预应力混凝土连续梁与钢管拱组合结构滑移安装施工方案

1 工程概况 九龙岗特大桥钢管拱桥墩上部结构为(76+160+76)m的预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构.钢管拱计算跨径160.0 m,矢跨比1/5,矢高32.0 m,拱轴线为二次抛物线(设计拱轴线方程Y=-0.005X2+0.8X),拱肋设置最大预拱度为0.14m,施工矢高32.14 m(施工拱轴线方程Y=-0.005 021 875X2+0.803 5X).施工时按施工拱轴线制作和拼装.拱肋为钢管混凝土结构,采用等高度哑铃形截面,截面高3.0 m,每肋由2根弦管组成,弦杆为φ1 000 mm钢管,由16mm厚钢板卷制而成,弦管间用16mm厚钢缀板连接,拱肋弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土.     

长距离曲线顶管隧道施工过程中力学行为特征

为明确长距离曲线顶管隧道施工时顶推力的变化规律,提出合理的顶推力计算公式,采用现场实测方法,对长距离顶管隧道顶推力进行测试.同时分别在普氏压力拱理论与土柱理论下推导顶管隧道管土接触土压力与侧摩阻力公式,对比上述土压力理论后得出适用于本实际工况的侧摩阻力公式,并应用于长距离曲线顶管隧道模型计算.分析结果表明:当管缝张开角位于0.25°以下时,顶推力变化可忽略不计;当曲率小于0.01时,顶推力变化趋势不明显,计算顶推力时可近似看作直线顶进.顶推力随曲率变化趋势表现为初期上升变化缓慢后期增长速率加快.本文预测顶推力随顶进距离近似表现为线性关系,预测顶力与实测数据拟合较好,拟合优度R2=0.85,能较好地预测顶力变化.     

基于APDL语言的拱轴线优化及立柱布置研究

研究目的:为全面了解拱轴系数的优化方法,本文论述悬链线拱轴系数的计算原理、拱轴系数的优化算法,并介绍基于APDL语言的拱轴系数优化过程。文末以某大跨度上承式钢筋混凝土拱桥为工程实例,完整论述拱轴系数的优化流程,采用"弯曲能量最小法"对拱轴系数进行优化计算,并针对不同的拱上立柱间距,对比传统采用"五点重合法"的计算结果,最终对比得出合理的立柱布置间距、布置方式和拱轴系数。研究结论:(1)采用"弯曲能量最小法"对拱轴系数进行优化计算,可以得到合理的拱轴系数,可用于实际工程中;(2)对于本项目所涉及的工程实例,对采用"弯曲能量最小法"与"五点重合法"进行计算对比,结合整体桥型布置,可确定采用10 m柱距、拱顶无立柱的方案,根据计算结果及以往经验,可得到拱轴系数m=1.543;(3)本研究成果可应用于类似拱桥的拱轴线优化以及拱上立柱的设计中。     

多因素影响下顶管施工引起土体变形计算研究

为解决圆形顶管施工穿越特殊地层(如下穿切割塑料排水板)时引起地层变形的影响分析等问题,考虑刀盘挤土效应产生的正面附加压力、顶管与土体之间非均匀分布的侧向摩擦力,因塑料排水管的切削而不能忽略的顶管机刀盘的正面摩擦力引起的地层变形,基于Mindlin解得到在顶管施工阶段地表竖向位移计算公式;最后结合顶管工程项目实例验证计算方法的合理性,并与实测结果对比。分析结果表明:考虑多因素共同影响的地表沉降曲线与现场实测值较为吻合,能够反映顶管顶进过程中纵向地表沉降规律,总体表现为先隆起后沉降。沉降最大值位于开挖面后方8 m左右处;隆起最大值位于开挖面前方5 m左右处。在本文所考虑的影响因素中,影响程度最大的是顶管刀盘的正面附加推力,在沉降变形最大值中占比约为80%,在隆起变形最大值中占比约为56%。选取不同断面分析对比不同深度处土体沉降情况,沉降突变及差异主要表现在顶管轴线两侧12 m范围内。沉降槽曲线近似服从正态分布,不同土层深度的土体沉降最大值均位于顶管轴线正下方。在土体深层沉降中,随着与顶管轴线距离的增加,曲线不再满足随着深度的增加沉降值增大,反而在距离轴线4~6 m远处出现反转,直至随着深度的增加沉降值反而减小。     

地铁车站管幕预筑法施工注浆技术

管幕预筑法施工地铁车站的优点是能够保证周围土体零沉降,其核心保证措施就是在施工全过程中向周围土体注浆。这种注浆工艺既要保证周围土体能够及时得到加固,不发生土体沉降,又要产生良好的止水效果,还必须尽量减小钢管外壁的侧摩阻力,才能保证顶管等施工作业的顺利进行。文章从分析管幕预筑法对注浆工艺的要求入手,研究了各种注浆浆液的性能特点,提出采用不同浆液分阶段注浆的新思路,实践中收到良好的应用效果。     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

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。     

桩间复合结构土拱效应试验研究与应用

西南山区高陡边坡多采用桩与桩间墙、桩板墙、桩间土钉墙的组合加固结构,由于土拱效应的存在,桩及桩间结构的受力发生重分布。利用自制的土拱试验仪(发明专利号ZL 200910058441.6),考虑桩间土体的内摩擦角对桩间土拱的影响,对不同桩间距、桩截面尺寸的试验模型进行了对比试验,探讨土拱的形状、土拱效应对边坡坡体应力分布的影响,提出了土拱拱高和拱轴线方程。结合某铁路高边坡的桩间挡土墙加固结构,提出考虑土拱效应的边坡潜在滑移面的剩余下滑力、墙后土压力的计算方法。     

预切槽法开挖黄土隧道预衬砌支护参数研究

研究目的:随着我国交通建设的发展,迫切需要解决软弱围岩隧道机械化施工的问题,本文以洪亮营大断面黄土隧道为依托工程,采用数值模拟方法分析不同条件下预衬砌的整体安全性,通过对预衬砌的支护参数进行分析,以期为后续类似工程的设计与施工提供参考。研究结论:(1)钢拱架间距对预衬砌整体安全系数有显著影响,间距越小,安全系数越高;(2)不同的预衬砌拱脚处理措施,对预衬砌整体安全系数影响较大;(3)由于切槽采用分段施工,各段接头部位的安全系数较低,当预衬砌局部弱化程度超过50%时,预衬砌的整体安全系数不能满足安全要求;(4)本研究以洪亮营大断面黄土隧道实际工程为依托,获取了预衬砌在不同的埋深、不同的钢拱架间距、不同的拱脚处理措施以及不同的预衬砌局部弱化程度条件下的整体安全性,可为预切槽法隧道在今后的工程设计和施工中提供指导作用。     

东莞水道特大桥钢管拱肋扣挂法施工线型控制

针对东莞水道特大桥主桥结构(主跨拱肋采用钢管混凝土拱形空间桁架结构,主拱肋轴线采用悬链线)和扣挂法施工的特点,采用正装法进行主拱钢结构施工中的线型控制分析。在扣索索力调整阶段,将该扣索索力对结构的作用作为外荷载加在相应位置,已完成调索的扣索作为结构的一部分参与结构受力。索力调整的原则是,使各节段变位尽可能接近裸拱自重挠度,且使已完成调索的各扣索索力变化较小。施工阶段线型控制分析过程中,拱肋轴线始终在理想拱轴线附近。     

桩承式路堤土拱效应形成机制离散元模拟

针对桩承式路堤,分别建立二维和三维离散元分析模型,开展土拱形成过程数值模拟。从细观角度研究不同路堤高度条件下桩承式路堤土拱形态和荷载传递机制,获得土拱效应充分发挥条件下的土体沉降模式,其模式呈现为椭圆形拱状。二维分析结果表明,当路堤填土高度达到一定值时,其高度约为0.8倍桩净距。由于二维土拱模型只能反映一个截面上的土拱效应,因而高估了路堤荷载传递效率。相比二维Trapdoor分析结果,三维条件下土拱效应充分发挥时所需的桩-土差异沉降更大,桩顶和桩间土压力随差异沉降的变化速率更慢,荷载传递效率更低且受填土高度影响更高。     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

桩网复合地基桩顶土拱形态分析

桩网复合地基垫层与填土中的土拱对桩顶应力调节和沉降控制效果起着重要作用.在对比现有桩网复 合地基桩顶土拱效应计算方法的基础上,通过单桩数值模拟和数学解析,对桩顶土拱形态进行分析.结果表明,桩网复合地基桩顶土拱区域内的主应力迹线是一族自桩顶平面向上曲率逐渐增大的变曲率曲线,其中,接近桩帽边缘的一条主应力迹线线形近似于抛物...     

考虑桩土相互作用的抗滑桩临界桩间距研究

在考虑桩土相互作用的基础上,对确定合理桩间距的土拱的形成过程和成拱条件进行分析。根据桩受到的侧摩阻力等于桩间滑坡推力的平衡条件,提出同时存在桩侧土拱和桩后土拱,其拱厚为桩侧实际拱厚和桩后有效拱厚之和,在此基础上建立滑坡推力与抗滑桩相互作用的土拱受力模型,推导出临界桩间距的计算公式,最后通过算例进行验证,计算结果较为合理。研究结果表明：同时考虑桩侧土拱和桩后土拱比较合理。     

砂土条件下加固隧道掌子面稳定性研究

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,结合普氏压力拱理论并参照三维旋转破坏机制,提出考虑土供效应条件下改进的三维旋转破坏模型对砂土条件下隧道掌子面稳定性进行研究.所提出的破坏模型可分为2部分:1)位于交叉层的旋转破坏部分;2)位于覆盖层的拱形破坏部分.基于本文所提出的改进破坏模型,采用岩土-锚杆模型对加固隧道掌子面稳定性进行研...     

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。     

桩承地基土拱高度计算方法的研究及分析

综合考虑路堤填土高度、填土性质、桩帽大小及桩间距等因素,提出简便的土拱高度计算方法。具体分析了桩帽大小、桩间距,以及路堤填料高度和性质等因素对土拱高度及土拱高度与桩净间距之比的影响。结果表明:土拱高度受填土性质、桩帽、桩间距及填土高度等因素影响,其中受摩擦角、桩帽大小和桩间距影响较大,在设计时可首先考虑加大桩帽、减小桩间距或增加填料摩擦角的方式降低土拱高度来满足工程需求。在实际工程正常参数取值范围内,土拱高度大概集中在1.02～1.42倍的桩间净距范围内。     

沉埋式双排抗滑桩加固滑坡承载机理研究

为探究沉埋式双排抗滑桩(沉埋式后排桩和全长式前排桩的组合形式)的承载机理,采用土压力盒和应变片完成一系列室内模型试验,在外界施加的滑坡推力作用下,量测桩身内力变化与桩周土体压力的变化情况,研究桩身受力的分布形式和土拱效应,并分析后排桩长度变化时的双排桩的受力变化规律。研究结果表明,沉埋式双排抗滑桩的受力方式不同于全长双排抗滑桩的受力方式:沉埋式抗滑桩前排桩桩后推力分布形式为梯形分布,桩前抗力分布形式为矩形分布;后排桩桩后推力分布形式呈梯形分布,桩前抗力分布形式为倒梯形分布。后排桩的沉埋深度对前排桩的土拱效应有着较大的影响,并且分析认为当前后排桩承载比较接近时的沉埋深度为设计沉埋深度。为进一步探究排距对沉埋深度的影响,运用FLAC3D,探讨不同排距下双排桩的承载比。研究结果表明,随着排间距增大,后排桩的设计沉埋深度逐渐减小。