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武汉中心大厦超长软岩嵌岩桩承载特性试验研究

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建筑结构学报 2016年第6期37卷 196-203页

作者：王卫东吴江斌聂书博华东建筑设计研究院有限公司地下空间与工程设计研究院上海200002

武汉中心大厦建筑总高度438 m,基底压力不小于1 000 k Pa,现场开展了桩径为1 000 mm、桩长64.0～68.0 m、以微风化泥岩为桩端持力层的4根嵌岩桩承载能力的静载试验,并对桩身轴力与变形进行了量测。试验结果表明：3根桩（试桩STZ1、STZ2... 详细信息

武汉中心大厦建筑总高度438 m,基底压力不小于1 000 k Pa,现场开展了桩径为1 000 mm、桩长64.0～68.0 m、以微风化泥岩为桩端持力层的4根嵌岩桩承载能力的静载试验,并对桩身轴力与变形进行了量测。试验结果表明：3根桩（试桩STZ1、STZ2、STZ2A）的荷载-沉降曲线为缓变型,1根桩（试桩STZ1A）受桩端沉渣影响,其荷载-沉降曲线为陡降型。最大荷载作用时各试桩的桩顶沉降25.14～33.7 mm,桩端沉降0.8～3.2 mm,桩身压缩量占桩顶沉降量90%以上,呈现超长桩特征。超长软岩嵌岩桩的侧摩阻力发挥特性与非嵌岩超长桩的侧摩阻力发挥特性有较大差异。4根试桩的端阻比介于19.8%～28.1%。软岩嵌岩桩实测桩端阻力高于岩石单轴抗压强度,采用JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中的方法计算将低估其实际承载力。静载试验结果为本工程超长软岩嵌岩桩设计提供了依据,同时可为武汉地区超长软岩嵌岩桩实践与理论研究提供参考。

关键词：超长软岩嵌岩桩静载试验承载性状侧摩阻力端阻力

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掺硅灰水泥土劲性复合桩的竖向承载机理研究

掺硅灰水泥土劲性复合桩的竖向承载机理研究

作者：梁坤中北大学

学位级别：硕士

水泥土劲性复合桩是在水泥土搅拌桩成桩后,水泥土初凝之前,在水泥土搅拌桩中同芯植入高强度芯桩而形成的一种新型复合桩。相比单独采用水泥土搅拌桩,该桩型具有更高的工程经济效益。但是,水泥的生产和使用需要消耗大量能源,同时会产生... 详细信息

水泥土劲性复合桩是在水泥土搅拌桩成桩后,水泥土初凝之前,在水泥土搅拌桩中同芯植入高强度芯桩而形成的一种新型复合桩。相比单独采用水泥土搅拌桩,该桩型具有更高的工程经济效益。但是,水泥的生产和使用需要消耗大量能源,同时会产生大量的二氧化碳及其它污染物。硅灰是一种比表面积大、活性高的火山灰物质,能够通过填充微孔隙并产生致密的混合物细化孔隙尺寸,进而使结构更加致密,改善水泥土的力学性质。但硅灰在我国目前属于粗放型工业副产品,很多企业尚未对其进行合理的资源化回收再利用。因此本文使用硅灰替代部分水泥用于制作劲性复合桩,在减少水泥用量的同时,对硅灰的回收再利用提供可行的新方法及新思路。本文以室内模型试验为基础,结合有限元数值模拟分析的研究方法,对硅灰水泥土劲性复合桩的竖向承载机理进行研究与分析,主要研究成果如下:(1)随着水泥掺量由15%增加到25%,纯水泥土试块强度增幅为15%～20%。当硅灰在胶凝材料中占比由0%增至50%时,硅灰水泥土试块无侧限抗压强度呈现出先增大后减小的趋势。试验结果表明,当硅灰在胶凝材料中占比为30%时,硅灰水泥土试块的无侧限抗压强度达到峰值,相较于纯水泥土试块的强度增幅为40%～60%。(2)压汞法(MIP)孔隙分布试验结果显示,当硅灰在胶凝材料中占比不断增加时,最大进汞量持续下降,硅灰水泥土试块的孔隙体积相应减小,这说明试块内部产生的胶凝产物不断增多,孔隙填充效应更加显著。(3)在相同桩顶荷载作用下,硅灰水泥土劲性复合桩的芯桩轴力小于纯水泥土劲性复合桩的芯桩轴力;硅灰水泥土劲性复合桩桩端阻力小于纯水泥土劲性复合桩桩端阻力。当养护龄期为7 d、桩顶荷载为5.88 k N时,硅灰水泥土劲性复合桩桩端阻力相较于纯水泥土劲性复合桩桩端阻力减小了3.4%;当养护龄期为28 d、桩顶荷载为5.88 k N时,硅灰水泥土劲性复合桩桩端阻力相较于纯水泥土劲性复合桩桩端阻力减小了6.8%。(4)通过ABAQUS有限元数值模拟分析可得,当养护龄期相同、桩顶施加荷载相同时,硅灰水泥土桩-芯桩侧摩阻力均小于纯水泥土桩-芯桩侧摩阻力;当桩深相同、桩顶荷载相同时,相较于纯水泥土劲性复合桩,硅灰水泥土劲性复合桩的轴力更小;当桩顶荷载相同时,纯水泥土劲性复合桩的芯桩荷载与水泥土桩荷载之比大于硅灰水泥土劲性复合桩芯桩荷载与硅灰水泥土桩荷载之比。

关键词：硅灰水泥土劲性复合桩无侧限抗压强度桩端阻力侧摩阻力

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超大型沉井施工工艺与开挖方案研究

人民长江 2022年第7期53卷 161-168页

作者：彭琳琳李嘉成高坤中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430040 江苏省交通工程建设局江苏南京210004

随着跨江跨海特大型桥梁的建设,沉井基础截面尺寸越来越大,入土深度更深,地质情况更为复杂,为了保证超大型沉井高效平稳下沉,选择合理的取土下沉工艺尤为关键。以常泰过江通道5号墩沉井为例,在分析传统取土工艺存在问题的基础上,提出了... 详细信息

随着跨江跨海特大型桥梁的建设,沉井基础截面尺寸越来越大,入土深度更深,地质情况更为复杂,为了保证超大型沉井高效平稳下沉,选择合理的取土下沉工艺尤为关键。以常泰过江通道5号墩沉井为例,在分析传统取土工艺存在问题的基础上,提出了台阶式取土下沉工艺,并利用数值分析方法精细化计算了开挖状态对土体端阻力的影响规律。研究结果表明:采用台阶式取土下沉工艺时,内圈井孔取土为沉井下沉提供空间,外圈井孔精细化取土,可实现沉井可控下沉;此外,考虑开挖状态对沉井端阻力的影响可指导下沉阶段取土范围的确定。研究成果可为类似超大型沉井取土下沉施工提供参考。

关键词：超大型沉井台阶式取土极限承载力侧摩阻力常泰过江通道

浸水条件下湿陷性黄土地区刚性桩复合地基承载性状试验研究

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浸水条件下湿陷性黄土地区刚性桩复合地基承载性状试验研究

作者：李博郑州大学

学位级别：硕士

湿陷性黄土是一种特殊性质的土,遇水浸湿后,土体结构被破坏,抗剪强度参数改变,在土的自重压力和上部荷载共同作用下,会产生大量的湿陷沉降,黄土的湿陷沉降使得地基不满足承载力要求,严重危害建构筑物安全。复合地基作为湿陷性黄土地基... 详细信息

湿陷性黄土是一种特殊性质的土,遇水浸湿后,土体结构被破坏,抗剪强度参数改变,在土的自重压力和上部荷载共同作用下,会产生大量的湿陷沉降,黄土的湿陷沉降使得地基不满足承载力要求,严重危害建构筑物安全。复合地基作为湿陷性黄土地基的处理手段之一,使桩体和土体共同承担上部荷载,可以有效减小地基沉降,同时桩的挤密作用可以消除黄土湿陷性,充分发挥土的承载潜能,满足地基承载性状的要求。近些年来,由于持续降雨等极端天气原因使黄土复合地基产生积水现象,处理后的黄土复合地基在上覆积水时理应不该产生大量沉降导致出现承载力不足问题,而现有某些工程在使用刚性桩复合地基处理消除湿陷性后,水分下渗深度加深,使得桩基以下黄土产生大量沉降,从而造成复合地基不满足承载力要求,诱发工程问题。针对上述问题,本文通过室内模型试验、数值模拟和工程实例分析,以消除湿陷性后的黄土刚性桩复合地基为研究对象,分析浸水条件下湿陷性黄土地区刚性桩复合地基承载性状的变化规律,并对规范进行改进建议,为实际工程提供合理的设计依据及预防措施。主要研究内容如下:(1)通过室内模型试验,分析研究了加载过程和浸水过程中复合地基沉降量的大小及变化规律。加载过程中,黄土复合地基沉降量随着荷载的增大不断增加;之后在持载条件下进行浸水试验,得知浸水导致沉降成倍增加,分析原因并指出了浸水产生不利影响时应采用的具体措施。(2)通过室内模型试验,分析研究了加载过程和浸水过程中桩身轴力、桩身侧摩阻力、中性点位置以及桩土应力比的变化情况。根据试验数据,总结分析了浸水条件下湿陷性黄土地区刚性桩复合地基承载性状的变化规律,基于规范提出在湿陷性黄土地区应考虑地基浸水带来的不利影响,并对规范进行了细化改进,对负摩阻力计算公式进行了修正,为实际工程提供了设计依据。(3)基于浸水条件下湿陷性黄土地区刚性桩复合地基室内模型试验,使用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,模拟分析了湿陷性黄土地区刚性桩复合地基加载-浸水过程中承载性状的变化情况,并将数值模拟结果与试验结果对比分析,验证了室内模型试验的准确性和采用数值模拟的方法研究湿陷性黄土复合地基承载性状变化规律的可行性。然后通过改变影响复合地基承载性状的不同影响因素,研究了可以改善浸水对复合地基产生附加沉降的相应措施,对实际工程具有指导意义。(4)结合工程实例,分析了在湿陷性黄土地区混凝土桩复合地基的沉降情况,并将现场数据与试验数据进行对比分析,验证了本文研究内容的真实有效性,为后续类似的地基处理设计提供了参考。

关键词：湿陷性黄土复合地基浸水承载性状侧摩阻力模型试验数值模拟

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水中沉井下沉期侧壁摩阻力分布试验研究

岩土工程学报 2019年第4期41卷 707-716页

作者：褚晶磊马建林蒋炳楠李孟豪张凯西南交通大学土木工程学院四川成都610031

以沪通长江大桥主墩沉井为背景,开展深水大截面沉井模拟下沉试验。通过对整个动态下沉过程的分析,确定了侧壁有效应力受下沉速率、压力松弛、倾斜、翻砂突沉等因素影响。停止吸泥后,侧壁有效应力由动态的分布形式转为准静态,整体呈减小... 详细信息

以沪通长江大桥主墩沉井为背景,开展深水大截面沉井模拟下沉试验。通过对整个动态下沉过程的分析,确定了侧壁有效应力受下沉速率、压力松弛、倾斜、翻砂突沉等因素影响。停止吸泥后,侧壁有效应力由动态的分布形式转为准静态,整体呈减小趋势,表现为极值点的减小和压力松弛区的恢复。沉井侧壁台阶的设置可减小沉井侧壁总摩阻力,其减小主要来自沉井直壁段。发现阶梯式沉井侧壁受力分为线性区、台阶影响区、过度区和压力松弛区,建立了基于台阶影响的沉井竖直状态下侧壁摩阻力计算模型,并结合沪通大桥#29沉井现场监测试验加以验证。沉井倾斜会引起侧壁有效应力分布的改变,挤土产生的增大土压力可达对应侧主动土压力的3～4倍。

关键词：动态下沉侧摩阻力竖向分布台阶倾斜

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悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法

西南交通大学学报 2018年第5期53卷 974-981页

作者：肖世国赵琳智西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

为了解析计算悬索桥隧道式锚旋的侧摩阻力,基于弹性理论,并考虑锚旋前、后锚端边界条件,建立了锚碇侧摩阻力的计算表达式。首先,根据实际锚碇受力情况建立了锚碇分析模型;其次,在Mindlin解的剪应力一般表达式基础上,引入锚碇前、后锚端... 详细信息

为了解析计算悬索桥隧道式锚旋的侧摩阻力,基于弹性理论,并考虑锚旋前、后锚端边界条件,建立了锚碇侧摩阻力的计算表达式。首先,根据实际锚碇受力情况建立了锚碇分析模型;其次,在Mindlin解的剪应力一般表达式基础上,引入锚碇前、后锚端剪应力为0的条件以及锚碇的静力平衡条件予以修正,得到锚碇侧摩阻力的解析式;最后,引用模型试验结果验证了解析方法的合理性,并结合工程实例进一步揭示了锚碇侧摩阻力的分布规律.研究结果表明:锚碇摩阻应力沿轴向呈单峰曲线分布模式,解析计算与三维数值模拟的最大摩阻应力平均误差约为8.5%;当主缆拉力较小(1倍设计缆力)时,锚碇自重可导致较小的侧摩阻力;当主缆拉力较大(3.5倍设计缆力)时,锚碇自重对侧摩阻力影响相对减弱;随着主缆拉力逐渐增大,锚旋侧表面可能出现局部剪切破坏,侧摩阻力将产生重分布.

关键词：悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力主缆拉力

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软土群桩原位足尺试验研究

岩土工程学报 2015年第S2期37卷 158-163页

作者：戴国亮戴永兴茅燕兵龚维明李小娟混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210018 东南大学土木工程学院江苏南京210018 广州地铁设计研究院有限公司广东广州510010

软土地区群桩基础受力机理复杂,目前阶段国内外关于群桩的现场足尺试验比较缺乏。在南京市江宁区软土地基进行了9桩的钻孔灌注群桩的足尺试验,试验桩桩径为400 mm,桩长分为20,24 m。通过布设在桩身各控制断面主筋上的钢筋计测量桩身轴力... 详细信息

软土地区群桩基础受力机理复杂,目前阶段国内外关于群桩的现场足尺试验比较缺乏。在南京市江宁区软土地基进行了9桩的钻孔灌注群桩的足尺试验,试验桩桩径为400 mm,桩长分为20,24 m。通过布设在桩身各控制断面主筋上的钢筋计测量桩身轴力,在群桩中不同基桩桩顶的压力盒测量桩顶荷载。对比分析了单桩和群桩的沉降特性、轴力特性、侧摩阻力特性以及群桩中各基桩的荷载分配规律,并将实测的桩顶反力和群桩效应系数与理论方法计算所得结果进行了比较,结果表明弹性理论计算所得的群桩中各基桩桩顶荷载差异比实测值大;考虑应力叠加的群桩效应系数的公式以及Converse-Labrre群桩效应公式与本次试验的实测数据比较吻合。

关键词：群桩基础足尺试验现场试验侧摩阻力荷载分配群桩效应系数

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新型抗浮锚杆结构研发与承载机理研究

新型抗浮锚杆结构研发与承载机理研究

作者：夏凯兰州理工大学

学位级别：硕士

锚杆因其施工简单、工期短、造价低、能够对建(构)筑物与岩土体进行有效加固,在岩土工程中得到了广泛应用,特别是在抗浮工程中,抗浮锚杆是首选工程措施之一。然而荷载集中型锚杆存在局部应力集中、极限承载力低、临界锚固深度浅等弊端,... 详细信息

锚杆因其施工简单、工期短、造价低、能够对建(构)筑物与岩土体进行有效加固,在岩土工程中得到了广泛应用,特别是在抗浮工程中,抗浮锚杆是首选工程措施之一。然而荷载集中型锚杆存在局部应力集中、极限承载力低、临界锚固深度浅等弊端,使得锚杆作用的发挥大大折扣。目前针对荷载集中型锚杆所存在弊端提出的单孔复合锚杆具有很好的工程价值,但研究多集中于单一受力形式的单孔复合锚杆研究,对于拉压分散型复合锚杆研究甚少,且对于拉压段长度改变对拉压分散型复合锚杆锚固性能影响研究极少。针对荷载集中型锚杆所存在的弊端提出的荷载分散型复合锚杆,能够使得荷载均匀地分配到锚杆各单元锚固段,使得锚杆的锚固性能得到极大改良。但遇到岩土体与灌浆体间的粘结强度沿锚固深度发生改变导致锚杆各单元锚固段极限承载力不同时,已有研究表明,会对锚杆的锚固性能产生不利影响。但目前就此问题很少提出解决措施。在此新工况下,需提出依据锚杆各单元锚固段极限承载力对锚头荷载按比分配的新型锚杆结构,避免荷载高于单元锚固段极限承载力而提前发生破坏,或单元锚固段荷载分配不足导致岩土体强度调用率不高。针对以上两种工程中实际存在的问题,分别提出拉压分散型复合锚杆与荷载分配式复合锚杆结构,并设置多组拉力锚杆与荷载分散型复合锚杆作为对照组,进行现场原位足尺试验与后期ABAQUS模拟相结合对两种锚杆的锚固性能进行评价,得出以下结论:(1)拉压分散型复合锚杆试验结论1)拉压分散型复合锚杆第一界面(锚杆体与灌浆体交界面)的剪应力明显低于拉力锚杆第一界面的剪应力,且焊接在锚杆体上的承载板可以有效阻碍锚杆体与灌浆体间相对位移的产生,锚杆的稳定性得到进一步提高。随着承压段长度的增加(承拉段长度与承压段长度比值降低)拉压分散型复合锚杆的极限承载力进一步提高,分别为同锚固长度拉力锚杆极限承载力的1.17倍、1.22倍与1.44倍,且荷载位移曲线的陡降性逐渐消失,拟合度更高。拉压分散型复合锚杆在极限承载力提高的前提下,仍能实现较高的锚头位移,与拉力锚杆相比,其结构具有更好的延性。2)拉力锚杆虽随着锚固长度的增加,其极限承载力可以得到进一步提高,但在同级荷载作用下,不同锚固长度拉力锚杆的轴力分布规律与分布范围接近,因此可通过极少组拉力锚杆轴力随锚头荷载沿锚固深度变化规律即可合理预测拉力锚杆的轴力变化规律。以轴力在锚固深度上的突变点,作为复合锚杆的最优锚固段长度,有助于复合锚杆各单元锚固段岩土体强度更好的调用。3)相比于拉力锚杆而言,拉压分散型复合锚杆能够更好的调用锚杆下部锚固段的岩土体强度,使得锚杆的临界锚固深度下移。拉压分散型复合锚杆使得锚头荷载在锚固段内的分布更加均匀、锚杆应力峰值降低、侧摩阻力发挥程度更高,作为工程抗浮锚杆具有一定的工程应用前景。(2)荷载分配式复合锚杆试验结论1)依据各单元锚固段极限承载力对锚头荷载合理分配的荷载分配式复合锚杆,其极限承载力分别为同锚固长度的荷载分散型复合锚杆、同锚固长度的拉力锚杆、锚固长度为4m的拉力锚杆极限承载力的1.13、1.52、1.17倍以上。在考虑锚杆体极限抗拉值的前提下,其可等效替代锚固长度为5m的拉力锚杆,极大的减小了锚杆的有效锚固长度,使得工程造价进一步降低。且其在高承载力的前提下,每级荷载作用下,能够产生较大的锚头位移,锚杆的结构延性更好。2)与荷载分散型复合锚杆相比,在锚头荷载合理分配的基础上,荷载分配式复合锚杆可以使得单元锚固段极限承载力高的岩土体强度得到更有效的调用,且避免了极限承载力低的锚固段受力过高,在薄弱点提前发生破坏,减轻了锚杆各单元锚固段之间的相互影响。荷载分配式复合锚杆有效地减轻了锚杆各单元锚固段极限承载力不同对锚杆锚固性能产生的不利影响,在各单元锚固段极限承载力不同的岩土体锚固工程中有着更好的适应性。3)通过对未浸水与浸水的锚杆上下单元锚固段的侧摩阻力随荷载分配变化情况可知,锚杆下部单元锚固段表面中风化泥岩在受浸湿影响后,中风化泥岩与灌浆体间的粘结强度下降了0.92MPa,衰减达66%。锚杆下部锚固段中风化泥岩与灌浆体粘结强度的衰减导致了锚杆上下单元锚固段极限承载力出现差值,对锚杆锚固性能产生的不利影响,在锚杆的设计与施工时应对其给予充分的考虑。

关键词：锚固工程新型锚杆结构现场试验中风化泥岩浸水荷载分布侧摩阻力

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侧摩阻力对桩基粒径效应的影响研究

岩土工程学报 2013年第S2期35卷 1016-1019页

作者：柳飞李东海吴炼石北京市市政工程研究院北京100037 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 山东省水利勘测设计院山东济南250013

通过对比不同长径比条件下单桩竖向承载力和桩端阻力粒径效应的不同,研究侧摩阻力对桩基承载力离心模型试验中粒径效应的影响。结果表明,由于侧摩阻力的作用机理与桩端阻力有较大的不同,在本试验范围内,不同桩径的模型桩模拟同一原型得... 详细信息

通过对比不同长径比条件下单桩竖向承载力和桩端阻力粒径效应的不同,研究侧摩阻力对桩基承载力离心模型试验中粒径效应的影响。结果表明,由于侧摩阻力的作用机理与桩端阻力有较大的不同,在本试验范围内,不同桩径的模型桩模拟同一原型得到的侧摩阻力均有较大的不同,而桩端阻力除长径比为5时存在粒径效应现象,其他试验条件下模拟同一原型得到的试验结果基本相同。由于侧摩阻力的影响,单桩竖向承载力的粒径效应比桩端阻力的粒径效应显著。

关键词：离心模型试验粒径效应桩基侧摩阻力