盾构隧道施工对桩基影响的解析理论研究

研究目的:基于柱体空腔膨胀理论,引入桩侧荷载传递函数前沿成果,深化了地层应力、地层变形和桩侧荷载传递函数的计算表达式,并以此为基础,研究盾构隧道施工影响下桩基的附加轴力、摩阻力、竖向位移的解析理论以及桩基在隧道不同位置处的力学响应规律,同时辅以有限元计算结果进行对比分析.研究结论:(1)在同一工况、不同荷载传递函数λ值...     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

桩板结构下桩基沉降计算方法适用性探讨

国内某高速铁路采用桩板结构加固路基,经现场监测证明其对路基沉降变形的控制达到工程要求。本文通过对比两种常用的桩基沉降计算方法计算得到的沉降量与现场监测的实际沉降值,讨论其对桩板结构沉降计算的适用性。结果表明,两种桩基沉降计算方法并不适用于桩板结构的沉降计算。     

高速铁路采空区桩板结构复合路基受力机理数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土和黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板复合路基为研究对象,数值模拟分析路基的受力机理。研究表明:桩身轴力呈上大下小变化趋势,所有桩均为端承摩擦桩,穿过采空巷道的桩在采空巷道范围内轴力保持不变;所有桩桩侧摩阻力都呈现出先增大后减小的趋势,桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心要比未穿越采空区的桩要深,桩身越长侧摩阻力所占承载力比例越大;采空区复合路基的桩土应力比要比软土路基的小。     

桩板结构在松软土地区高速铁路路基中的应用分析

以某高速铁路松软土地区桩板结构路基设计工点为例,首先从理论上对桩板结构进行内力计算分析,然后采用有限元软件对桩板结构内力进行数值模拟,并对桩板结构内力理论计算结果和数值分析结果进行对比;最后采用常规桩基础理论并结合有限元分析软件对松软土地区桩板结构路基的工后沉降进行计算分析。     

刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数，同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响，利用力学理论及微分方程的近似解法－－子域法，出了刚性承台下柔性群桩与地基相互作用的近似解析算式，在刚性承台下，中桩最大侧摩阻力出现在桩端，边中桩、角桩最大侧摩阻力出现在桩顶附近，角桩桩顶反力最大，边中桩次之，中桩最小，为了验证本文方法的可行性，将模型试验结果与本文计算结果进行了比较，对比表明：本文方法有较好的精度。     

高速铁路桥梁桩基固结蠕变沉降计算方法研究

桥梁桩基工后沉降的控制是高速铁路桥梁设计和施工的关键技术之一,其中桩基的长期固结蠕变沉降计算分析又是关键环节.经过现场调研分析提出高速铁路桥梁桩基实际受荷—时间关系的函数表达式.建立多级荷载作用下的多层黏弹性地基单面排水或两面排水条件下的一维固结方程,并基于Laplace数值逆变换推导桩底压缩层在多级荷载作用下的有效应力和沉降计算公式.基于此,提出能模拟高速铁路桥梁桩基实际加载情况和考虑桩底成层土固结蠕变特性的桩基长期沉降计算方法.为提高计算效率,编写相应的群桩长期沉降计算分析程序LTPGSⅡ.京沪高铁桥梁桩基沉降计算结果和现场实测值的对比验证了计算方法及程序的正确性和可靠性.提出的计算方法能用于高速铁路桥梁桩基长期沉降预估,具有重要的理论价值和工程应用价值.     

高速铁路螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位试验研究

结合太焦高速铁路螺杆桩复合地基工程,开展螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位测试试验,通过分析获得的螺杆桩单桩静荷载-桩顶沉降曲线以及桩身内力分布曲线,研究高速铁路复合地基中螺杆桩侧摩阻力演化规律及螺杆桩的荷载传递过程。结果表明:螺杆桩-土接触面荷载传递过程可划分为弹性、弹塑性和极限状态3个阶段,弹性阶段桩侧摩阻力比小于等于0.5,弹塑性阶段桩侧摩阻力比为0.5~0.7,极限状态阶段桩侧摩阻力比为0.7~1.0;螺杆桩直杆段和螺纹段侧摩阻力演化规律为,在弹性阶段螺纹段侧摩阻力小于直杆段侧摩阻力,在弹塑性阶段螺纹段侧摩阻力接近直杆段侧摩阻力,在极限状态阶段螺纹段侧摩阻力大于直杆段侧摩阻力。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

轨道交通桩板结构施工对临近既有线影响的数值模拟

采用有限元Plaxis 3D软件建立三维模型,分析沪宁城际铁路接轨工程中桩板结构和路基填筑等施工对既有线路及周边地层的扰动影响。模拟研究结果表明:桩板结构施工对既有线路变形影响较为明显,既有线路最大横向水平及竖向位移均出现在桩基钻孔成桩过程;施工过程中路基两侧帮宽处逐渐出现明显沉降槽,槽底最大沉降发生于联络线右线侧桩板结构板浇筑阶段。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。     

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。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

无碴轨道桩板结构路基离心模型试验研究

通过无碴轨道桩板结构路基的离心模型试验,研究了桩板结构路基的沉降特性以及桩土相互作用。研究结果表明桩板结构路基施工完成放置5个月后路基面沉降结束,基本达到稳定,通车运营12个月后路基面稳定;桩板结构路基的桩基属于长径比较大的钻孔灌注嵌岩桩,其荷载传递具有摩擦型桩的特性。     

高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

地铁盾构下穿高速铁路情况下的路基加固与轨面控制

以苏州某盾构隧道下穿高速铁路为背景,采取数值计算、理论分析并结合工程实测结果,分析论证了采取桩板结构和路基注浆联合加固方法,并对轨面状态监测、监护方法进行分析.结果表明:采用联合加固方法可以有效减小盾构穿越高速铁路路基引起的沉降,盾构穿越后实测最大沉降量为0.7mm,与数值计算结果相近,能确保高铁运营安全.     

高速铁路采空区桩板结构路基沉降数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板路基为研究对象,数值模拟分析路基的变形规律,为桩板结构处理高速铁路采空区地基设计施工提供有价值的参考。研究表明:路基沉降主要集中于地基浅层;桩身长的桩的沉降量要小于桩身短的沉降量;穿过采空巷道的桩和没有穿过采空巷道的桩两者沉降量相差不大;结构能够有效限制采空巷道顶板变形;采用桩+承台板结构作为采空巷道地基的工程处理方法是有效的。     

桩侧土的桩-土临界位移实验研究

通过室内直剪摩擦试验、室内模型试验、深井荷载试验和桩基静载试验,研究了各类桩的临界位移的规律及其影响因素。研究结果表明,桩侧摩阻力达到极限值所需要的临界位移较桩身沉降而言是很小的,因此,合理地选择桩土荷载传递模型,正确认识桩的荷载传递机理是进行桩基优化设计的前提。本实验研究为桩的荷载传递分析提供了理论根据。     

风化软岩地区嵌岩桩承载力自平衡试验研究

为研究风化软岩段桩基侧摩阻力承载特性和桩基安全性,采用自平衡试桩法对某工程水稳性较差的风化软岩段3根试桩进行测试分析。结果表明:自平衡法试桩荷载箱上部桩与传统静载法试桩的桩身受力方向相反,前者比后者端阻力发挥更充分;在2倍设计荷载作用下桩顶等效竖向位移较小,桩身侧摩阻力、端阻力大部分未充分发挥,实测桩侧摩阻力可能比勘察提供的侧摩阻力值大;按照经验法和简化法得到的3根试桩的计算安全系数差别较小,均大于2.2,验证了试桩的安全性和自平衡方法的可靠性。     

某集装箱铁路工程下穿津秦高速铁路桥梁安全影响分析

下穿既有高速铁路桥梁工程,施工期间及运营阶段的桥下工程恒载及活载影响,会导致既有高速铁路周围土体发生垂直和水平运动,产生的附加应力会引起临近的既有高速铁路基础产生竖向沉降及侧向位移,数值过大甚至会影响到高速铁路运营安全。结合某在建集装箱五线铁路下穿已建成的津秦高速铁路桥梁工程,利用桩土共同作用有限元程序plaxis等有限元软件,从承载力、水平变形及沉降等方面分析土体运动对津秦高速铁路桥梁的安全影响。分析结果表明,以路基下穿津秦高速铁路方案沉降影响超出允许范围,存在安全风险,后改为桩板结构下穿。