转体施工连续刚构桥主墩群桩基础受力分析

转体施工连续刚构桥在跨铁路桥型中具有施工干扰小、工期短的突出优点,其在中国应用日益广泛。桥梁转体施工时,上部结构及主墩自重全部由球铰传递至墩底承台,承台受力状态与成桥阶段差异显著。该文结合武汉市长丰大道跨汉宜铁路、汉丹铁路转体施工连续刚构桥群桩基础设计,建立承台-桩-土整体分析模型,分析转体球铰集中荷载作用下群桩基础的受力性能。结果表明:考虑桩-土接触的数值分析方法模拟球铰集中荷载作用下群桩基础荷载传递机理是可行的,并据此验证了承台结构设计的合理性。     

冰荷载作用下渤海域桥梁深水基础静动力反应研究

为了保证寒区海域桥梁结构的安全性,以渤海域深水基础桥梁为背景,针对钢管打入群桩基础承台遭受冰荷载作用,采用有限元分析方法对钢管打入群桩基础进行数值模拟,开展深水基础桥梁结构的静动力反应研究。研究结果表明:桥梁结构在动冰荷载作用下的动力反应明显高于静冰荷载作用下的动力反应,仅考虑静冰荷载作用的桥梁抗冰设计是不合理的;动冰荷载作用下部分桩的应力超过了钢材的容许应力,拉压应力幅较大,可能会导致钢管打入桩疲劳破坏;渤海域桥梁的抗冰设计应进行动力反应分析,以保证冰荷载作用下桥梁的安全性;在渤海寒区海域桥梁的设计过程中,需采取破冰措施来降低动冰荷载对桥梁结构的作用。     

增补桩基及预应力技术综合处治桥梁基础病害的实例

如何使新增构件与现有结构共同作用是加固处治的关键问题。在此,介绍3种某桥的一个桥墩承台和桩基础病害的处治,由于原结构出现断桩和承台严重开裂,对此进行了特殊考虑。设计中分析了现有结构的承载力,通过张拉托梁预应力钢束,对现有承台进行预加载,使新加桩基起到卸载作用,并与原桩基共同支承承台。同时采用环向预应力,对承台形成套箍作用,提高了承台的承载力,以保证施工安全。     

临沂市北京路沂河桥桥头堡结构设计分析

北京路沂河桥东、西两岸分别设置四座桥头堡,结构形式为四柱围合的框架结构,与拼宽桥桥墩共用承台桩基础。地震作用分析同时考虑建筑与桥梁设计的最不利荷载作用,对桥头堡在桥面位置、承台桩基础、楼顶平台3个薄弱部位进行重点分析。首先介绍了桥头堡主体结构在地震作用下不会与拼宽桥发生碰撞;其次分析了合并承台后会改变群桩基础中各桩位的受力情况,受桩-土-结构相互作用体系的影响会增大拼宽桥墩身荷载及桩基础总地震荷载;最后对观光厅立柱及核心筒进行抗震分析,并介绍了避免顶部平台剪力滞效应所采取的措施。     

封底层混凝土对深水群桩抗震性能的影响

随着桥梁建设理论的不断完善和施工工艺的日渐成熟,大跨径特殊结构桥梁逐步成为跨海跨江主体结构的首选。鉴于复杂的深水地质环境及上部结构力学性能的要求,群桩基础被广泛的应用于大跨径深水桥梁基础结构设计当中。为满足深水群桩基础的抗震设计需求,本文建立刚度承台模型及弹塑性桩身模型,研究封底层混凝土对桥梁结构抗震性能的影响。研究结果表明:封底层混凝土将增加群桩基础的整体刚度,提高了桥梁抗震性能的安全储备。     

采空巷道上方桥梁群桩基础受力特性数值分析

以合肥至福州高速铁路采空巷道上方官山底特大桥群桩基础为对象,采用FLAC3D软件分析采空巷道上方桥梁群桩基础在荷载作用下的受力特性,得出不同工况下群桩的桩轴力、桩侧摩阻力、桩间土应力、桩顶应力和桩荷载分担比等受力规律。研究结果表明:在承台刚度较大,桩身较长的情况下,采空区对桥梁群桩基础受力影响不大,群桩基础能很好地对采空区进行处理。     

桥梁群桩基础沉降的数值分析

在桥梁工程中,较大的基础沉降不仅改变桥面线形,严重的还将改变结构受力状况,降低结构的安全度。针对桥梁桩基础问题的不确定性和复杂性,采用空间有限元软件建立了桩土耦合作用的分析模型,并使用并行计算策略提高计算效率,通过实际工程分析了上部荷载、填土高度、桩长、桩径对桩基础沉降的影响,建议对处于软弱土层中的大型桥梁桩基础沉降问题有必要进行三维有限元数值分析,以确保结构的安全。     

斜拉桥施工期取代临时墩的拉索平衡结构体系研究

斜拉桥上部结构双悬臂施工时,可采用临时拉索平衡结构体系代替传统的临时墩来抵抗不平衡荷载作用。为分析施工期拉索平衡结构体系下大跨度斜拉桥的结构受力和抗风性能,以港珠澳大桥青州航道桥为背景进行研究。基于平衡措施设计的基本原则,在桥梁边、中跨主梁与桥塔承台间设计了临时拉索连接的结构体系,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,分析双悬臂施工中最不利工况下的桥梁受力,并进行了比例为1∶70的全桥气动弹性模型风洞试验。结果表明:拉索平衡结构体系能够增强大跨径斜拉桥双悬臂施工状态下抵抗各种不平衡静荷载作用的能力,提高桥梁抵抗动风荷载作用的能力,降低施工期的抖振响应;拉索平衡结构体系下的桥梁受力和抗风性能均满足要求,该体系能够保证斜拉桥在上部结构施工中的结构安全。     

公铁两用钢桁架桥原位拓宽改建设计关键技术

以松浦大桥为背景,对公铁两用钢桁架桥原位拓宽改建的可行性及关键技术进行分析。松浦大桥原为双层桥面公铁两用钢桁架桥,上层布置2车道公路,下层布置单线铁路,为满足新的桥梁使用功能,将其上层公路拓宽为6车道,下层铁路改为非机动车道和人行道。由于道路规划限制,该桥主桥需基于原位进行拓宽且基础不能加固,故根据拓宽后结构增加的竖向荷载对原钢管桩基础进行验算,结果表明不加固基础,仅通过加固主桁架提高主桥上部结构的承载力是可行的。拓宽改建设计中采用构件贴板方案加固主桁架以提高上部结构的承载力;为改善结构受力,上层桥面系采用正交异性组合桥面板,下层桥面系采用整体式正交异性钢桥面;利用位于两侧桥台处的升降支架设置拉索以提高主桥的抗倾覆性能;综合考虑理论计算和施工控制,选择桥梁新、旧部分的上、下部结构连接方式;主、引桥均采用减隔震设计保证结构的抗震安全性。     

运营桥梁抬桩加固既有桩基础沉降分析及监测研究

为研究运营桥梁抬桩加固施工引起的既有桩基础扰动对结构安全性的影响,以沪渝高速(G50)太湖大桥抬桩加固施工为背景,采用有限元软件建立桥墩和基础(一半结构)有限元模型,分析抬桩施工过程桥墩位移规律和既有基桩弯矩;抬桩施工过程中,基于现有流体静力水准系统(HLS),在墩身内侧布置2个监测点,进行墩身沉降在线监测。结果表明:抬桩施工过程对既有桩基础沉降无影响,承台扩大后改善了既有基桩抗弯性能;监测期间,施工和车辆荷载对既有桩基础(桥墩)沉降的影响表现为数据整体平稳基础上的波动,无施工及车流量小的夜间,消除弹性变形(沉降)后的最终平均沉降约1.2mm;采用高精度的HLS可实现施工过程中桥墩(基础)沉降的在线监测,提高了效率,综合保障了运营桥梁的安全。     

公路桥梁后压浆桩基础应用研究

对某工点桩基在不同工况下的静载试验数据进行分析研究,结果表明,采用后压浆技术后,桩顶沉降速度减缓,沉降量减少,桩侧阻力、端阻力均大幅度提高,桩基承载力提高45％以上;采用后压浆技术更能确保桩基承载力。     

铁路岩溶地区多变量作用下的桩基承载特性分析

依托汉巴南铁路某桥梁桩基础工程,采用FLAC3D软件建立岩土-溶洞-桩基础三位一体的计算模型,分析岩溶地区桩基础在溶洞跨度、顶板厚度及溶洞形态多变量共同作用下的承载特性。结果表明：厚跨比不变时,顶板厚度的变化对桩基承载力的影响更为显著;长方体和圆柱体溶洞形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为1,而椭球体形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为2/3。通过顶板厚度对桩端承力影响曲线、顶板厚度对桩侧摩阻力影响曲线进行拟合,得到修正后的影响因子,进而对桩基经验公式进行修正,由修正后的经验公式所计算出的桩基极限承载力更贴合岩溶地区的实际情况。     

桥侧大面积堆土致斜交梁桥倒塌事故分析

以杭州绕城高速上发生垮塌的斜交桥梁为案例,通过现场调查取证,获取了案例桥施工图纸、地质情况和现场的破坏信息。在此基础上,采用摩尔-库仑模型模拟土体的弹塑性性质,用实体单元来模拟盖梁、承台、桥墩、桩基等桥梁结构,用不同区域的均布荷载来模拟堆载作用,并且设置接触单元来考虑桩-土相互作用,模拟桩-土之间的滑移和分离,建立三维有限元模型。同时研究了土体的物理参数（淤泥层和亚黏土层弹性模量）、堆载高度和斜交角对桥梁结构的影响。研究结果表明：大面积堆土导致近堆土侧桥墩、桩基发生比远堆土侧更大的位移,对于斜交桥,该位移方向与两侧桥墩连线即盖梁的方向成一定角度,从而导致近侧桥墩、桩基在轴力、弯矩和剪力外,需要承受较大的扭矩;随着斜交角从0°增加到40°,近侧桥墩、桩基承受的扭矩持续增大,扭矩逐步成为控制桩基破坏的主要因素;堆载引起淤泥层的沉降会导致该部分土层产生较大的负摩阻力,进一步改变了桩身轴力的分布;土体的弹性模量、堆土高度对桥梁在堆载作用下的横向位移和内力有很大影响;杭州绕城高速垮塌的主要原因是在软弱层上堆土导致桩基发生压、弯、剪、扭破坏。     

高速铁路CFG桩柔性载荷试验数值模拟分析

CFG桩已在高速铁路路基上大量应用,但目前评价高速铁路CFG桩复合地基承载力均按《建筑基桩检测技术规范》的方法进行。该法模拟的是刚性基础对复合地基的作用,应用到以柔性基础为主的铁路路基,其试验结果必然与实际情况存在偏差,因此文中研究了一种适合于高速铁路柔性基础作用原理的复合地基载荷试验方法,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力及位移分布情况,结果证明柔性载荷试验是可行的。     

杭州湾跨海大桥南航道桥主塔基础试桩承载特性分析

通过采用自平衡测试法对杭州湾跨海大桥南航道桥基础试桩进行测试,转换以后得到荷载~位移曲线、桩周土的侧摩阻力和端阻力的分布。测试结果表明:钻孔灌注桩的施工工艺能够达到设计要求;桩端注浆对提高桩基承载力和控制桩顶沉降效果显著。     

大跨度斜拉桥摩擦摆式支座减震性能分析

为选用合适的摩擦摆支座设置方案,以改善地震作用下大跨度斜拉桥下部结构的受力性能,以安庆-九江高铁鳊鱼洲长江大桥主航道桥为背景,利用有限元软件建立全桥模型,比较不同摩擦摆支座设置方案下桥梁下部结构的地震反应。结果表明:在地震作用下,不设置摩擦摆支座时,承台底轴力及墩梁之间相对横向位移不满足减震要求;仅边墩设置摩擦摆支座墩梁之间相对横向位移不满足设计要求;边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座后,下部结构最不利轴力显著提高,墩梁之间相对横向位移响应明显下降,安全系数大幅提高,均能满足结构减震要求。鳊鱼洲长江大桥主航道桥最终采用边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座方案。     

公路桥梁高承台桩基沉降分析研究

桩基的沉降计算是桩基工程设计不可忽视的关键问题之一。为探讨高承台桩基沉降特性，基于荷载传递法提出一种高承台桩基沉降计算方法，并采用多组不同参数对某高承台群桩的沉降特性进行了比较计算和深入分析，得到了多个影响因素下群桩沉降的变化规律。     

华南沿海地区桥梁摩擦桩基础沉降研究与处理

为解决华南沿海强风化岩地区桥梁摩擦桩基础沉降问题,以深圳某跨海大桥为例,对该类桥梁基础沉降原因进行分析并提出相应处理措施。该桥11个摩擦桩基础桥墩在箱梁架设后均产生了不同程度的基础沉降。对最大沉降量为42 mm的桥墩桩基础进行钻芯取样分析并对该墩地基承载力进行验算。针对实际情况提出在该桥墩桩底进行压力注浆的处理措施,然后采用静载试验验证该措施的效果。结果表明:该桥墩基础出现沉降的主要原因是基础的持力层(强风化辉绿岩)遇水软化,造成地基承载力下降;桩底压力注浆后该基础的后续沉降量不足1 mm,说明该处理措施取得了良好的效果。     

多年冻土区灌注桩的人工冷却试验研究

多年冻土区灌注桩修筑过程中，混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动，由于基础在回冻前承载力非常小，因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题，创新性地提出人工冷却法在多年冻土区灌注桩中的应用，以实现基础的快速降温和回冻，并在青藏高原北麓河进行现场人工冷却灌注桩试验。试验结果表明：人工冷却降温效果显著，试验进行到第2天，基础周围土体温度已经降至天然场温度以下；随着冷却试验的继续进行，基础和周围土体的温度会进一步降低；人工冷却有效降低了土体温度，并增加了桩基周围土体的冷储量，冷却试验结束后的第7个月试验桩的平均界面温度为-0.6℃，无冷却措施桩对应的平均界面温度为-0.37℃。承载力计算结果表明：人工冷却可以快速、大幅提高桩基的承载力，通过该措施的应用，试验桩的承载力可提高至2 231 kN，而无冷却措施桩对应时刻的承载力仅为549 kN；该措施有效缩短了冻土区灌注桩施工的后续等待时间，经过人工冷却的桩基承载力很高，冷却结束后即可进行上部荷载的施工。人工冷却可作为冻土地区桩基快速施工中的一种重要方法和有效途径，其不仅能够解决灌注桩对冻土产生热扰动这一难题，还能够有效缩短工程的建设周期，具有很高的工程应用价值。     

设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础承载性能研究

为提高深水、厚覆盖层、强风、巨浪等复杂环境条件下跨海特大型桥梁深水基础的承载能力，针对琼州海峡跨海大桥主通航孔2×1 500 m三塔斜拉桥的中塔基础，提出了设置裙筒与半刚性连接桩的新型沉箱复合基础的设计方案及施工工艺。该新型沉箱复合基础由底部周圈带有裙筒的沉箱、打入地基中的钢管桩与后注浆垫层组成，其能够降低沉箱复合基础对水下垫层平整度和裙筒入土深度的要求，提高施工效率和质量。为进一步研究其承载性能，通过数值模拟和模型试验分别开展了沉箱基础、设置半刚性连接桩的沉箱复合基础、设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础等3种基础方案在竖向荷载、竖向与水平向组合荷载作用下的受力性能研究。研究结果表明：设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础具有优越的竖向和水平向承载能力，其在竖向荷载作用下，通过后注浆形成的碎石混凝土垫层强度较高且处于裙筒侧向约束状态，可将上部竖向荷载传递至裙筒、群桩基础和桩间土，并通过裙筒和群桩基础传至到地基深部，从而有效提高了软弱厚覆盖层地基中沉箱基础的竖向承载力并可减小基础沉降；在竖向和水平向荷载的组合作用下，裙筒能够充分调动筒内外浅层土体的水平抗力，半刚性连接桩则驱动塑性区向深处延伸，从而有效提高了基础的水平向承载能力并减小水平位移。研究成果可为琼州海峡等跨海通道的特大型桥梁深水基础建设提供重要参考。