超長橋梁群樁基礎有效樁長試驗與數(shù)值模擬研究

隨著我國大型橋梁的不斷修建，大型超長群樁基礎正被廣泛采用。而由于對此類基礎的荷載傳遞規(guī)律尚缺乏準確認識，工程設計中具有較大盲目性（如盲目增大樁長以提高承載力），從而極大地增加了施工難度與工程造價，因此深入開展大型超長群樁基礎有效樁長的計算方法研究，已成為工程界迫切需要，具有重要工程意義。本研究從室內(nèi)模型試驗、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場試驗等入手，對超長橋梁群樁的荷載傳遞機理、承載力與沉降計算等進行了深入系統(tǒng)的研究，主要研究工作及重要結論如下： （1）以相似理論為指導，設計并完成了超長單樁、超長帶臺單樁及超長群樁的室內(nèi)模型豎向承載對比試驗，通過量測加載過程中樁身軸力、樁身摩阻力、樁端阻力、承臺底土反力以及樁頂沉降，探討了超長單樁、超長帶臺單樁及超長群樁的荷載傳遞機制與沉降特性，揭示了大直徑超長灌注樁的荷載傳遞機理、破壞模式； （2）采用剪切位移法考慮樁周土體應力的橫向傳遞作用，以荷載傳遞法模擬群樁中基樁荷載的豎向傳遞規(guī)律，并考慮群樁間遮簾效應，建立了樁-樁相互作用模型，并由此導得了基樁豎向荷載傳遞的微分方程，通過對該微分方程的求解，得到了深厚軟土區(qū)的超長群樁的沉降計算方法，再此基礎上，通過控制樁頂沉降法來確定超長群樁基礎的有效樁長，從而建立了考慮群樁效應的超長群樁有效樁長計算方法，并分析了超長群樁基礎的影響因素； （3）采用ADINA非線性結構分析程序建立超長群樁基礎的三維實體有限元模型，結合算例研究，證明了本文模型的準確性。給出了豎向荷載作用下數(shù)值計算中超長群樁基礎有效樁長的界定方法，在此基礎上深入的研究了深厚軟土區(qū)的超長群樁有效樁長問題，并分析了其影響因素，結果表明：樁頂荷載、樁土剛度系數(shù)、土層的內(nèi)摩擦角及土層的粘聚力對超長群樁基礎有效樁長的影響較大，而樁半徑、樁間距對超長群樁基礎有效樁長的影響較小，土體泊松比對超長群樁基礎有效樁長的影響可以忽略不計； （4）將室內(nèi)模型及理論計算結果應用于湖南省長湘高速公路深厚軟土區(qū)超長群樁基礎的優(yōu)化設計計算，通過開展現(xiàn)場深厚軟土區(qū)大直徑超長灌注樁的自平衡靜載試驗及長期觀測試驗，試驗結果表明，優(yōu)化設計后的長湘高速公路湘江特大橋的基樁承載力及穩(wěn)定性滿足設計要求，承載性能隨時間趨于穩(wěn)定； （5針對深厚軟土區(qū)大直徑超長灌注樁施工的復雜性和特殊性，提出了相應的施工質(zhì)量監(jiān)控及檢測技術，編制了施工指南，從而為實際工程建設提供了技術指導。

隨著我國大型橋梁的不斷修建，大型超長群樁基礎正被廣泛采用。而由于對此類基礎的荷載傳遞規(guī)律尚缺乏準確認識，工程設計中具有較大盲目性（如盲目增大樁長以提高承載力），從而極大地增加了施工難度與工程造價，因此深入開展大型超長群樁基礎有效樁長的計算方法研究，已成為工程界迫切需要，具有重要工程意義。為此，本研究擬以湖南洞庭湖區(qū)實際工程為依托，從現(xiàn)場原型試驗與室內(nèi)模型試驗入手，探討其受力特性，并深入分析其承載破壞全過程的荷載傳遞機理、破壞模式、荷載沉降曲線特征等；在此基礎上，通過建立合理的荷載傳遞模型，并引入突變理論考慮超長群樁承載過程的突變性，導出對應于于不同樁長的超長群樁基礎承載力計算公式。最后，基于數(shù)值模擬分析，在解決本構模型的前提下，深入探討樁間距、樁徑、土體強度等對超長群樁基礎有效樁長的影響，由此提出考慮多因素情況下超長群樁基礎有效樁長確定方法，并編制相應的設計指南，為相關設計提供參考。

《超長群樁基礎承載機理研究》詳細介紹了超長群樁基礎室內(nèi)外模型試驗、離心試驗、現(xiàn)場試驗、數(shù)值計算、監(jiān)測反分析，得出了群樁基礎荷載傳遞機理，以及在蘇通大橋基礎中的應用，并專題討論了鋼混組合變截面樁、樁底后注漿技術及厚承臺桁架理論。

《超長群樁基礎承載機理研究》可供從事樁基礎設計、施工、監(jiān)理工作的工程技術和科研人員以及高等院校師生參考使用。

第一章　緒論

1.1　概述

1.2　樁基礎的應用現(xiàn)狀

1.3　超長大直徑群樁基礎的研究現(xiàn)狀

1.4　主要研究內(nèi)容

第二章　室內(nèi)外群樁模型試驗研究

2.1　室內(nèi)模型試驗研究

2.2　室外模型試驗研究

第三章　群樁基礎的離心模型試驗

3.1　離心試驗簡介

3.2　離心試驗方法

3.3　試驗原型模擬

3.4　單樁離心模型試驗

3.5　群樁離心模型試驗

第四章　群樁基礎的數(shù)值模擬研究

4.1　有限元建模

4.2　超大群樁基礎的數(shù)值模擬

4.3　沖刷對樁基承載性能影響的數(shù)值模型分析

第五章　超長群樁基礎的現(xiàn)場檢測與反演分析

5.1　研究現(xiàn)狀及研究內(nèi)容

5.2　傳感器系統(tǒng)與監(jiān)測點（孑L）的布置

5.3　現(xiàn)場檢測結果

5.4　原型群樁基礎的工作特性

5.5　研究結論

第六章　超長大直徑鉆子L灌注樁單樁承載性能研究

6.1　靜載試驗研究

6.2　樁端極限承載力理論研究

6.3　樁身自重的研究

6.4　樁身壓縮量（沉降量）計算

6.5　承載力與沉降關系的研究

第七章　群樁基礎的理論計算研究

7.1　承載力計算研究

7.2　沉降的計算方法研究

第八章　鋼混組合變截面樁承載性能研究

8.1　豎向荷載作用下承載性能研究

8.2　水平向荷載作用下承載性能研究

第九章　室內(nèi)注漿試驗研究

9.1　飽和與非飽和土注漿效果研究

9.2　不同注漿壓力的注漿效果研究

9.3　注漿固化物強度隨時問變化規(guī)律研究

9.4　不同注漿添加劑的注漿效果研究

9.5　不同外界條件對固化物強度、結構的影響分析

9.6　研究結論

第十章　樁端后壓漿研究

10.1　現(xiàn)場試驗研究

10.2　有限元分析

10.3　樁端后壓漿設計應用

第十一章　超大型樁基承臺軟化協(xié)調(diào)空間桁架設計方法分析研究

11.1　超大型承臺設計方法研究現(xiàn)狀

11.2　集群樁基大型承臺試驗研究

11.3　樁基承臺軟化協(xié)調(diào)空間桁架理論方法研究

11.4　蘇通大橋承臺各種設計方法計算對比

11.5　蘇通大橋承臺結構有限元分析

11.6　蘇通大橋承臺空間桁架現(xiàn)場測試分析

11.7　研究結論

參考文獻

現(xiàn)代斜拉橋的發(fā)展是橋梁工程師最引以為豪的成就之一。

雖然利用藤、竹等柔性天然材料承重并實現(xiàn)跨越是人類最早認識到的自然規(guī)律之一，但斜拉橋作為一種固定結構形式，其發(fā)展卻由于纜索材料的性能問題長期停滯。在現(xiàn)代材料與技術進步的推動下，1956年Stromsund橋在瑞典建成通車；之后，在德國著名工程師Franz Dischinger的推動下，多座稀索體系斜拉橋在萊茵河上相繼建成，現(xiàn)代斜拉橋正式形成，也實現(xiàn)了斜拉橋跨徑的第一次發(fā)展。隨后，現(xiàn)代斜拉橋又經(jīng)歷了從稀索體系到密索體系等一系列重要的發(fā)展歷程，跨越能力穩(wěn)步提升。1995年，法國諾曼底大橋?qū)崿F(xiàn)了856m的跨徑；1999年日本多多羅大橋?qū)崿F(xiàn)了890m的跨徑。而挑戰(zhàn)千米級斜拉橋，實現(xiàn)斜拉橋跨徑的千米級突破，則成為橋梁工程師在那之后又一個奮斗目標。2100433B