桥梁矩形基础承载特性的深度与宽度效应研究

桥梁矩形基础承载特性的深度、宽度效应问题尚未完全解决,以均质砂土地基为例,对桥梁矩形基础沉降、极限承载力的深度与宽度效应开展了数值计算,研究了规范提供的经验修正公式计算结果的合理性,讨论了考虑沉降控制的容许承载力的合理确定方法。计算结果表明:在上部荷载不变的情况下,基础沉降随着基础相对埋深和基础宽度增加非线性减小;极限承载力随着基础相对埋深和基础宽度增加近似线性增加;地基土的破坏模式与基础埋深有关,埋深越小越趋向于出现整体破坏,埋深越大越趋向于出现局部破坏;当基础宽度和基础相对埋深较小时,极限承载力是基础承载能力的控制性因素,当基础宽度和基础相对埋深较大时,沉降是基础承载能力的控制性因素;当基础宽度和基础相对埋深较小时规范取值偏于保守,而当基础宽度和基础相对埋深较大时规范取值偏于危险。     

超深大沉井基础的承载特性

以沪通长江大桥主塔28#墩超深大沉井基础为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行承载特性的数值模拟研究,并将模拟结果与现场实测的荷载沉降曲线进行对比分析,求出基底土体的强度储备安全因数。模拟结果表明:沉井基础基底土体的破坏形式为局部剪切破坏;荷载沉降曲线为没有明显拐点的缓变曲线,与实际监测结果吻合较好;沉井基础在桥梁运营阶段竖向位移最大值为35.29 cm,沉井基底土体的极限承载力为489.18×105kN,强度储备安全因数为3.6。     

深大沉井基础基底承载力现场试验研究

针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极限承载力大于6.5 MPa。在此基础上,借助现有理论分析得出相应地基土体的变形模量为12.69 MPa,地基系数为36.79 MN/m^3。与现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》相比较,地基承载力现场实测值比以安全系数2推算得到的规范值大15.3%。该测试装置的研发和试验结果的获得,为深基础基底土体承载力的现场测试提供了可靠的测试方法和设备,对于深基础设计计算理论的完善、相关规范的修订和施工工艺的优化等具有重要意义。     

单叶片螺旋钢桩竖向承载特性数值分析

为分析单叶片螺旋钢桩在砂土地层竖向抗压承载特征,结合单叶片螺旋钢桩现场静载试验进行有限元软件模拟。将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析,验证其数值计算结果的可靠性,其次采用该有限元软件分别模拟不同相对密实度砂土中几何参数不同的单叶片螺旋钢桩静载试验而得到不同荷载-位移曲线,同时将螺旋叶片直径的5%位移值对应荷载作为桩极限承载力。考虑砂土相对密实度,钢桩埋深,螺旋叶片直径,中心钢轴4个参数变化对单叶片螺旋钢桩极限承载力影响。结果表明:单叶片螺旋钢桩桩周土层的相对密实度和桩埋深是影响承载力的主要参数,螺旋钢桩叶片直径影响次之,钢轴直径的影响最小;同时,单叶片螺旋钢桩极限承载力增量百分比在松砂中最大,中密砂次之,密砂最小。     

循环荷载作用下浅埋坎儿井地基的稳定性研究

坎儿井是中西亚及我国新疆地区的特色地下水利工程结构。随着“一带一路”倡议的提出,在上述地区修建高速铁路不可避免地会遇到与坎儿井交汇问题。低矮路堤下隐伏浅埋的坎儿井暗渠可能会在高速列车荷载作用下塌陷,进而影响上部地基和路基的稳定。通过模型试验研究循环荷载作用下的浅埋坎儿井地基稳定性,探讨了暗渠埋深对地基土压力演变规律的影响,并结合PIV技术分析了地基土体的压缩变形特征及潜在破坏面。研究结果表明：1)随循环荷载增大,暗渠上方的土压力沿地表深度增加由先增后减的演化规律转变为持续减小,且最终均小于水平两侧的土压力;2)随着暗渠埋深增加,地基结构所能承受的最大循环荷载频率增加,在暗渠未完全塌陷时的地表沉降减小,但暗渠完全塌陷后的地表累计沉降也随之增大;不同暗渠埋深地基开始出现较大地表沉降变形的临界循环荷载频率均为5～10 Hz;3)上覆荷载作用下,浅埋暗渠地基土体的高变形区域随暗渠埋深的增加由“倒锥型”转变为“漏斗型”,潜在滑动破坏面在暗渠埋深达到7.5D(D为暗渠直径)后仅发展至暗渠上方;在暗渠埋深5.5D至7.5D之间存在循环荷载作用效果转折的临界点。试验结果为探讨坎儿井地区高速铁路地基的稳...     

砂土地层地铁盾构隧道施工对地层沉降影响的模型试验研究

为研究地铁盾构隧道施工扰动下不同埋深处砂土地层损失差异及沉降模式,以干砂为填料,通过逐步释放土体模拟地层损失,对砂土地层盾构隧道施工时由土体损失产生的地表沉降和土体内部地层沉降进行模型试验研究。结果表明:在砂土地层盾构隧道施工过程中,地层损失从地表向下以幂函数形式增长,最大沉降和沉降槽宽度系数与地层损失呈很强的正相关性;随着地层埋深的增加,沉降模式由高斯曲线形式过渡为烟囱状形式,沉降槽宽度系数在增加到一定数值后保持相对稳定状态,而最大沉降持续增长,对地层损失的增加起主要作用。基于统计分析原理,针对砂土地层的高斯沉降模式,建立了不同埋深处砂土地层损失与地表损失间的关系,提出不同埋深处砂土地层损失的计算公式,并结合试验数据修正了不同埋深处砂土地层的最大沉降以及沉降槽宽度系数的计算公式,最终得到不同埋深处地层沉降的计算公式。     

高速铁路站场宽路堤复合地基沉降特性分析

对京沪高速铁路济南西客站PHC管桩和CFG桩联合堆载预压处理宽站场复合地基的沉降特性开展试验研究,监测不同宽度、不同桩型和桩长复合地基的地表沉降及分层沉降,分析沉降变形随路堤填筑高度和时间的变化规律,研究路基宽度对沉降量和沉降曲线形状的影响。研究结果表明:站场路基沉降-时间曲线包含沉降发展阶段(路基填筑阶段)、沉降快速发展阶段(堆载预压土至2~3个月静置期)和沉降基本稳定阶段;宽大站场PHC管桩及CFG桩复合地基在中心区附近呈现沉降洼地,而在中央区沉降洼地的两侧出现次一级沉降洼地;宽大站场PHC管桩及CFG桩复合地基附加应力较大,衰减速度慢,沉降影响深度大,30~50m以下的地基沉降量约占总沉降的75%~85%,加固区范围内沉降量占总沉降的5%~10%。     

徐连线软土路基接触网支柱基础的研究

研究目的:改建铁路陇海线徐州至连云港电气化工程中,连云港地区表层为软黏土(海积黏土、淤泥质黏土),其下为淤泥,地基承载力低;地基沉降变形大,容易产生不均匀沉降;当受到外界扰动时易引起土体结构破坏,致使土的强度急剧下降;工程地质条件差。针对该工程软黏土路基,结合既有线路电气化改造现状,研究适用于徐连线软黏土路基接触网支柱基础的处理方案。研究结论:(1)在表层土较深的高填方地段,采用T型基础,利用基础翼缘部分主要承受垂直荷载,基础自身不会沉降,深入软土部分开挖量小,对既有行车安全影响小;(2)对路基填土厚度不足2.0m的区段,采用浅埋扩大底基础,首先换填基底材料,采取先抛片石对软土路基进行局部加强后,再填砂石土夯实,将基础底部承载力提高到设计值后,再进行扩大底基础的施工,降低基础对原状土承载力的要求;(3)浅埋扩大底基础,经现场试验验证,接触网基础顶面的水平位移、基础转角及支柱柱顶挠度满足设计要求,安全可行;(4)研究成果对于其他地区特殊地质条件下接触网支柱基础的处理方案具有较大的指导意义。     

切线模量法确定强夯地基承载力的现场试验研究

平板载荷试验是检验强夯加固填土地基承载力的重要手段,基于平板载荷试验的切线模量法以安全系数和允许沉降两个控制因素结合Terzaghi极限承载力理论可计算不同沉降要求的地基承载力。为了验证切线模量法计算强夯地基承载力的可行性和优越性,对现场填土地基进行强夯加固后进行平板载荷试验和超重型动力触探试验,以三组平板载荷试验9个试验点的测试结果为基础,反演该地基土性参数并通过切线模量法绘制p-s曲线,发现切线模量法计算的p-s曲线与现场p-s曲线能够很好的吻合,故可用切线模量法计算基础中心不同沉降量所对应的地基承载力,且能够弥补平板载荷试验和动力触探测试方法的不足,故为浅基础的设计提供了一条新的途径。     

下穿高速公路铁路隧道对高速公路的影响研究

以草帽山隧道工程为背景,采用数值模拟的方式,对铁路隧道下穿高速公路时对高速公路的影响进行研究。分析高速路面在7种隧道埋深时的沉降量,得出路面沉降和隧道埋深的关系曲线,将隧道合理埋深确定在30 m左右;并且对埋深32m时的隧道围岩变形以及公路路面沉降进行详细分析,得出隧道施工对高速公路的影响范围,即公路荷载的压力扩散对隧道的影响长度为路面宽度的4倍,路面产生较大沉降的范围约为隧道跨度的2倍。从而对工程设计和施工提供参考。     

饱和砂土地基应力扩散效应的离心模型试验研究

沉井基础在大跨度桥梁工程中的应用已越来越广泛。在沉井基础的沉降计算中,附加应力影响范围的确定一直是重点和难点,主要涉及应力扩散起始位置、扩散角大小和附加应力影响深度3个方面。针对目前现有理论及常用规范对确定附加应力影响范围的不适用性,开展沉井基础作用下饱和砂土应力扩散效应的研究具有十分重要的意义。通过离心模型试验开展4组不同埋置深度条件下沉井基础的静载荷试验,确定饱和砂土地基中附加应力的影响范围,试验结果可为工程设计提供依据。     

柔性路堤荷载作用下的地基承载力研究

研究目的:从变形控制出发,以铁路工程为例,研究柔性路堤荷载作用下的地基承载力问题。研究结论:现行规范规定载荷试验中按沉降相对变形进行承载力特征值的取值偏于保守,往往导致地基承载力不能充分利用。为充分利用地基承载力,提出铁路路堤设计时,应根据不同的地基允许沉降标准进行地基承载力特征值的取值,可以在满足变形要求前提下,在规范基础上将承载力特征值取值适当扩大,以达到强度和变形的和谐统一。文中的结论可以为类似铁路工程提供参考。     

铁路桥梁钻孔桩的可靠度设计研究

结合铁路桥梁地基基础的可靠度规范改革，根据铁路桥跨荷载标准，应用随机场理论和“校准法”计算了现行桥规中钻孔灌注桩定值设计法的可靠度水准。对各类土层的单位极限摩擦力，端阻力及桩径进行了计算和变异性分析，根据铁路桥跨荷载分项系数，计算了钻孔桩承力的分项系数，总侧阻力及端阻力的分项系数。     

大型筑岛沉井在沙田赣江特大桥中的应用

根据赣江部分桥位已经沙滩外露和水深小于3m的实际情况,实施筑岛沉井施工,有效节约了工期和材料投入,改善了施工方法,增加了工作面,为快速完成多个深水基础创造了条件。     

嵌岩桩桩端极限承载力研究

应用广义非线性统一强度理论和滑移线场方法,基于Meyerhof求解深基础极限承载力方法得出的地基破坏滑移面模式,推导出嵌岩桩桩端极限承载力公式,并对承载力随滑移面倾角及嵌岩比的变化规律进行研究,分析嵌岩比、中主应力系数、过载系数等因素对桩端极限承载力的影响。结果表明:桩端极限承载力系数随着嵌岩比的增加而呈非线性递减趋势,且递减幅度越明显。随着中主应力系数的增大,极限承载力也随之提高。承载力系数在嵌岩比n较小时,随着过载系数hm的增大而增大;当嵌岩比n较大时,则随hm的增大而减小。现行规范所定义的桩端承载系数偏于安全。     

某港区后方交通联络线浅埋基岩复合地基沉降特性研究

以某码头交通联络线的CFG桩复合地基为工程背景,开展浅埋基岩复合地基的加固机理研究,采用ABAQUS软件分析CFG桩端距基岩距离、嵌岩深度和下伏岩性等不同工况对浅埋基岩复合地基的承载效果。结果表明,浅埋基岩的CFG桩复合地基的承载主要由桩体承担,但桩间土也能承担部分荷载;距基岩距离越小,桩顶处出现的沉降量越小,桩顶处桩土应力比越大;嵌岩深度越大,沉降量也越小,而桩顶处桩土应力比越大;下部基岩弹性模量越大,沉降量越小,桩顶处的桩土应力越大。     

关于铁路路基地基承载力的讨论

现行不同铁路规范对于路基地基承载力的要求各不相同,设计人员对规范有不同的理解,有时会造成设计偏于保守,对铁路路基地基承载力设计方法进行探讨。地基容许承载力和地基承载力的特征值是地基基本处于弹性变形的界限,与基础是刚性还是柔性无关。对于有砟轨道,可允许土体局部进入塑性破坏区,可以在规范的基础上将承载力要求适当放宽。根据既有资料,提出用于极限状态设计的承载力分项系数,可为铁路地基处理极限状态设计方法提供参考。     

圆形及矩形基础非均质地基极限承载力数值分析

我国经济发达地区广泛分布有软弱黏性土地基,近年大量超高、超大建筑和高速铁路等设施的快速建设对这类复杂地基极限承载力及破坏机理的认识提出更高的要求。采用有限差分方法建立三维数值分析模型,分析强度随深度线性增大的黏性土非均质地基在矩形基础和圆形基础情况下的地基极限承载力和破坏模式。结果表明:黏性土强度不均匀系数越大,地基承载力系数越大;基底粗糙度通过影响土体发生破坏的位置影响地基承载力系数;矩形基础和圆形基础的基础形状系数随着土体强度不均匀系数的增大而减小;数值计算得到的长宽比为10的矩形基础情况下的地基承载力系数与条形基础情况下的地基承载力系数相等。     

高速铁路地基土压缩模量确定方法比较研究

为掌握高速铁路复合地基中天然土层压缩模量准确简便的确定方法,以武广客运专线12个试验断面和京沪高速铁路4个试验断面路堤设计参数和地基处理情况为依据,分别采用E1-2法和e-p曲线法确定各天然土层压缩模量,计算地基沉降值并将其与实测沉降值进行比较。结果表明:对于浅薄地层地基而言,路堤高度略大于5 m(不超过7.5 m)时,E1-2法的计算沉降值与e-p曲线法相比误差小于10%,路堤高度小于5 m时,两者误差随路堤高度减小而增大,但是控制在30%以内;为简化运算,可以采用E1-2法代替e-p曲线法计算浅薄地层地基沉降;对于深厚地层而言,E1-2法计算沉降值明显大于e-p曲线法,其误差随压缩层厚度增大而增大,故不宜采用E1-2法计算深厚地层地基沉降。