高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响研究

高压旋喷桩在湿软黄土地基加固时效果良好,施工方便,适用于黄土地区既有路基帮宽工程地基处理,但其施工过程中会产生挤土效应,影响既有线路的运营安全。以某在建高速铁路引入既有城际铁路工程为依托,结合挤土试验和实测数据,探究高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响规律。结果表明,对于单桩挤土试验,高压旋喷桩挤土效应与桩周土体距桩心距离呈负相关变化,距离桩心越近,挤土效应越明显。高压旋喷桩沿竖向挤土效应与土层位置、土层压缩系数和湿密度等相关,沿桩深度方向周围土体侧向位移变化在埋深0～5 m范围最为显著。高压旋喷桩施工后,周围土体会出现回缩现象,现场测试各测斜孔回缩值在0～2 mm之间。多桩施工时,高压旋喷桩周围土体会产生位移累积效应,挤土试验中所选4根桩全部施工完成后,距桩心2 m位置处的测斜孔,其侧向位移在埋深0～2 m范围达8 mm以上。既有路基变形实测发现,应力释放孔和高压旋喷桩施工时可导致既有路基上拱或沉降,既有路基监测点最大累计上拱量5.95 mm,最大累计沉降量7.13 mm。通过采取在既有路基坡脚设置应力释放孔、高压旋喷桩由内向外施工并严格控制高压旋喷桩施工参数的措施,可保证既有线路基...     

大面积静压群桩对邻近场地挤土变形影响试验研究

依托鲁南高铁曲阜东站并轨段路基工程,开展预应力管桩群桩成桩现场试验,研究大面积静压群桩对邻近场地挤土变形影响。结果表明:大面积静压群桩过程中,土体横向水平位移与地表隆起位移随成桩排数的增多而逐渐增大;位移发展经历快速、慢速及逐步稳定3个阶段;横向水平位移沿深度总体上呈减小趋势,其分布与土层性质有关;地表隆起位移随距试桩区水平距离的增大呈指数型衰减;该试验条件下,先成桩的微型桩对后压入的管桩挤土效应具有隔离作用,引孔深度15和20 m对横向水平位移及地表隆起位移的防控效果显著;压桩完成时,地表横向、竖向位移的影响范围分别约为88倍和30倍桩径;单排压桩新增位移量随压桩排数的增加呈先增后减趋势,表明前排压桩引发的挤土变形影响比后排压桩更大。     

隔离桩对隧道侧穿邻近建筑物的沉降影响分析

地铁隧道开挖会引起周边建构筑物的沉降及变形,影响建构筑物的安全与正常使用。基于某地铁新建盾构隧道侧穿邻近浅基建筑物工程,介绍了隔离桩的减沉机理,并通过三维数值模拟分析,研究了有隔离桩和无隔离桩两种工况下隧道周边土体的竖向沉降及水平位移分布情况。数值模拟结果表明:采用隔离桩能有效降低隧道周边土体的竖向沉降及水平位移;土体的沉降在隔离桩附近有突变,土体竖向沉降被限制在隔离桩内侧,但地表土体在隔离桩内侧附近有所增大;增加隔离桩能有效阻隔土体向隧道内的滑动趋势,保护隧道周边建构筑物的安全。     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

群桩施工引起邻近场地扰动变形的试验研究

在邻近既有线的新建线地基上进行大面积群桩施工可能对既有线带来不利影响。依托鲁南高速铁路并轨段路基工程,开展不同桩型群桩成桩现场试验,研究大面积群桩成桩对邻近场地变形的影响,并将试验成果应用于新建线地基加固方案中。群桩施工扰动引起的邻近场地水平位移与竖向位移随成桩排数的增多呈现先增大后逐渐稳定的趋势,位移发展经历快速、慢速和逐渐稳定3个阶段;引孔深度15 m及20 m成桩工艺对静压管桩挤土变形的防控效果显著;以1. 5 mm为变形特征值时,管桩群桩引起地表隆起变形范围在0. 4倍桩长以内、横向变形范围在2倍桩长以内,微型桩及灌注桩引起邻近土体变形范围都在5 m以内;采用灌注桩群桩对鲁南高速铁路并轨段路基进行地基加固,既有路基坡脚测点向外位移最大值在1. 0 mm以内,表明既有路基基本不受施工扰动影响。     

非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明：本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

洞桩法施工引起土体变形的规律研究

研究目的:洞桩法作为一种修建地下车站的新兴工法,发展迅速,但其已有的研究成果主要集中在地表沉降及管线变形上,忽视了地下结构与土体的相互作用,尤其缺乏对于四洞三跨结构洞桩施工引起土体变形研究。本文以北京地铁16号线苏州街站工程为背景,基于实测数据对导洞开挖阶段地表沉降的发展及分布规律进行分析,并结合有限元方法动态模拟地铁车站洞桩法施工过程,研究四洞三跨结构洞桩法各施工阶段引起的土体变形规律。研究结论:(1)多个相邻导洞同时开挖会引起"群洞效应";(2)对地表沉降影响最大的主要是导洞开挖、初衬施工及二衬施工这三个阶段,占总沉降量的比值分别为32%、55%和7%;(3)二衬施工完后,支护体系初步形成,除开挖面底部土体因卸荷产生竖向隆起外,其他土体主要以水平变形为主:拱顶上部土体向车站中心发生一定水平位移,同时拱顶两侧土体受支护结构伸张变形的影响,向车站外侧发生明显水平位移;(4)本研究结论可为洞桩法的推广与应用提供理论依据,并可为类似工程的施工与设计提供参考。     

抗滑桩土拱演化特征及机理分析

研究目的:抗滑桩土拱效应是土体发挥自身抗剪强度所产生的一种应力转移与重分布现象,对安全经济地设计抗滑桩具有重要意义。但目前缺乏抗滑桩土拱演变特征的研究与机理分析,使得抗滑桩土拱效应理论成果难以指导工程设计,因此本文通过模型试验与数值模拟等手段研究抗滑桩土拱发展阶段,分析土拱演变特征与机理。研究结论:(1)抗滑桩土拱从形成到破坏分为三个阶段,即形成期、发展期与破坏期;(2)模型试验结果表明,推力作用下桩后土体产生压缩变形,随后土体发生弧形开裂,桩间形成端承型土拱;随着荷载增大,拱压区厚度变大;当荷载增大到一定程度时,桩内侧产生纵向裂缝,裂缝逐渐向后发展导致土拱破坏;(3)初始阶段土拱区域应力以水平应力为主,随着荷载的增加,法向应力逐渐升高,主应力方向发生偏转,桩间土体产生贯通的剪应变增量区,拱压区内侧位于约2倍桩宽位置;(4)本研究成果可为抗滑桩工程设计和安全评价提供理论指导。     

砂卵石地层新建隧道近距离上跨既有盾构隧道施工技术研究

以北京地铁新机场线新发地站～草桥站区间隧道为工程依托,介绍了砂卵石地层新建隧道近距离上跨既有盾构隧道的施工技术。暗挖区间隧道施工时,需要破除竖井井壁,为避免该处土体失稳,竖井结构施工时,需要提前对马头门位置处土体进行预加固处理。暗挖区间上导洞施工分为4个小导洞施工,需要采取适当支护措施,减小群洞效应。上导洞除拱部采用预注浆加固外,在洞内施作洞桩,并通过冠梁将洞桩连接,为二衬扣拱提供支撑。在竖井内暗挖区间隧道底部施作大管幕,下导洞开挖时提前施作预应力锚索,与管幕共同发挥作用,主动控制了既有隧道变形。监测数据表明,镇国寺北街地表下沉最大值为18 mm,既有线上浮最大值为1.27 mm,均满足控制要求。本施工技术为砂卵石地层重叠隧道施工提供了有益的工程经验。     

基于现场监测的地铁车站深基坑安全控制研究

针对厦门地铁2号线吕厝站车站深基坑出现的地下连续墙及周边地表变形超限问题,结合现场监测及基坑加固手段,提出了相应处理措施并取得了较显著效果。结果表明,吕厝站基坑变形过大主要由于基坑深度大,支撑体系变形后应力损失、地下水变化明显、受施工场地及周边活动荷载影响,致使地下连续墙局部位置变形量及变形速率均超出限值,同时地表竖向位移变形速率也超出规定要求。通过加强基坑支护结构,优化基坑内施工方法,并置换坑底软弱土体和加快封底速度,有效减缓了地下连续墙及周边地层变形,其中地下连续墙最大变形速率由9.83 mm/d减小至1 mm/d左右;地表竖向位移最大变形速率由4 mm/d减小至1 mm/d以下,确保了变形超标深基坑的施工安全。     

高速列车荷载下桩网结构路基竖向动应力传递分析

依托哈尔滨—大连高速铁路典型断面建立桩网结构路基有限元模型,分析路基高度和桩间距对列车荷载作用下路基竖向动应力传递的影响。研究结果表明:竖向动应力沿路堤深度逐渐减小,距桩顶同一距离的水平面上桩顶处竖向动应力最大,四桩形心处竖向动应力最小;路堤高度较小时土拱效应较弱,桩顶应力集中效应起主导作用;随着桩间距的增大土拱高度增加,竖向应力提前由衰减变为增加且单个土拱拱脚所需承担的竖向动荷载增加;计算得到的竖向动应力衰减系数在中国规范与日本规范计算结果之间。     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

基于颗粒流的高填黄土减载明洞土拱效应分析

实际工程表明,在高填方明洞顶部铺设EPS板可以明显降低洞顶竖向土压力,然而,铺设EPS板会将明洞上方的土体荷载向其两侧土体转移,导致其侧墙所受水平土压力及弯矩增大。为了进一步减小明洞受力,提出一种新型减载明洞体系,利用颗粒流软件建立相应数值模型,从竖向、水平土压力、颗粒竖向位移、颗粒间接触力和孔隙率等细观层面研究该减载明洞的荷载传递机制。此外,基于该减载体系,分析EPS板距拱顶位置、宽度和填土压实度对明洞土拱效应的影响。研究结果表明:该减载体系可以扩大土拱效应的影响范围,同时减小洞顶与洞侧土压力;土拱效应的发展与洞顶土体孔隙率的变化相关,孔隙率随EPS板距拱顶距离的增加逐渐减小,土拱效应逐渐减弱,洞顶土压力逐渐增大;随EPS板宽度的增加先增大后减小,当EPS板宽度W=1.5D时,孔隙率达到最大值,土拱效应最强,洞顶荷载分布最少;填土压实度越大,柱土应力比越大,洞顶土压力越小。     

温州市域铁路明挖深基坑施工变形规律实测研究

软土城市地区,轨道交通明挖深基坑开挖引起的变形效应是工程建设过程中的一项重要控制内容。本文依托温州市域铁路某标段明挖深基坑工程,基于现场实测,分析了深基坑施工影响效应的地表沉降、立柱轴力、土体和墙体水平位移等因素。分析结果表明:地表沉降变形在深基坑开挖后开始加速,至底板混凝土浇筑完成后,地表沉降速率开始减缓,但累计沉降依然在增大。在深基坑开始开挖的一个月之内,土体深层水平位移变化非常明显,随开挖深度逐渐增大,在深度为13 m附近达到最大值,随后土体深层水平位移随深度的增加而减小;连续墙墙体的水平位移变化趋势基本上与土体深层水平位移一致;深基坑周边建筑物在基坑施工初期沉降较小,后期距离深基坑位置越近,建筑物累计沉降越大。     

小净距三孔并行隧道施工对地层土体的影响分析

为研究小净距三孔隧道施工性态,建立考虑地层-隧道互作用的三维有限元模型,分析了施工顺序及施工工法对地表沉降、拱顶及拱腰应力、衬砌应力的影响。结果表明:同一隧道开挖引起地表沉降量正上方大于侧上方,不同跨度隧道开挖引起的地表沉降量大跨度大于小跨度;先中隧后边隧施工地表沉降槽形状为"V"形,先边隧后中隧施工地表沉降槽形状由"W"形逐渐转变为"V"形;中隧道拱顶处竖向应力在掌子面到达前增大,到达后减小,拱腰处水平应力,掌子面到达前减小,到达后增加;衬砌等效应力最大值出现在中隧道第一步衬砌顶部,随开挖步的增加先快速增大,然后缓慢增大,最后趋于稳定。所得结论可为类似工程的设计与施工提供参考。     

西安某地铁车站洞桩法施工的地表变形规律数值模拟分析

以西安某地铁车站为例,采用PBA(洞桩)法暗挖施工,通过FLAC软件的数值模拟与现场监测相结合的方法研究了车站施工诱发的地表沉降与边桩变形的规律.研究结果表明:①地表沉降曲线沿车站中线对称分布,地表沉降变化的主要影响区域在距车站中线20 m的范围内,最终地表沉降最大值为50.45 mm;车站整体施工中,地表沉降累计变化速率呈现先增加后平缓、再增加最后平缓的现象;②边桩水平位移最大值为16.89mm,位于边桩中上部位置,越接近桩底,边桩水平位移越小;③边桩主要承受轴向压力,应力值随时间经历了"平缓、加速,再平缓、加速增加"的过程;背土侧轴向钢筋为受拉状态,仅在桩底偶尔会出现受压情况;迎土侧、中性面轴向钢筋为受压状态.FLAC软件数值模拟的结果与现场实测的结果基本吻合.     

西安某地铁车站洞桩法施工的地表变形规律数值模拟分析

以西安某地铁车站为例,采用PBA(洞桩)法暗挖施工,通过FLAC软件的数值模拟与现场监测相结合的方法研究了车站施工诱发的地表沉降与边桩变形的规律.研究结果表明:①地表沉降曲线沿车站中线对称分布,地表沉降变化的主要影响区域在距车站中线20 m的范围内,最终地表沉降最大值为50.45 mm;车站整体施工中,地表沉降累计变化速率呈现先增加后平缓、再增加最后平缓的现象;②边桩水平位移最大值为16.89mm,位于边桩中上部位置,越接近桩底,边桩水平位移越小;③边桩主要承受轴向压力,应力值随时间经历了"平缓、加速,再平缓、加速增加"的过程;背土侧轴向钢筋为受拉状态,仅在桩底偶尔会出现受压情况;迎土侧、中性面轴向钢筋为受压状态.FLAC软件数值模拟的结果与现场实测的结果基本吻合.     

静动荷载下桩网结构路基土拱效应细观分析

研究目的:为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性,本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型,利用PFC~(3D)软件对土拱效应机理进行细观研究,分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论:(1)动荷载作用后,桩间土应力增加,土拱效应被削弱;(2)动荷载作用下,路基中会形成动力土拱,大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;(3)等沉面的形成与位移拱有关,位移拱范围内桩顶上方颗粒挤入桩间土区域,从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大,而桩间土颗粒竖向位移减小;(4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度,削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用,但比土拱更能提高桩土应力比;(5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。