软基中高速公路桥台桩基变形基本规律探讨

介绍软土地基条件下高速公路桥台桩基变形规律的国内外研究现状,总结目前软基中桥台桩基变形规律的试验、有限元分析以及路堤下覆软土侧向变形引起的桩身土压力计算等方面的研究成果,结合具体的桥梁桩基工程的有限元分析成果,探讨桥台桩基变形的基本规律、存在的问题和今后的研究方向,并建议采用有限元分析和离心模型试验相结合的方法来研究这些问题。     

软基桥头路基填筑对桥台桩的影响

为考察台后路堤荷载导致的地基软弱下卧层压缩和水平移动作用下的桥台桩基受力性状,建立了桥台桩基的三维有限元模型,验证了其合理性,并通过设置桩-土接触单元分析了桥头路基填筑对桥台桩基受力性状的影响.结果表明:由于桩的“遮拦效应”,前排桩桩-土“绕流”现象较后排桩更为明显；同时,桩的阻拦作用使桩周土体位移值较自由土场预测值偏小；桩-土相对位移较大时桩平均侧向压力与桩-土相对位移呈非线性关系；每级荷载下最大桩侧土压力约为路堤荷载的74％；路堤荷载大小与桩身最大弯矩值的关系与基桩所处位置有关,并非简单的双折线关系；在影响桩身弯矩因素中,软土层力学性质对桩身弯矩影响较桩身模量更为明显；桩在受轴向力和侧向力耦合作用下,桩基础的承载力会有所提高,但不明显.     

软土地基上桥台桩基受力算法研究

结合位于珠江三角洲软土地区的2座梁桥桥台病害的实地检测情况,对软土地基上桥台受力机理进行了分析。通过结合Ito基于塑性变形理论推导的用于计算位于移动土体中的桩基所受到的挤压力的理论计算公式和有限元分析方法,建立了符合软土地基桥台桩基实际受力情况的平面杆系计算模型。通过将计算结果与随后进行的16根桥台桩基的钻芯取样结果进行对比,揭示出了这2座桥的桥台桩基产生严重断裂的真正力学原因,从而初步找到了一种适合于软土地基上桥台桩基的计算方法。     

地铁列车荷载作用下地铁车辆段桩承式复合地基动力响应数值分析

为探讨软土地基经桩体加固后，地铁列车荷载作用下地铁车辆段轨道下部结构的复合地基动力特性及分布规律，采用有限元显式动力学方法，分析比较了广州地铁某车辆段轨道下部软基区域经桩体加固前后以及桩体模量对土体动力特性的影响。数值分析结果表明:(1)经桩体加固后，土体的振动加速度比无桩体加固时衰减更快，土体的动应力幅值有所减小，且土体动应力随桩体模量的增大而减小；(2)土体动应力随横向距离和深度方向变化过程中，局部区域呈现先增大再减小的趋势，说明桩顶和桩底附近出现了应力集中现象；(3)软黏土的动应力幅值和振动加速度幅值沿深度方向先快速衰减，后衰减趋于稳定，说明计算动力附加沉降时主要考虑软土浅层区域。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验（双语出版）

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而，整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移，并产生桥台-桩基-土相互作用。为此，以福建上坂大桥为背景，设计制作桥台-桩基结构试验模型，开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究，主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明：桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大，其值大于0.15，即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力；整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态，但会发生残余变形，同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象，实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关，还与桥台结构的受力机理相关；仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律；试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形，其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形，且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形；目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响，该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

软土地区高速铁路路桥过渡段管桩与桩帽加固施工研究

基于某沿海高速铁路采用管桩+桩帽加固路桥过渡段深厚软土路基，建立土-路基-桥台-桩基的三维有限元模型，对高铁路基加固后的桥台及台后过渡段路基的变形特性进行分析，并与实测值对比分析。结果表明：采用管桩和桩帽组成的新型结构对路基进行加固，可较好地控制桥台和路基的沉降，缩短沉降稳定时间，可用于无砟轨道路基软土地基加固。     

软土地基中桥头路基桥台桩侧向反应分析研究

在高速公路与桥梁的连接段,桥头路基软土引起的侧向荷载,对桥台桩基的水平位移和弯曲变形具有重大影响,严重时将导致桥台或桥梁结构的破坏.该文介绍了侧向变形土体常见的位移模式,研究了桥台桩的变形机制,并阐述不同模式下桩侧压力的产生机理.在此基础上提出桩土间相互作用力与桩土间相对位移的双曲线关系模型和理想弹塑性关系模型,并对模型进行了求解.通过试验数据验证了计算模型的正确性.     

软土地基摩擦桩承载特性的有限元方法研究

利用有限元方法建立了软土地基中摩擦型桩基础桩土相互作用的轴对称模型,在考虑桩与土摩擦作用的基础上,分析了摩擦桩随桩长变化的承载力特性、摩擦桩桩侧摩阻随桩长的变化特征以及桩身沉降对桩周土体塑性变形的影响.在对软土地基摩擦桩的承载特性进行深入研究的基础上,提出了工程实际中摩擦桩设计合理桩长的概念,为工程师进行桩基方案设计提供了理论依据.     

软土地区桥台抗滑移稳定性设计研究

软土地区的桥梁极易发生因桥台抗滑移稳定性问题产生的各种病害,文章针对桥台滑移造成的背墙开裂、支座移位、台身裂缝、桩基受剪破坏等多种桥梁病害,指出桥台抗滑移稳定性设计的重要性。以某软土地基上的桥台为例,分别对软基处理前及软基处理后台的抗滑移稳定性进行计算分析,系统地总结出并可以简便应用于工程实践的桥台抗滑移稳定性设计及计算分析方法。     

基于桩侧土压力的桥台桩基桩土相互作用研究

分别将桩的受荷模式作为被动桩和主动桩考虑,建立了路堤荷载下软基桥台桩基桩土相互作用的计算模式。以Ito法计算被动桩侧极限土压力,并将其作为桩所承受的被动荷载;将桩视为一维结构单元,利用p-y曲线法来考虑桩后土体的非线性及成层性,从而建立了桩身位移的计算方法。采用有限差分法求解,并与现场测试结果对比分析,验证了方法的合理性。     

整体式桥台-桩基-土相互作用内力计算方法研究

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛的应用与推广。以某整体桥为工程背景，设计制作了桥台-桩基结构试验模型，开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验，主要研究了桥台和桩基的应变、弯矩与剪力等。试验结果表明：桥台正向移动时桩身应变呈现“酒杯”形分布，负向移动时呈现“橄榄”形分布；同时，无论是最大压应力还最大拉应力，均是正向位移荷载作用下的要明显大于负向作用下的。因此，升温时桩基的内力要大于降温时的，也即夏季高温时的H形钢桩基受力最为不利。为减小升温对桩基的不利影响，建议整体桥合龙温度取略高于年平均温度。同时，在试验研究的基础上，进行了整体式桥台和桩基的内力计算。计算结果表明：采用现有的经典台后土压力理论或桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力与试验结果均存在较大偏差，而采用黄-林法可较准确地得到台底弯矩和剪力。另外，计算结果还表明：负向加载时，采用现有计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果偏差不大，分布规律也与传统桩基的相似；但是，正向加载时，采用现有的计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果存在较大偏差，分布规律也明显不同。所提出的多项式拟合法和黄-林法能够较为准确地计算得到整体式桥台-桩基-土相互作用时的弯矩和剪力，实际工程中可采用该方法来计算整体桥的桥台和桩基内力，该方法可为中国整体桥的设计与应用提供参考和借鉴。     

基于Burgers模型的软黏土流变特性分析

以扬州某高层建筑的软黏土地基工程为依托,基于Burgers模型,对软黏土的流变特性进行了研究。结果表明:弹性系数影响瞬时应变值、起始蠕变量,黏性系数主要影响起始蠕变率、起始蠕变量、稳定蠕变率;土体长时间发展的位移值是初期瞬时变形的数倍。软黏土的流变特性对高层建筑桩基的后期变形产生很大的影响,在高层建筑的桩基设计中,应特别注意。建议对某高层建筑的桩基应予加固。     

带EPS的整体式桥台-桩-土相互作用拟静力试验

整体桥中台后土压力在温度循环作用下会发生较大变化，这种季节性横向土压力的变化在每次温度循环后会持续增大，其实际所受水平土压力会远大于桥台设计时的压力，同时桥台桩基会产生累积和残余变形，因而有效减少台后土压力与桥台桩基的累积和残余变形至关重要。为此以桥台-H形钢桩试件为研究对象，通过在桥台侧向施加水平位移荷载，开展带膨胀聚苯乙烯（EPS）填料板的整体式桥台-桩-土往复荷载拟静力试验，分析桥台、桩基的骨架曲线、滞回曲线及其沿入土深度方向的水平变形和桥台转角等的变化规律，初步研究EPS填料板的厚度对桥台-桩基-土相互作用受力性能的影响。试验结果表明：在台后埋设EPS填料板能有效减小上部结构变形时桥台所受到的水平力，最大可减小31%；同时，也可减小模型试件的累积变形，其随着EPS厚度的增加而逐渐减小，尤其对桩的累积变形减小最为显著，最大减小了74.3%；在台后埋设EPS填料板也可有效减小台后填土对桥台转角的约束作用；台后埋设EPS填料板会使单步位移荷载作用下产生的变形有所增大，但幅度不大；试验全过程各模型试件均表现出了良好的弹性性能和变形能力。     

云路跨线桥桥台段软基处理施工方法的应用与分析

结合云路跨线桥桥台段软基处理的施工方法,根据软基特性分析并阐述CFG桩与袋装砂井技术在处理桥头段软基中的应用。通过土压力盒试验,确定在不同情况下桩土分担荷载的关系。经过检验与监测,各项观测数据表明,CFG桩＋袋装砂井方案对于处理软基,特别是预防桥头段不均匀沉降具有较好的效果,为今后类似桥台段软基处理施工提供参考。     

地聚合物注浆加固技术在“桥头跳车”病害治理中的应用

针对"桥头跳车"病害问题进行成因分析,对地聚合物注浆加固工艺的技术特点进行简介,通过实际工程案例的介绍对地聚合物注浆加固工艺在"桥头跳车"病害治理中的效果进行详细分析。采用地聚合物注浆加固工艺对浙江地区某桥梁台背填土进行注浆加固,增大台后路基的强度和承载力,并通过对路桥接顺段路面各位置的沉降监测,评价、分析注浆加固效果。通过地聚合物注浆加固工艺改善和延缓桥头台背因回填土方下沉和软土路基沉降形成的"桥头跳车"病害。     

整体式桥台桥梁的动力试验研究

研究了上坂大桥(中国最长的采用整体式桥台的无伸缩缝桥梁,简称为整体式桥台桥梁)在天然脉动荷载作用下的自振特性,得到关于该类桥梁自振特性的结论;采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的自振特性,并与实测结果进行比较,结果表明:有限元模型具有较好的可靠性;实桥试验还测试了无障碍行车试验和跳车试验作用下桥梁的强迫振动特性,结果表明:该类桥梁的冲击系数值较大,而现行技术规范的取值值得商榷;此外该类桥梁具有较强的耗能能力,抗震性能较好。研究结果有助于对该类桥梁动力特性的认识和进一步开展无伸缩缝桥梁的抗震性能研究。     

软黏土条件下地下水位变化对桥梁桩基的影响分析

以京沪高铁DK119~DK123段桥梁桩基工程为依托，运用PLAXIS建立桩土模型，分析地下水位的变化引起地面沉降对桥梁桩基工程的影响，最终得到地下水位降幅的警戒值、临界值及地面沉降量与桥梁桩基础沉降量的关系式。研究结果表明:由于软黏土具有蠕变性，地面的沉降具有滞后性；地下水位的下降不仅使桥梁桩基础的中性点下移，也使最大负摩阻力的位置下移；大幅度降低地下水位，对桥梁桩基承载力削弱作用明显。     

陡坡地段桥梁桩基的施工监测和有限元分析

通过对某高速公路建造在陡坡地段的桥梁桩基从施工到通车全阶段开展监测,分析了在施工荷载作用下桥梁桩基和陡坡土体的位移分布和变化规律。然后利用弹塑性有限元模型,分析了桩身位移的分布规律,并与监测结果进行了比较,得出有限元模型能较好地模拟桩土之间的相互作用;还分析了坡顶荷载和桩身最大弯矩之间的关系,提出了临界施工荷载对控制桥梁桩基稳定性的重要意义。