浅谈桥梁钻孔桩基础设计

桩基础在公路及铁路桥梁设计中得以广泛运用．桩基础类型的选择受地质、墩台类型等影响，制约因素较多．笔者根据在实际工作中的些许设计经验，从桩基础类型的选择、桩长的计算、桩底持力层的选择以及确定桩基础承载力时，对如何考虑桩与土的共同作用等方面进行了探讨．     

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性，克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响，提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵，实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响；基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式，并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换，得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解；将该算法编入设计程序，实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例，计算结果表明，该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内，计算精度高。     

考虑边坡效应的铁路桥墩桩基力学行为分析EI北大核心

研究目的:为了顺应线路需要,高原地区修建的大量桥梁桩基工程处于高陡边坡之上。处于边坡上的桥墩桩基础由于边坡土体水平抗力对桩身影响而受力复杂。本文基于非线性有限元软件平台,结合黄土边坡上修建的铁路桥梁算例,建立考虑材料和桩土接触非线性影响的边坡—承台—桩基系统力学分析模型,目的在于从系统承载力、变形和应力等多方面研究边坡—承台—桩基系统在恒载和组合荷载工况下的力学行为。研究结论:通过对桥梁算例的分析,得出:(1)对于边坡上的桩基础桥墩,边坡水平抗力对桩基受力影响较大,桩基位移和应力均呈现出沿坡向的非均匀性;(2)对于多地层边坡,桩基位移和应力在土层分界处存在突变,桩基在分层部位存在受力不利区域;(3)本文研究方法和结论可为边坡上修建的桥梁桩基础的设计和力学分析提供理论借鉴。     

桥梁群桩基础抗震简化计算模型的适用性研究

本文对群桩基础常用的抗震简化计算模型进行对比分析,指出各计算模型间的差异。在此基础上,提出改进的分层文克尔弹簧模型,并在该模型中采用桩身的等效面积比η间接考虑桩侧摩阻力和桩底土竖向抗力的影响。分析结果表明:应用集中弹簧模型模拟桩基础的柔性效应时,应考虑耦联刚度的影响;应用分层文克尔弹簧模型模拟群桩基础的桩土相互作用时,应考虑桩侧摩阻力和桩底土抗力的影响;在改进的分层文克尔弹簧模型中,桩身的等效面积比η随桩长及桩底土竖向地基系数的增加而增大,随桩径的增加而减小,且η值越大,对桥墩及桩基础的地震响应影响越大,只有当η接近1.0时,方可采用分层文克尔弹簧模型进行抗震分析。     

顶进框架桥桩基受力分析及桩长检算

以邹城市富唐路K1＋853．9顶进1—16．0m框架桥线路防护桩基设计为例,对桩基进行受力分析,明确了嵌入段桩基对桩底产生的竖向力应等于嵌入段桩基自重与桩身所占同体积土之差;另外,明确桩身受力后,对桩长进行检算,利用桥梁通软件对桩基进行配筋,完成桩基设计。     

基于柔度系数求解桥梁桩基对桥墩约束刚度的有限元数值分析

以桥梁桩基础为研究对象,基于弹性地基梁"m"法理论,通过柔度系数提出桥梁桩基础对桥墩约束刚度的有限元数值计算方法,探讨桩基有关参数诸如桩径、入土深度、地面以上长度、地质条件以及桩数对约束刚度的影响规律。研究结果表明:本文结果对桥墩设计、桥墩承载能力与桥墩抗震防灾能力评估具有一定的指导意义。     

一种斜坡桥梁桩基础自由段桩长确定方法

以斜坡桥梁桩基自由段桩长的确定方法为研究目标,将桩前自由段桩长范围内存在变形趋势的岩土体视为三维楔形受力体,考虑桩前受力体的自重及两侧拉力、受力体底部的极限抗滑力和摩阻力、桩土间接触压应力,推导其滑动力合力计算式,依据受力体的临界稳定状态确定斜坡桥梁桩基自由段桩长,并采用C#开发斜坡桥梁桩基自由段桩长的计算程序。运用该程序对斜坡桩基自由段桩长取值影响因素进行的敏感性分析结果表明:斜坡坡角、桩土接触压应力、内摩擦角对自由段桩长取值的影响较敏感,而桩周岩土体重度对自由段桩长取值的敏感性较小。采用此方法对长昆客运专线部分陡坡桥基自由段桩长设计取值的计算结果表明:当斜坡坡度较缓、地层较为坚硬时,位于其上的桥基内力计算可忽略自由段桩长的影响;当斜坡坡度较陡或斜坡岩土体强度较低时,计算得到的自由段桩长取值相对较大,斜坡桥梁桩基础设计须考虑自由段桩长对桩基内力计算的影响。     

群桩基础桥墩的自振特性计算

在已有的研究基础上，将群桩基础桥墩作为一个空间整体，改进了群桩基础桥墩自振特性的三维计算模型。该模型采用半数值半解析的方法对群桩基础进行了模拟，建立了桩基新的等效刚度矩阵，可以充分考虑群桩的布置、地基土的状况，具有较强的适应性，并且计算方便。在些模型基础上编制了有限元程序，其计算结果与通用程序及实测值吻合较好。利用该程序分析了桥墩的参数对自振特性的影响，这些分析对于桥墩的抗震设计和病害检测都具有参考价值。     

影响桥梁下部结构刚度的主要因素

通过对桥墩纵横向刚度的计算,分析影响桥梁下部结构刚度的主要因素:墩高、桩间距、桩的布置型式、柱桩的桩长、桩的自由长。桩基础的设计以采用小直径钻孔桩、行列式布置、尽可能加大桩的横向间距为原则。     

超大直径嵌岩桩基础竖向受荷性状研究

研究目的:超大直径桩的应用越来越多，超大直径桩基础的工作性能是否仍可以采用常规的设计方法，需要进一步研究。本文基于夜郎河铁路特大桥的超大直径桩基础，结合具体地质情况采用FLAC^3D软件仿真模拟分析大直径单桩基础竖向受荷特性。研究结论:(1)对于完全嵌入强度较高岩层的桩或上覆岩层强度较高的超大直径桩基础，当桩的长径比大于1.8时，桩基侧阻曲线形态表现为“上大下小”;随着桩长减短、长径比减小，桩上部侧阻逐渐减小，下部侧阻逐渐增大；当长径比很小时，变成“两端大、中间小”的形态；(2)只有当桩侧岩层弹模较小或上覆土层强度较低(如为黏土)的超大直径桩基础，侧阻曲线才表现为“上小下大”的形态，且桩侧岩层弹模越小，或上覆土层越弱，这种特征表现越明显；(3)超大直径桩的最优长径比小于3,比小直径桩的最优长径比小；(4)对于同直径的超大桩基础，桩侧阻力会根据桩侧岩层弹模的不同表现出三种不同的分布形态；(5)本研究成果可为超大直径桩基础的研究及应用提供指导和参考。     

软土地基桥梁桩基础单桩竖向动静载试验研究

位于软土地区的铁路桥梁桩基础在高速列车运营过程中由于动荷载作用引起桩基工作性状变化,目前国内尚无原位试验资料。某试验段在试验现场进行了2种桩径共6根试验桩的单桩竖向动静载试验。结果表明,在桩端持力层较好的情况下,软土地基桥梁桩基础设计时可以忽略由于高速列车运营的反复荷载作用对桩基工后沉降和竖向承载力的影响。     

铁路桩基础桥墩病害诊断动力测试及评定方法

通过现场测试和有关应用研究，研究了铁路群桩基础桥桥墩病害诊断的动力测试和评价方法，提出了群桩基础桥墩状态评价的有关指标．通过对比分析，阐述了现行《铁路桥梁检定规范》给定的墩顶横向位移限值和自振频率限值的计算表达式不适用于群桩基础桥墩．     

基坑及群桩基础施工对邻近地铁盾构区间的影响

随着城市建设步伐的加快,越来越多的建(构)筑物施工会对已建成的地铁结构造成影响,为了研究新建明挖基坑及群桩基础对邻近既有地铁区间的影响,依托长沙市黎托生态公园基坑项目,利用有限元计算软件建立基坑与相邻地铁2、4号线的三维数值模型,模拟公园基坑开挖及桩基施作至公园运营阶段桩基承载的全过程,得到公园基坑及群桩基础施工对既有地铁区间隧道的影响。此外,针对施工过程中可能出现因地层变化引起的桩长调整,对不同长度桩基础对地铁区间隧道的影响进行趋势分析。研究结果表明,基坑及桩基础施工过程对地铁区间的影响可控,当桩底超过区间结构顶部时,桩长改变对地铁区间的影响变化不大。     

承台-桩-土作用下铁路桥梁桩基础地震反应

研究目的:低桩承台桩基础是铁路桥梁广泛采用的基础形式,考虑承台-桩-土相互作用效应,对其进行精细化地震反应分析意义重大。以32 m铁路简支梁桥为研究对象,建立考虑承台-桩-土相互作用效应的单墩抗震计算模型,采用反应谱法研究承台侧向土埋深及桩侧土m值取值对桥梁动力特性及桩基础地震反应的影响规律。研究结论:(1)承台侧向土埋深对桩顶位移及桩顶剪力影响显著,增加埋深,能有效降低桩顶剪切破坏震害的发生;(2)承台侧向土埋深对桩身弯矩的大小及分布规律影响显著,随着埋深减小,横向激励下桩身弯矩最值可能同时出现在两个部位,而纵向激励下桩身弯矩最值仅出现在某一个部位;(3)同一种土层,m值取值不同,对桩顶位移及桩顶弯矩影响显著;(4)本研究成果可应用于铁路桥梁桩基础的抗震设计。     

铁路桥梁桩基承台力学分析及配筋探讨

现行铁路设计规范提出承台的厚度及配筋应根据受力情况确定,在条文及条文说明中提出厚度、混凝土强度、刚性角、底面钢筋面积等要求,但没有明确承台计算方法。依托实际工程项目,对典型承台在不同桩间距、桩基刚度情况下进行受力分析。对比有限元模型计算结果与现行国内外比较通行的建筑、公路规范的计算结果,结合国内常规铁路桥梁承台设计的经验,提出经济、合理的承台配筋设计计算方法。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

大直径PHC管桩在高铁桥梁中的应用

大直径PHC管桩具有单桩承载力强、抗弯拉性能优、耐久性好、施工快捷、造价低等优势,广泛应用于港口码头、工业与民用建筑及公路桥梁工程中。通过比较江苏省北部3个高速铁路项目的6座特大桥桥梁工程,论述了采用大直径管桩桥梁工点的地层性质及分布、桩基设计、桩长分布情况、大直径PHC管桩沉桩设备,根据大直径PHC管桩在简支梁桥墩基础中的应用情况,分析了沉桩方法及沉桩效果、桩基检测方法及结果等情况,并针对锤击法沉桩时出现问题的桥墩基础,提出了跟钻法施工、钻孔根植法施工、辅助射水法施工及变更为钻孔灌注桩等解决措施。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

砂土地层钉形变径桩变截面处端阻计算方法研究

变径桩具有承载力高、施工速度快以及经济性强等特点，被广泛运用于铁路桥梁基础中。然而，现有桩基承载力计算方法主要针对等直径桩基，未能考虑变径截面带来的影响。由于桩基变径截面的存在，其竖向承载机制区别于普通的等直径单桩。采用有限元分析方法，分析竖向荷载作用下，砂土地基中钉形变径桩在变截面处的承载模式。计算结果表明：变截面以下有限范围内的土体存在刚性核，与变截面共同承担上部荷载；与普通等直径桩相比，变截面桩的桩身轴力在变截面处出现明显的突变现象；依据球孔扩张理论，引入变截面处承载力的计算公式，结合传统的桩基端阻与侧阻计算原理，推导了变径桩的竖向承载力计算公式。与现有规范对比表明，提出的公式可较好地计算砂土地基中变径桩的竖向承载力。     

摩擦桩竖向承载力计算方法研究

研究目的：解决现行桩基竖向承载力计算方法与桩-土体系的竖向变形相互独立的问题。 研究方法：首先，通过分析桩-土体系的变形机理得出合适的荷载传递函数模型；其次，根据桩-土体系的变形协调原则对桩基础的竖向承载力进行分析研究。 研究结果：针对现行桩基竖向承载力计算方法的不足，提出了一种与桩-土体系竖向变形相协调的计算方法。 研究结论：以变形协调原则与荷载传递法为基础推导的桩基承载力计算方法，能够解决桩基竖向承载力与竖向位移计算各自独立这一矛盾，满足工程设计要求。