合较好,且该方法能够很好地预测非位移桩与位移桩的荷载沉降响应。提出了一个基于界面本构模型的单桩荷载沉降响应分析框架,为竖向荷载下砂土中单桩优化设计提供了理论参考。

基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

【目的】柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大影响,但目前柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基特性仍有待进一步的研究。【方法】以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景,在土工格栅层数不变的情况下,对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm,桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验,研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。【结果】现场试验表明:随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm,桩土荷载比减小了51.5%,桩土应力比减小了52.5%,总沉降量增大了7.9%;随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m,桩土荷载比增大了29.0%,桩土应力比减小了29.2%,总沉降量10.4%.本文区域地质条件,宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。