对“第十六届桩基工程学术会议”桩基工程理论研究与工程实践进展进行综述,内容包括大会特邀报告、理论与试验研究、桩基设计研究与实践、桩基施工技术与施工环境效应、桩基检测技术5个方面。理论与试验研究涉及专题有:广东地质条件下桩基工程相关问题研究,地层温度对桩基承载力与使用性能影响的试验研究,特殊条件下桩基承载性状的试验研究,复合桩承载性能的理论与试验研究,桩基动力与振动台试验研究,压桩方案对压桩施工参数影响的试验研究。桩基设计研究与实践涉及的专题有:桩基设计对桩侧和桩端阻力取值的研究,桩基在地基基础加固中的应用研究,海洋欠固结土层中桩基设计的研究,人工智能技术在桩基设计方面的实践,桩基设计中方案优化研究,风电项目中桩基设计进展。桩基施工技术与施工环境效应涉及专题有:静钻根植桩的施工环境效应,特殊地层中成桩施工的环境效应,低净空下桩基施工技术,盾构施工对既有建(构)筑物桩基变形的影响,人工智能在桩基施工中的应用,桩基后注浆工艺的探讨。桩基检测技术涉及的专题有:桩身完整性检测方法的探讨,桩基检测新技术的探讨,桩基检测理论研究的探讨,预制桩检测技术探讨。
灌注桩具有适用性广、承载力高、施工相对便捷等优点,被广泛应用于岩溶地区的基础工程。然而,由于岩溶地区地质环境复杂、地层存在溶洞、溶蚀裂隙及不均匀的岩面起伏等问题,灌注桩的施工质量与承载性能受到较大影响。在系统调研国内外相关文献的基础上,结合岩溶地区灌注桩工程实际情况,围绕岩溶地貌特征、灌注桩施工技术、施工质量控制方法、承载力预测与评估技术等方面进行综合分析与评述,并探讨岩溶地区灌注桩工程的未来发展趋势,为岩溶地区桩基工程提供参考与借鉴。
隧道施工环境极为复杂,传统的人工及机械施工方式效率低、主观性强,智能机器人凭借其先进的感知、决策和执行能力,极大提高了复杂环境下隧道工程的施工精度和可靠性。为了研究智能机器人对复杂隧道施工环境的适应性,在总结国内外应用现状的基础上,对复杂隧道施工环境特点进行了详细分析,明确了地质条件复杂、空间受限以及环境恶劣等因素对智能机器人作业的影响。从工程案例出发,展示了智能机器人在提高隧道施工效率、提升质量和保障安全等方面的优势,探究了导航与定位精度、通信稳定性、能源供应与续航能力等影响智能机器人适应性的技术影响因素,以及施工工艺匹配度和与其他设备协同作业能力等工程影响因素,提出包括定制化设计和加强设备间协同作业标准化等策略,确保智能机器人能够更好地适应复杂隧道施工环境和工艺要求,提高隧道施工效率和安全性。
为了研究堆载预压与半刚性复合地基处理交界区域变形特征,以某深厚软土场地地基处理工程为例,建立了两种不同地基处理形式交界区域的有限元模型,分析了交界区域地表沉降及差异沉降在工后阶段的长期发展趋势。结果表明:(1)交界区地表沉降与差异沉降发展速率均呈现逐年减小的趋势;(2)差异沉降最大位置随时间发展不断由交界面位置向复合地基区域偏移,最终位于堆载坡肩外侧1.9倍堆高处,且不受桩间距影响;(3)地表坡率最大值与桩土置换率呈非线性关系,置换率低于 0.13 时提高置换率对最大差异沉降控制效果显著;(4)以地表坡率0.5%为标准,超限临界置换率约 0.114,当置换率低于该值时交界区差异沉降超限。对于常见的复合地基置换率,超限范围围绕最大值位置呈对称分布,宽度在16 m以内。
在复杂地质隧道施工过程中,为了探明掌子面前段地质情况,预防隧道软岩断裂、涌水突泥等不良地质作用,应以地质分析为主线,长短距离超前地质预报相结合为依据,建立隧道动态综合预报及设计的管理体系。在G4216线仁寿至屏山新市段高速公路五指山特长隧道施工中,针对多种不良地质体,采用了地质分析法、超前水平钻探法、地质雷达法、瞬变电磁法、地震波法等超前地质预报方法,建立隧道动态综合预报及设计的管理体系,指导动态设计,并根据施工进度进行开挖后的对比验证。该管理体系降低了隧道施工的地质安全风险,具有科学性、经济性和安全性,可为类似复杂地质条件的隧道超前地质预报和动态设计提供参考和借鉴。
基坑规范未明确混凝土框架支撑平面稳定的计算长度取值,钢结构、混凝土规范及相关研究的框架柱计算长度系数公式亦未考虑支撑长度及两端固定边界条件的影响。本文根据受力模型将框架支撑按巨型格构柱进行系统平面稳定分析,通过缀板式格构柱稳定屈曲精确理论解,考虑框架支撑单肢作用、支撑长度及两端固定的影响,推导出支撑计算长度系数公式。用能量法推导了固端边界条件下,考虑钢立柱侧向刚度影响的支撑平面计算长度系数公式。公式计算结果与有限元特征值屈曲分析结果接近,精度满足工程设计要求。
为解决破碎基岩区嵌岩桩设计问题,通过分析国内两种行业规范嵌岩桩承载力计算方法、计算参数和适用范围,根据《公路桥涵地基与基础设计规范》计入岩石完整程度的基桩端阻、侧阻发挥系数的思路,确定了破碎基岩对应的承载力折减比例,对《建筑桩基技术规范》的嵌岩桩计算系数进行了修正,获得适于建筑桩基的破碎基岩嵌岩桩承载力计算方法。使用基于修正Hoek-Brown准则等效的Mohr-Coulomb抗剪强度指标进行有限元模拟,得到较破碎基岩嵌岩桩单桩极限承载力,针对不同完整程度持力层建立桩筏基础模型,分析其承载能力与单桩承载性状。结果表明,修正后的承载力计算方法具有合理性,较破碎基岩作为群桩基础的持力层具有较好的承载能力。研究成果应用于济南破碎基岩区某超高层项目的桩基优化设计,相关成果可供同类工程参考。
北京地铁13号线天通苑站暗挖施工中,因地下水丰富且隧道底板位于承压含水层内,采用止水帷幕效果不佳、成本高昂,故改为开挖前对承压含水层进行预降水减压以控制地下水。为预测降水引发的地表沉降,基于三维地下水动力学理论,建立了一个区域划分数学模型,综合考虑了承压含水层降水压力分布曲线与隔水层顶板的空间位置,并将承压含水层上覆隔水顶板受力区域划分为无压区与承压区。依据能量守恒方程构建了单井降水的孔隙水压力分布公式,并引入Mindlin解计算地表沉降。经实测数据验证,最终沉降值与解析解所求值误差平均值为15%。研究表明,该模型可为短期内深层承压含水层降水引起的地表沉降提供理论依据。
新建地下工程近接既有地下结构的工程类型愈发普遍,严格控制该类新建地下工程施工对既有地下结构的影响是工程建设成功的关键。某地铁站新建换乘通道暗挖隧道穿越上覆雨水箱涵与下卧既有隧道,以该暗挖工程为背景,基于现场实测与三维有限元分析,研究中洞法施工工艺对地表沉降、新建隧道及既有结构物变形的影响规律。研究表明:新建暗挖隧道采用中洞法分层、分块、分区、分段施工,并结合水平旋喷桩超前预加固不良地层,可有效控制地层沉降及结构物变形;中洞法施工的开挖进尺对既有隧道与雨水箱涵变形影响较大,施工中需要严格控制开挖进尺,以减小对既有结构的影响。研究成果可为同类地下工程建设提供借鉴。
下穿既有运营铁路路基建设框构桥会引发既有铁路变形,降低轨道的平顺性,严重时会导致线路运营中断。以深圳市五和站交通疏解道路下穿平南铁路工程为研究背景,建立框构桥下穿既有铁路线路模型,结合现场实测数据分析不同切桩施工顺序下现浇框构桥下穿对上覆既有线的扰动变形,提出了现浇框构箱涵下穿工程的关键控制技术。计算结果表明:在框构桥现浇下穿过程中,各工况对应下的轨道沉降曲线呈对称分布趋势,轨道在支撑桩位置的沉降最小,沉降最大值发生在D梁跨中位置;框构桥跨度的增大导致其范围内铁路轨道水平位移变化增大;进行切桩顺序优化后,SGC10支撑桩位置范围轨道沉降值明显小于原方案轨道沉降值,沉降值减小49%,使得整个下穿范围的既有铁轨沉降及水平位移减小;分阶段切割既有支撑桩,将既有铁路轨道荷载分阶段施加到各框构桥上,进行多次的受力转换,可显著降低既有铁路轨道的沉降,并且提升既有铁路的平顺性。各工况条件下得到的铁路轨道变形与实测结果规律一致,该模型工具可对立交道口下穿过程中既有铁路轨道变形进行预测,并为类似铁路立交道口工程的安全施工提供建设经验。
针对桂北地区泥质粉砂岩在干湿循环作用下的力学性能劣化问题,开展不同干湿循环次数的单轴抗压强度试验与SEM试验,并基于能量演化规律确定了泥质粉砂岩的完全压密点,构建了泥质粉砂岩分段损伤本构模型。研究结果表明:(1)在经历5次干湿循环后,泥质粉砂岩单轴抗压强度和弹性模量分别下降了90.7%和81.5%,破坏模式由剪切破坏转变为拉−剪复合破坏。(2)确定耗散能等于弹性应变能的点为完全压密点,压密应变随干湿循环次数增加呈线性增大。(3)分段损伤本构模型拟合结果与试验数据的匹配度较好,可更准确地描述干湿循环作用下泥质粉砂岩的变形破坏特性。研究结果为桂北地区历经降雨−曝晒循环的边坡稳定性提供了数据支持和理论参考。
通过在重塑膨胀土中设置不同面积覆盖率的钙质结核类异质体,研发“土体裂隙识别系统”,对脱湿过程中裂隙发育的全过程进行动态监测与量化分析。试验结果表明,异质物对膨胀土裂隙的几何特征与发育进程产生了显著影响,对裂隙率等量化指标实施了系统性调控。随着异质物覆盖率的上升,土体的起裂含水率与拐点含水率出现提前现象,裂隙发育趋向于沿异质物边界构建更为直接且数量较少的扩展路径,同时对裂隙向更宽形态的演变起到抑制作用。其中,15.7%覆盖率为调控效应阈值,在此覆盖率下,土体裂隙率、裂隙总长度和分形维数均达到最大值。异质物对裂隙发育的影响呈现阶段性特征,以应力集中、分割约束以及界面效应共同作用决定了裂隙的萌生、扩展与稳定过程。研究成果可为深入理解含异质物土体裂隙发育机理以及相关工程实践提供理论依据。
以饱和黏性土场地为背景,通过对比不同引孔深度(3.0, 4.5, 6.0 m)下预制管桩(桩长为9.0 m)的施工参数及单桩静载试验结果,系统分析了引孔深度对沉桩工艺、土塞效应及承载性能的影响。研究表明:(1)静压沉桩工艺中,引孔深度小于1/2桩长时,不同引孔深度的管桩终压力变化较小,在引孔深度达桩长2/3(6.0 m)时终压力显著降低;锤击沉桩工艺中,引孔深度范围内锤击数显著减少,在引孔深度达桩长2/3(6.0 m)时,最后80 cm的锤击数明显减少;(2)引孔深度增加导致静压沉桩土塞长度减小,而锤击沉桩土塞长度整体增大,引孔更易促使土体填充锤击工艺的管桩空芯;(3)单桩承载力随引孔深度增加呈下降趋势;引孔深度小于桩长1/2时,主要削弱桩侧阻力;引孔深度达桩长2/3时,桩侧与桩端阻力均显著降低;(4)试验所得单桩竖向抗压承载力特征值与终压力之比的平均值为0.293,接近于《静压预制混凝土桩基础技术规程》(DBJ/T 15—94—2013)4.3.3条给出的下限值(0.30),表明在饱和黏性土引孔条件下,仍可采用终压力估算承载力,当无地区经验时,可将安全系数在规范取值基础上提高11%~26%;(5)综合施工可行性与承载力损失控制,建议饱和黏性土场地管桩引孔深度宜控制在0.4~0.5倍桩长范围内,此时既可削弱挤土效应,又能降低承载力的损失。研究成果为饱和黏性土场地中管桩引孔工艺的设计与施工提供了参考。
在实际工程中,水泥−水玻璃(C-S)固结体因韧性不足,难以有效吸收动态载荷能量。为解决这一问题,提出CaO-EG-PP三元协同改性体系,通过调控钙离子浓度与聚丙烯纤维桥接作用,系统研究不同配比(0%~5%氧化钙(CaO)、0.04%乙二醇(EG)、0%~1%聚丙烯纤维(PP))对C-S固结体力学性能的影响,结合凝结时间、抗压强度、折压比、拉压比及抗冲击试验,揭示其韧性增强机制。结果表明,体积比(Vc∶Vs)由2∶1增至5∶1时,凝结时间缩短41.2%~ 54.2%;CaO(1%)+ EG(0.04%)组在PP掺量0.2%时抗压强度达6.75 MPa(较对照组提升13.4%),且弹性模量同步提高36.1%;CaO(3%)+ EG(0.04%)组拉压比较对照组提升5.4%~104.1%,PP桥接作用使完全开裂冲击耗能提升至147.15 J(对照组39.24 J)。研究表明,钙离子浓度优化平衡硅氧四面体电荷密度以稳定凝胶结构,EG氢键强化界面结合,纤维桥接与拓扑缠绕抑制微裂缝扩展,三者协同实现“离子调控−氢键稳定−纤维增韧”耦合增强。
为研究填料粒径和含水率对红层软岩路基填料抗剪强度特性的影响,针对广西地区典型红层软岩填料,开展了不同含水率、不同粒径的红层软岩填料直剪试验,明确了粒径与含水率对红层软岩填料抗剪强度、脆性及剪胀特性影响规律。研究结果表明:红层软岩填料粒径、含水率和竖向荷载的增大均会使应力−位移曲线由软化向硬化过渡,也会使得峰值剪切位移增大;红层软岩抗剪强度随含水率增大呈先增后减的趋势,呈现出典型的“山峰效应”,而随填料粒径增大呈减小的趋势;随着竖向荷载及含水率增大,剪切体变也由剪胀向剪缩过渡;增大红层软岩填料的粒径、含水率及竖向荷载均会抑制剪胀,且随着红层软岩填料粒径的增大,试样在剪切前期的剪缩行为也更加显著;随着红层软岩填料粒径及含水率增大,剪切时的脆性指数随剪胀角的变化先后经历3个阶段:软化−剪胀、硬化−剪胀、硬化−剪缩。
废旧轮胎具有高摩阻、高强度特性,对于加筋细粒土、风化料、软岩等路基具有良好的应用前景。为揭示竖向荷载作用下废旧轮胎格栅加筋路基承载特性并建立承载力计算方法,设计开展了加筋路堤室内加载试验,研究了不同加筋层数下废旧轮胎格栅加筋路堤承载特性及变形特性。试验结果表明:废旧轮胎格栅可有效提高路堤结构的整体性,减小其坡顶沉降与侧向位移,有效提升路堤的极限承载能力,最高可达70%;路堤内部应力沿深度方向逐渐衰减,且上层格栅承担应力明显大于下层格栅;对比格栅层数的影响,可知加筋层数越多,轮胎格栅的网垫效应越明显,应力集中现象减弱。根据试验结果分析,确定了废旧轮胎加筋风化料路基的极限承载力计算公式及参数。研究结果可为废旧轮胎格栅工程应用提供理论支撑。
发泡流态固化土(FFSS)已广泛应用于回填工程中,但其性能评价多基于无侧限抗压强度,缺乏对侧向约束作用的研究。本文通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验,重点探究了湿密度、粉土掺量和围压等因素对FFSS力学特性的影响规律。结果表明:试样的应力−应变曲线具有明显的弹塑性特征,符合莫尔–库仑准则;围压和湿密度的增加均可提升材料的三轴压缩强度,当湿密度从600 kg/m3提高至1200 kg/m3时,黏聚力增长超250%,内摩擦角随密度增加而降低;围压可延缓强度劣化,脆性指数降低40%~60%;粉土掺量以35%为临界值,此时强度与变形性能最佳。此外,本文基于试验数据构建了抗剪强度的多元回归模型,可为FFSS的工程设计与性能预测提供支持。
将边坡稳定性分析的方法分为确定性分析方法(以瑞典圆弧法、简化Bishop法等为代表的极限平衡法和以有限元法、有限差分法等为代表的数值分析方法)和非确定性方法(可靠度法、模糊综合判断法、灰色系统法、人工智能法等),详述了各分析方法的原理、优缺点以及适用性,并对其中一些方法进行了比较分析,提出了岩土边坡系统稳定性评价的发展方向。
有限元软件数值模拟是现在从业人员分析敏感环境下基坑工程的重要手段,选择合适的本构模型是其关键。为了解工程中常用的三种土的本构模型适宜性,运用三维有限元软件Midas GTS NX模拟了某大型深基坑开挖过程,将采用不同本构模型的数值模拟结果与基坑监测结果进行对比,进而分析本构模型的适用性。可为本区类似工程进行有限元数值模拟分析时提供参考和借鉴。
BIM技术具有三维可视化、碰撞检测、工程信息管理等众多特点,极大地提升了工程质量与效率,在建筑领域得到迅猛发展,然而在岩土工程中因为收费机制、软件功能限制、应用局限性等原因导致其发展的严重滞后。随着设计可视化、信息化发展进程,BIM也将在岩土中得到立足。对BIM在岩土中的应用现状进行了剖析,并对发展前景展望。以武汉亚洲医院基坑项目为依托,进行了BIM的完整实施,探讨了模型建立方式与施工应用方法,对今后BIM在岩土工程中的应用推广具有一定指导意义。
上海市城市道路发生的地面塌陷主要原因为浅部砂层分布区域地下排水管线渗漏引发流砂,导致地下土体流失,地表硬壳层承载力下降。将有限元和离散元二者进行耦合,从管线渗漏位置和对邻近管线影响两个方面诱发地下空洞机理进行数值模拟研究。研究结果表明,管道表面顶部局部渗漏引起地表以下土体流失量最大,底部渗漏造成的影响范围较小;管道断裂渗漏引起的地面塌陷范围比管道局部渗漏大得多,但深度较管道顶部局部渗漏引起的塌陷深度小;邻近管道埋深越大,地表以下土体流失量越大,引起塌陷影响区域范围越大,而埋深较浅时,其所受邻近渗漏管道的影响较大;在对地面塌陷进行监测与预防时,不应仅关注地表沉降变形,关注管道周边的土体变形是一种更加及时有效的方法。
总结分析了建筑工程肥槽回填土质量不良引发的常见工程问题,以及肥槽回填土不易施工密实的几个主要原因,并总结提出了各种肥槽回填土处理方法,以及它们主要的适用条件。
探讨了BIM在岩土工程勘察领域应用的可行性,根据多年的研究和工程实践,提出了BIM技术应用于岩土工程勘察领域的目标、实现途径和分阶段的解决方案。
黄土丘陵沟壑区高填方工程的地形地貌和地质环境复杂,场地内常分布有大面积湿陷性黄土和淤积土,且具有土方量大、影响因素多、施工工期紧、沉降控制要求高等特点,建设过程面临着填方体的稳定、变形、排水、湿化变形控制及边坡防护等问题。以国内几处典型黄土高填方工程为例,介绍了通过场地综合地质条件评价、土方平衡优化、地下盲沟排水、原地基强夯加固处理、填筑体压(夯)实处理、填挖边坡防护处理、施工质量立体式监控、岩土工程全程监测等多种手段有效组合,解决黄土高填方工程问题的实践工作,相关经验可供类似工程借鉴。
世界首条盾构法联络通道—宁波地铁联络通道已经将盾构法挖掘地铁联络通道变为现实,但对于盾构法联络通道挖掘对地表沉降的影响还缺乏足够的认识和积累。以宁波地铁3号线某区间的地铁联络通道开挖为例,对盾构法联络通道施工过程进行了试验测试及CAE(Computer Aided Engineering)仿真,并成功地完成了施工过程中各个工况地表沉降仿真与测试的标定分析,得到了沉降幅值在各工况下的变化规律,指出盾构地铁联络通道施工过程中需要关注的危险工况,据此形成了一套真实、可靠、先进的仿真流程,可为联络通道后续沉降监控及其它联络通道施工过程的沉降预测提供支持。
采用文献综述研究方法,梳理了红黏土研究成果并进行了评述,对红黏土的物理力学性质进行了归纳和总结,对红黏土的性能改良研究成果进行了汇总,指出红黏土的物理力学性能的差异性根源在于微观结构的个性差异存在,红黏土性能改良的困难在于红黏土的水敏性和热敏性,红黏土性能改良的关键在于控制其含水率。最后指出了研究不足在于普适性理论和知识体系没有构建,改良方法和技术探究应该加强,展望了红黏土性能改良的物理-化学-生物耦合作用的机理及复合技术开发和应用的研究。
结合北京市密云区古北口村文物建筑群工程实例介绍了三维激光扫描技术、BIM(建筑信息模型)在古建筑测绘中的应用。通过对比传统测绘方法,证明其在测绘及文物保护方面应用的优势。
目前大部分岩土工程勘察企业使用的是传统原位测试手段。为了梳理、归纳岩土原位测试技术的最新进展,从变形特性试验、抗剪强度试验、渗透试验和触探试验等四个方面,将20世纪90年代至今岩土原位测试技术与设备的最新研究进展进行系统性综述。当前的原位测试技术具备自动化、信息化、多功能化和技术升级等四大特征,但仍然存在测试成本高、理论基础薄弱、试验自身局限和进展缓慢等问题。根据实际问题从加强理论基础、信息化和多功能设备的研发、拓展研究区域等方面提出展望。
系统总结了应用于工程勘察领域的各项钻探技术,包括取土器及取心钻具、原位测试技术、高效钻探取心(样)技术及联合勘察技术等,对其特点进行梳理并作对比分析,对其存在的问题提出解决建议。建议进一步优化钻探工艺,并使与之配套的钻具实现模块化、智能化研发升级,促进不同类型钻探技术的交叉融合,以及钻探技术与物探、遥感等多学科技术的联合应用,为工程勘察工作的进一步高效开展奠定基础。
1987年创刊, 双月刊
主管单位:中国兵器工业集团有限公司
中兵勘察设计研究院有限公司
国际刊号:1007-2993
国内刊号:11-3813/TU
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