超長橋梁群樁基礎(chǔ)有效樁長試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究結(jié)題摘要

隨著我國大型橋梁的不斷修建，大型超長群樁基礎(chǔ)正被廣泛采用。而由于對此類基礎(chǔ)的荷載傳遞規(guī)律尚缺乏準(zhǔn)確認(rèn)識，工程設(shè)計(jì)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(jià)，因此深入開展大型超長群樁基礎(chǔ)有效樁長的計(jì)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(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場試驗(yàn)等入手，對超長橋梁群樁的荷載傳遞機(jī)理、承載力與沉降計(jì)算等進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，主要研究工作及重要結(jié)論如下： （1）以相似理論為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)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(yàn)，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(jī)制與沉降特性，揭示了大直徑超長灌注樁的荷載傳遞機(jī)理、破壞模式； （2）采用剪切位移法考慮樁周土體應(yīng)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(yīng)，建立了樁-樁相互作用模型，并由此導(dǎo)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(jì)算方法，再此基礎(chǔ)上，通過控制樁頂沉降法來確定超長群樁基礎(chǔ)的有效樁長，從而建立了考慮群樁效應(yīng)的超長群樁有效樁長計(jì)算方法，并分析了超長群樁基礎(chǔ)的影響因素； （3）采用ADINA非線性結(jié)構(gòu)分析程序建立超長群樁基礎(chǔ)的三維實(shí)體有限元模型，結(jié)合算例研究，證明了本文模型的準(zhǔn)確性。給出了豎向荷載作用下數(shù)值計(jì)算中超長群樁基礎(chǔ)有效樁長的界定方法，在此基礎(chǔ)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(jié)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(chǔ)有效樁長的影響較大，而樁半徑、樁間距對超長群樁基礎(chǔ)有效樁長的影響較小，土體泊松比對超長群樁基礎(chǔ)有效樁長的影響可以忽略不計(jì)； （4）將室內(nèi)模型及理論計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于湖南省長湘高速公路深厚軟土區(qū)超長群樁基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)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(yàn)及長期觀測試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求，承載性能隨時(shí)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(fù)雜性和特殊性，提出了相應(yīng)的施工質(zhì)量監(jiān)控及檢測技術(shù)，編制了施工指南，從而為實(shí)際工程建設(shè)提供了技術(shù)指導(dǎo)。

隨著我國大型橋梁的不斷修建，大型超長群樁基礎(chǔ)正被廣泛采用。而由于對此類基礎(chǔ)的荷載傳遞規(guī)律尚缺乏準(zhǔn)確認(rèn)識，工程設(shè)計(jì)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(jià)，因此深入開展大型超長群樁基礎(chǔ)有效樁長的計(jì)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(shí)際工程為依托，從現(xiàn)場原型試驗(yàn)與室內(nèi)模型試驗(yàn)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(jī)理、破壞模式、荷載沉降曲線特征等；在此基礎(chǔ)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(dǎo)出對應(yīng)于于不同樁長的超長群樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算公式。最后，基于數(shù)值模擬分析，在解決本構(gòu)模型的前提下，深入探討樁間距、樁徑、土體強(qiáng)度等對超長群樁基礎(chǔ)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(chǔ)有效樁長確定方法，并編制相應(yīng)的設(shè)計(jì)指南，為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

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

《超長群樁基礎(chǔ)承載機(jī)理研究》可供從事樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理工作的工程技術(shù)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(chǔ)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.3　超長大直徑群樁基礎(chǔ)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(yàn)研究

2.1　室內(nèi)模型試驗(yàn)研究

2.2　室外模型試驗(yàn)研究

第三章　群樁基礎(chǔ)的離心模型試驗(yàn)

3.1　離心試驗(yàn)簡介

3.2　離心試驗(yàn)方法

3.3　試驗(yàn)原型模擬

3.4　單樁離心模型試驗(yàn)

3.5　群樁離心模型試驗(yàn)

第四章　群樁基礎(chǔ)的數(shù)值模擬研究

4.1　有限元建模

4.2　超大群樁基礎(chǔ)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(chǔ)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(diǎn)（孑L）的布置

5.3　現(xiàn)場檢測結(jié)果

5.4　原型群樁基礎(chǔ)的工作特性

5.5　研究結(jié)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(yàn)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(jì)算

6.5　承載力與沉降關(guān)系的研究

第七章　群樁基礎(chǔ)的理論計(jì)算研究

7.1　承載力計(jì)算研究

7.2　沉降的計(jì)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(yàn)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(qiáng)度隨時(shí)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(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的影響分析

9.6　研究結(jié)論

第十章　樁端后壓漿研究

10.1　現(xiàn)場試驗(yàn)研究

10.2　有限元分析

10.3　樁端后壓漿設(shè)計(jì)應(yīng)用

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

11.1　超大型承臺設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀

11.2　集群樁基大型承臺試驗(yàn)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(shè)計(jì)方法計(jì)算對比

11.5　蘇通大橋承臺結(jié)構(gòu)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(jié)論

參考文獻(xiàn)

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(shí)現(xiàn)跨越是人類最早認(rèn)識到的自然規(guī)律之一，但斜拉橋作為一種固定結(jié)構(gòu)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(shù)進(jìn)步的推動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(gè)奮斗目標(biāo)。2100433B