侧向堆载引起既有铁路桥梁桩基沉降变形的有限元分析

侧向堆载使桥梁桩基及墩台产生横向水平位移,严重影响线路的稳定性和安全性。采用ABAQUS软件建立有限元分析模型,针对一具体工程堆载条件下桩基及墩台应力、变形情况进行分析。结果表明:在本文计算条件下,11.5 m高度的堆载引起桩基竖向沉降和横向水平位移,承台竖向沉降9~17 mm,承台水平位移41~43 mm,桩基水平位移最大值为46 mm,发生在距原地面5 m深处;靠近堆土侧的墩顶水平位移21.6 mm;远离堆土侧的墩顶水平位移40.6 mm,超过规范限值,应尽快采取卸载等措施。     

京杭大运河新开挖航道对高速铁路桥墩的影响

结合京杭大运河新开挖航道下穿高速铁路工程实例,采用有限元软件Plaxis 3D模拟分析航道围护结构施工、航道开挖、航道结构浇筑、航道通航等各阶段对高速铁路桥墩安全的影响,得出10种施工工况对桥墩的影响程度。研究结果表明:围护桩施工导致桥墩沉降,承台顶土体开挖导致桥墩上浮,但均在容许范围内;基坑开挖对桥墩顺桥向位移影响大,应采取措施增大其顺桥向刚度;应减少河床铺砌混凝土用量,河道通航后应保持水位稳定。     

临近既有高铁桥梁工程对运营安全性影响分析

对临近某高铁立交工程的基坑开挖、顶进施工、U形槽开挖过程对高铁桥梁的影响进行分析研究。以封闭式路堑下穿高铁桥梁段为背景,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立结构的三维数值模型,模拟由基坑开挖、下穿框架桥结构顶进至U形槽开挖的完整开挖过程,对比分析常规防护方案和加强防护方案对高铁桥梁的影响。分析结果表明:常规支护加固开挖时,桥墩基础处土层最大横向位移影响值为0.5 mm,桥墩基础处土层最大竖向位移影响值为0.8 mm;加强型支护加固开挖时,桥墩基础土层最大横向位移影响值为0.15 mm;桥墩基础处土层最大竖向位移影响值为0.34 mm,加强防护措施可有效控制高铁桥梁的附加沉降量,确保高铁的安全运营。     

侧向堆载下高低承台桩受力性状的对比研究

为深入认识滨海地区侧向堆载下高低承台桩的受力特征,运用岩土三维有限差分软件FLAC3D进行数值分析,考虑了不同堆载距离和堆载高度等条件下高承台桩以及低承台桩的受力性状,对比了两者在侧向堆载作用下的位移、弯矩和轴力。分析表明:在滨海地区,侧向堆载下低承台桩身的桩顶水平位移反应较高承台敏感;高承台桩身内力受影响程度明显大于低承台桩。因此,对于高低承台桩基础的选择应该考虑各方面的因素,做到安全经济。其结论对滨海区的桩基础的设计与施工具有一定的参考价值。     

济南轨道交通1号线和2号线下穿高铁工程对邻近桥梁变形和振动的影响

为探究盾构施工过程中高铁桥墩的变形特征,以济南轨道交通1号线和2号线4条隧道下穿京沪高铁同一跨桥梁工程为例,开展了现场墩顶位移监测试验,并对2号线地铁隧道盾构掘进施工过程中邻近高铁墩顶的位移数据进行了分析。通过有限元法研究了隔离桩、隧道位置和地铁列车运行等不同工况下,下穿邻近高铁桥梁承台的竖向振动位移、振动加速度及其最大值的分布规律。研究结果表明：隔离桩的施工满足相关规范对盾构隧道施工期高铁桥墩位移的要求;1号线和2号线左线列车运行引起的高铁承台竖向振动位移均较大,建议对其采取轨道减振措施;隧道距离隔离桩顶部或底部越近,隧道引起的高铁承台振动位移越大。     

新建公路下穿某铁路桥梁基础位移分析

为解决新建公路下穿铁路桥梁时影响铁路桥梁正常运营问题,需对其桥墩基础承台位移进行分析计算。以新建矿山道路工程下穿某铁路桥梁为例,采用了接触非线形及材料非线形等计算手段,分析了道路施工前自身荷载、施工过程时道路施工荷载及道路运营过程中车辆荷载对桥墩基础的位移影响。计算结果标明:线路距离桥墩位置、填土高度及施工机械对承台位移均有重要影响,且存在明显的非线形对应关系。对比各工况结果可知:合理安排施工机械、降低施工阶段活载,可明显降低对既有铁路桥梁结构位移的不利影响。     

大面积堆土荷载对既有高铁桥梁桩基承载性能影响分析

大面积堆载造成的土体沉降是影响既有高铁桥梁桩基承载性能的主要原因。以合安高速铁路某桥梁桩基周边堆载为案例,采用FLAC~(3D)有限差分数值计算方法,计算堆土高度、堆土距离、单侧和双侧土体堆载等工况下高速铁路桥墩顶位移。通过计算分析,揭示双侧堆载比单侧堆载对既有高铁桥梁桩基承载性能影响更大的规律,并提出临界堆土距离参考值。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

新开河道并行沪宁城际高铁安全影响分析

研究目的:随着高铁投入运营范围逐步扩大,城市升级扩容对正在运营的高铁的影响正在逐渐凸现,尤其是我国较发达的东、南部地区,新建道路、河道疏浚、城市轨道交通等工程的建设已无法避免与高铁交叉或近距离并行,研究此类工程对高铁的安全影响已成为工程技术人员需要解决的问题。本文针对新沟河新开河道对沪宁城际高铁桥梁的安全影响通过有限元定量数值分析,主要研究河槽开挖、河堤堆载以及安全防护隔离桩施工作业对高铁桥梁的附加影响,提出安全施工的要求及主动防护隔离措施。研究结论:(1)控制开挖及堆砌土体相关物理参数,必要时采取隔离主动保护措施,可在高铁正常运营速度情况下进行河道开槽及堆砌施工;(2)新开河道并行沪宁城际高铁,数值分析表明主要影响在桥墩附加横向变形,对桥墩附加沉降的影响极小;(3)隔离桩钻孔施工引起的应力释放与河道开挖引起的不利影响形成同向叠加,使得高铁桥墩附加变形结果更趋不利;(4)减小高铁桥墩附加水平向变形,通过增加隔离桩刚度不如增加隔离桩桩长效果明显,尤其是隔离桩持力层较好时;(5)该研究成果对于在高铁桥梁附近进行大体量土体扰动的安全评估方面具有参考价值。     

基坑群施工引起邻近地铁高架结构变形分析

研究目的:软土地区基坑群施工对邻近地铁结构变形影响较为复杂。本文基于工程实例反演土层参数,综合考虑土体小应变、剪切强度、压缩硬化、加卸载等特性,分析基坑平面布置、深度、数量等因素下软土地区基坑群对邻近地铁结构的变形影响,以期为软土地区地铁高架结构周边基坑群施工变形控制提供参考。研究结论:(1)单个基坑与结构间的距离、基坑宽度及深度对结构变形均有明显影响;结构横向变形发展超过竖向,特别在距单个基坑约2H范围内(H为基坑深度);单个基坑开挖影响范围超过5H;基坑开挖宽度约为8H时,结构变形曲线产生较明显的拐点;结构变形在单个基坑开挖深度5 m内较小,但在开挖深度超过10 m后,变形明显;(2)单侧双坑不同开挖顺序对结构变形影响相当,但横向变形超过竖向;不同工序引起的结构变形曲线形态有明显差异;(3)对称双坑开挖引起的结构横向及竖向变形均表现出一定的非线性特征,结构竖向变形表现出较明显的非线性叠加效应,变形量约为单个基坑线性叠加值的1~1.5倍,不同工序对结构横向变形影响较小;(4)双侧四坑施工导致结构变形产生明显的非线性特征,结构横向最终变形较小,结构竖向最终变形曲线呈现明显的蝶形状特征,变形曲线在坑间出现明显拐点,且变形极值点从基坑中心对应区域向坑间移动;(5)对称双坑、双侧四坑间对应区域的结构最终横向变形曲线均表现出明显的回弹现象;(6)本研究结论对邻近基坑群的地铁高架结构整体变形控制有一定指导意义。     

明挖隧道与盾构隧道下穿铁路桥变形影响及隔离桩效果

济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁。为保护既有铁路桥墩和桥桩,拟定采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案,通过数值模拟研究了明挖隧道和盾构隧道施工时铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律及隔离桩的隔离效果。结果表明：明挖隧道围护桩施工+基坑开挖、主体结构施工+覆土回填、盾构隧道下穿引起的桥墩竖向位移分别占桥墩总竖向位移的60.14%、27.07%、12.79%;受围护桩与隔离桩桩长的影响,明挖隧道及盾构隧道施工对24.5 m深以下桥桩的保护作用减弱;与未采用隔离桩相比,采用隔离桩后桥墩最大累计竖向位移与桥桩最大水平位移分别减小了68.5%、60.7%,隔离桩对变形的控制效果明显。     

浅埋暗挖地铁区间下穿高铁特大桥风险分析

为研究浅埋暗挖隧道近距离下穿对邻近高铁特大桥的影响,以北京某地铁暗挖区间线路,与桥桩夹角为40°,净距仅2.1 m为工程背景,建立三维数值模型,模拟地铁左、右线暗挖区间侧穿高铁桥桩的施工过程,揭示既有高铁桥墩的变形特性。研究表明,未施加防护措施下,暗挖施工使高铁特大桥墩顶产生的最大竖向位移为5.03 mm,最大横向位移为3.23 mm,最大纵向位移为3.96 mm,不满足控制标准;在采取隔离桩及注浆加固措施的工况下,桥墩顶最大竖向位移为2.91 mm、最大横向位移为1.71 mm;最大纵向位移为1.13 mm,满足控制标准。结果表明,暗挖隧道小角度近距离下穿高铁特大桥方案可行,施作隔离桩及地表注浆加固措施可有效降低隧道施工对桥梁的影响。     

基坑开挖引起复合地基下卧双线地铁隧道附加荷载的计算研究

为研究基坑开挖时复合地基及竖向、横向"双洞效应"对下卧双线地铁隧道竖向、横向附加荷载的影响,基于Mindlin应力解,得到在复合地基侧摩阻力作用下隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,通过迭代法计算得到"双洞效应"引起隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,借助竖向、横向总附加荷载引起的隧道位移对比验证,并分析隧道位置改变对侧摩阻力和"双洞效应"引起隧道竖向、横向附加荷载的影响。研究结果表明:侧摩阻力和"双洞效应"对隧道竖向、横向附加荷载的影响是不可忽略的,其影响主要表现为减小隧道的竖向、横向总附加荷载,且影响范围不变;在施工条件和规范容许范围内,应尽量减小双线隧道之间的距离,以及增大隧道与基坑中点的距离;当需要严谨精确地计算小净距地铁隧道"双洞效应"引起的附加荷载时,必须选用迭代法计算。     

地面堆载引起的邻近地铁隧道变形分析

为研究地面堆载引起的地铁隧道变形,首先采用Boussinesq基本解计算地面堆载作用在隧道上的竖向附加应力,再将隧道简化为搁置在利夫金地基上的Timoshenko长梁,考虑土介质的连续性和隧道剪切效应,给出地面堆载引起的邻近地铁隧道变形的计算公式,然后将公式计算值与使用EulerBernoulli梁模型计算结果和工程实测数据进行对比,最后对隧道变形影响因素进行了分析。结果表明:使用Euler-Bernoulli梁模型计算明显高估了隧道沉降量和内力,本文计算方法结果更精确;相对于堆载宽度,堆载长度的变化对隧道变形的影响更显著;距地面堆载中心的水平距离较小时浅埋地铁隧道沉降较大;隧道沉降量随地面堆载密度增大而逐渐增大,但堆载对隧道的影响范围不受其影响。     

杭甬高铁桥墩基础偏移及纠偏处理

杭甬高铁宁波特大桥桥墩由于临近场地大量弃土堆载而发生线路横向偏移,本文通过线弹性地基反力法和数值分析方法对该桥墩基础的受力和变形进行了计算分析,比较了两种计算方法所得结果的差异,评估了基桩的长期使用性能。在此基础上,采用数值分析方法对土方卸载和高压旋喷桩联合加固条件下基桩的受力和变形进行了模拟分析,并通过纠偏后的桥墩实测位移分析了纠偏加固效果。     

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。     

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。     

地铁施工对邻近桥桩变形和受力影响研究

以南京地铁11号线下穿南京长江大桥北引桥为工程背景,利用数值模拟软件研究地铁施工过程中临近桥桩的变形和受力变化规律。研究结果表明,当桥桩底标高和隧道底标高平齐时,地铁施工会使得桥桩产生竖向刚体位移1.15m m,在与隧道轴线平齐处桥桩侧向位移最大达到2.06mm;桥桩中部竖向正应力最大达到0.64MPa,相比开挖前增长了276%;隧道开挖扰动影响桥桩变形和受力的范围为桥桩距隧道掌子面水平距离前后20m。为确保桥桩的稳定,需采取相应的加固措施减小隧道开挖扰动的影响。     

同步控制顶升、摩阻自平衡平移连续箱梁技术研究及其应用

某客运专线一联道岔连续梁因土堆堆载产生横向偏移,在多跨连续梁桥精确复位中,对同步控制顶升、摩阻自平衡平移技术进行研究。连续箱梁对竖向不均匀位移高度敏感,桥墩与梁底之间空间有限,横向反力台座施工困难,通过对比分析、模拟计算,采用PLC计算机同步控制顶升、摩阻自平衡平移技术,能保证顶升过程中的同步性,并巧妙平衡了水平千斤顶横向顶推反力。通过工程实例的应用,证明技术的安全性和可行性。     

深埋软岩小净距隧道近接既有车站的位移响应

以在建的重庆轨道交通10号线红土地站为工程背景,新建车站采用分离式小净距隧道近距下穿既有车站。通过三维数值分析与现场实测相结合对既有车站结构的位移响应进行分析。既有结构的竖向位移的位移响应服从双Peck拟合曲线,左、右线隧道开挖引发的竖向位移产生叠加,开挖上台阶和拆除临时支撑为位移控制的关键环节;小净距隧道开挖引起的能量释放被既有车站结构吸收,下穿既有结构所得沉降槽宽度参数 值为天然地层条件下的0.924倍;深埋软岩小净距下穿既有结构隧道地层损失率 取值范围为0.108%～0.16%;上台阶开挖注意控制拱部中空注浆锚杆的超前加固效果,形成一定范围的承载拱;施作隧道仰拱后方可分段拆除临时中隔壁,拆除范围为6~7m。结果表明,现场实测和数值计算的结果基本吻合。