收藏本站
《中南大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

软岩地基中大直径嵌岩桩复合桩基的原型观测与理论分析

印长俊  
【摘要】: 宜万铁路是一条主干铁路,它贯穿武陵山脉腹地,地质情况复杂。渡口河特大桥位于宜万铁路中段,其地基为极软岩,工程性质不稳定,易受外界环境扰动。渡口河特大桥的5号墩高128 m,对墩身稳定性和墩顶偏位要求严格,所以被选作原型观测的对象。本文的目的是分析施工阶段桩-土-承台-桥墩共同作用机理。桥梁的上下部共同作用是一个很复杂的问题,而且与桥梁的施工过程直接相关,其中桩基施工阶段是关键,其影响贯穿桥梁施工和营运的整个过程;而且一旦出现由桩基引起的问题,补救的代价很高,所以对其研究有重要的理论和实用价值。本文主要研究软岩地基中全嵌岩单桩的荷载传递机理、复合桩基的承载性状。本文研究的方法是通过对5号墩施工过程中群桩应力应变长期的原型观测,并辅以理论分析和数值模拟,得到了单桩在施加上部荷载前桩身残余应变的形成机理以及残余应变对桩身荷载传递的影响,施加上部荷载后桩身的荷载传递规律随施工进度的变化,以及软岩地基中复合桩基承载性状的一些特征,并利用有限元软件分析了桩侧岩石粗糙度对单桩承载力的影响和地基局部弱化对群桩承载性状的影响,具体结论如下: 1)嵌岩灌注桩的残余应变是由桩身混凝土的收缩、自重、蠕变、温度耦合作用的结果。在桩身混凝土的龄期较早时,各种因素都参与作用。混凝土刚浇筑后桩身由于自重和升温膨胀产生压应变,随后由于混凝土的收缩和温度下降使部分桩身受拉应变;然后随着混凝土龄期的增长,桩侧阻力得到强化,自重产生的应变减小,收缩产生的拉应变增大,使得整个桩身逐渐全部受拉应变,最终趋于稳定。在残余应变形成的过程中,由于桩体各部分向外界散热的不均导致温度分布的不均,和施工方式导致的孔壁不均匀,影响残余应变发展和分布,所以要注意桩基周围的水文地质条件,选择合理的施工方式并控制好施工质量。 2)通过原型观测发现复合桩基桩顶和桩间岩石内力分布是随施工进度变化的,它既随着上部结构的重量和承台的抗弯刚度增大而变化,同时又受承台底与地基和桩顶与承台接触情况的影响。承台的抗弯刚度实际包含墩底实心部分贡献的刚度,它在早期上部结构较低时显著影响群桩基础的受力性状。基岩由于水的浸泡和风化而弱化,使得距承台底一定深度内的地基压缩性较大而不能承担上部荷载,所以上部结构施工初期上部荷载主要由桩承受,随着时间的增长,承台底地基被压紧,这部分桩间岩石也逐渐分担部分上部荷载。桩顶与承台的接触和地基与承台的接触情况一样也是随时间变化的,这也影响基础所受荷载的空间分布。 本文监测过程中桥梁悬臂梁的施工还未完成,由于地基的一部分是从山体开挖出来的新鲜岩石,另一部分是常年受河水侵蚀的岩石,所以存在地基不均匀对群桩内力分布的影响,就目前被监测桩的情况来看,中间桩(5-8号、5-15号)承受的荷载大于角桩(5-19号),且角桩承受荷载状况很复杂,具体表现为先受拉再受压。由于其它桩只在桩顶中心埋设了应变计,而通过监测发现桩顶平面内轴向应变的分布是极不均匀的,再考虑到桩顶与承台的实际接触情况是新老混凝土的接触,且由于桩身横截面积大造成的桩顶显著的应力集中,使得承台顶内力分布与理论分析的差别很大,所以桩顶只埋设一个测点不能反映桩顶应变分布的全貌。实际的桩顶应力分布是不对称的,要想深入了解复合桩基桩顶应力的真实分布,还需要在桩顶增加应变计的个数。 3)通过对大直径群桩基础基桩荷载传递性状的长期监测,群桩桩顶的荷载分布复杂且随空间位置各异,随时间动态变化,基桩桩顶轴力分布与理想状态下的理论结果有较大差异,所以应该根据实际情况来调节群桩基础的设计。 软岩地基中基桩的荷载传递特性分析的结果是:侧阻力承担绝大部分上部荷载,所以可认为其是端承摩擦桩;由于人工挖孔桩的桩侧粗糙程度沿桩身变异很大,使得基桩的桩侧阻力的分布特征复杂,其沿桩身的侧阻力曲线有多个峰值;通过监测发现大直径嵌岩桩的轴向刚度大,桩顶沉降小,承载能力高,是一种适合于高、大、重结构的基础形式。 4)嵌岩桩的桩岩界面与桩土界面不同,界面的粗糙度对基桩承载力影响显著。目前,桩岩界面的粗糙程度可用无量纲的凹凸度因子表征,本文通过对桩岩界面粗糙形状的有限元模拟,不仅证实桩顶沉降量与凹凸度因子成反比,还发现其与粗糙突起的形状因子成正比,突起高度对承载力的影响比突起半波长的影响显著。桩顶位移实际上是随桩顶荷载的增大而增大的,所以在相同的荷载下减少桩顶位移就是提高承载力。在实际工程中,要提高嵌岩桩的承载力有两种措施,其一是当桩长可以加长时,尽量利用提高嵌岩桩接触面突起高度的方法来提高桩的承载力,当然这种方法不是很经济,但提高承载力幅度较大;其二是在桩长不可调时,尽量利用制造“短粗型突起”来提高桩的承载力,这种方法比较经济。 5)通过对承台底弱化地基厚度和弹性模量对桩顶轴向内力分布影响的有限元优化分析,发现桩基承担的总轴向荷载与被弱化地基的厚度成正比,与其弹性模量成反比,桩身总侧阻力和桩底总轴向力也是如此;弱化地基厚度对桩基轴力分布的影响比弱化地基的弹性模量显著。总的来说,要充分利用承台底地基的承载力,就应该严格限制承台底地基的侵蚀厚度,同时尽量增大其弹性模量。 6)通过不均匀地基下复合桩基有限元分析发现其轴力和位移的分布有如下规律:复合桩基的桩顶轴力分布受地基的不均匀性影响显著,具体表现为弱化地基中桩顶轴力比相应的对称位置非弱化地基中的桩基大,所以本文的监测结果与理论解的差异可以用这种情况定性解释;由于不知道地基的具体地质和水文地质情况和施工扰动程度,要做到精确的模拟还需要做更多的假设以及增加有限元模型的复杂度和计算难度;地基的不均匀性对复合桩基桩顶平面内其它方向的内力和位移分布都有影响的痕迹,包括桩底平面内地基的应力和位移分布,但总的来说影响程度不大;有限元分析结果显示墩顶偏位的影响在控制范围之内;承台底地基和桩顶的位移分布与其承受的应力和轴力分布都不相关,而与桩侧阻力(包括相邻桩)的影响有关;桩底平面内地基的沉降与其应力是相关的,应力大则沉降大。 5号墩为同类型铁路桥梁中国内最高墩,通过首次对高墩基础所做的原型观测以及分析,本文工作存在如下创新之处: 1)首次对大直径嵌岩桩的残余应变特征进行了现场监测和理论分析,初步解释了残余应变产生的机理,简要分析残余应变对桩基承载性状的影响。 2)首次完成了软岩地基中大直径全嵌岩桩复合桩基的原型观测工作,分析了单桩的荷载传递特征和群桩的承载性状随施工进度的变化规律,为相同地质情况下的研究提供了依据。 3)利用有限元优化分析工具证实了嵌岩桩桩侧粗糙度对其承载性状的影响,并提出了由于表征单个突起形状对嵌岩桩承载力影响的突起形状因子的概念。 4)利用有限元方法定性分析了承台底地基弱化和不均匀弱化对复合桩基承载性状的影响,并与监测结果进行比较,定性地解释了监测结果与理想状态下理论分析的差异的原因,为复合桩基的设计提供了参考。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 蔡江东;姜振泉;;大直径软岩嵌岩桩端阻发挥性状实测分析[J];水文地质工程地质;2006年04期
2 曹光暄;;预埋载荷箱在确定合肥地区软岩嵌岩桩桩端阻的应用[J];工程与建设;2006年04期
3 蔡江东;姜振泉;;大直径软岩嵌岩桩侧阻发挥系数取值分析[J];工程勘察;2006年02期
4 孙大鹏;;反射波法检测大直径嵌岩桩的探讨[J];邵阳学院学报(自然科学版);2008年01期
5 刘小芳;杨军;;软岩作为持力层的嵌岩桩承载力实例分析[J];江苏建筑;2009年03期
6 郑祖恩;王星华;印长俊;;软岩地基中大直径挖孔嵌岩桩的承载性状分析[J];工程建设;2006年03期
7 李婉,林育樑,陈正汉;南宁地区软岩嵌岩桩的有限元计算机模拟[J];工业建筑;2005年S1期
8 兰超;王多垠;谢殿武;;横向承载嵌岩桩的数值分析及设计探讨[J];公路交通技术;2005年06期
9 蔡江东;姜振泉;;确定大长径比软岩嵌岩桩桩侧土阻时应注意的问题[J];四川建筑科学研究;2006年06期
10 孟丽君;戴国亮;龚维明;;软岩地区桥桩竖向承载力计算[J];中外公路;2010年01期
11 印长俊;王星华;夏力农;;大直径嵌岩桩残余应变状态分析[J];岩土力学;2008年11期
12 刘叔灼,杨位洸;嵌岩(软岩)桩轴向荷载传递机理的弹粘塑性分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);1995年03期
13 谭睿,刘立志;复合桩基与桩体复合地基[J];湖北地矿;2002年03期
14 蒋刚,宰金珉,陈国兴,胡庆兴,苏静波;复合桩基设计与沉降分析[J];岩土力学;2003年03期
15 王纬宜;钢筋混凝土预制小方桩复合桩基[J];城市道桥与防洪;2004年04期
16 熊启东;复合桩基极限承载力的可靠度分析[J];重庆建筑大学学报;1998年05期
17 胡庆兴,陈国兴;复合桩基优化设计方法与工程验证[J];南京工业大学学报(自然科学版);2002年05期
18 李杨秋,干腾君;《建筑桩基技术规范》中嵌岩桩的计算问题浅析[J];西部探矿工程;2005年04期
19 郑刚,顾晓鲁;复合桩基设计若干问题分析[J];建筑结构学报;2000年05期
20 方鹏飞,朱向荣 ,徐骥;考虑桩土共同作用的复合桩基[J];建筑技术;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾维瑞;彭克传;王家富;;合肥软岩风化层划分及评价研究[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
2 何沛田;黄志鹏;张秀明;邬爱清;;软岩承载能力的确定[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
3 周德培;常春;;软岩高边坡开挖过程中锚杆轴力分析[A];面向国民经济可持续发展战略的岩石力学与岩石工程——中国岩石力学与工程学会第五次学术大会论文集[C];1998年
4 范新民;;锚喷支护在全煤巷中的应用[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
5 盛时超;陈荣德;;大平矿特殊形式巷道中的锚、网、支、充联合支护[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2007年学术年会论文集[C];2007年
6 杨明福;逯孝耀;冯孝生;;千米立井深部软岩施工探索[A];全国矿山建设学术会议论文选集(上册)[C];2004年
7 王恩志;邓旭东;陈兴华;王宙;;软岩坝基稳定分析与工程处理[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
8 程强;周永江;吉随旺;胡德贵;;红层软岩基本特性和公路建设中的主要技术问题[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
9 郭仕全;;深部巷道围岩控制理论在新陆矿的应用[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
10 赵龙钢;任贵品;曾凡伟;宋文生;;软岩条件下大型硐室破坏原因分析与治理[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田红 记者 胥茜;论文无创新 一票能否决[N];中国教育报;2005年
2 记者 欧阳春艳;全国百篇优秀博士学位论文评选揭晓[N];长江日报;2005年
3 王握文周珞晶 吴丹;11篇全国优秀博士学位论文的启示[N];科技日报;2008年
4 本报特约通讯员  汤宏;播撒创新的种子[N];解放军报;2006年
5 学位办;研究生院奖励优秀博士学位论文[N];中国社会科学院院报;2008年
6 徐宜军;哈工大博士学位论文实行匿名评议制度[N];新华每日电讯;2005年
7 周玲玲;2007年全国优秀博士学位论文评选结果公布[N];中国教育报;2007年
8 王曼;充分利用院图书馆特色文献信息资源[N];中国社会科学院院报;2005年
9 记者 王坤宁;国图馆藏博士学位论文陆续结集[N];中国新闻出版报;2007年
10 记者  杨晨光;创新体制机制提高研究生教育质量[N];中国教育报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 印长俊;软岩地基中大直径嵌岩桩复合桩基的原型观测与理论分析[D];中南大学;2008年
2 丁祖德;高速铁路隧道基底软岩动力特性及结构安全性研究[D];中南大学;2012年
3 褚航;复合桩基共同作用分析[D];浙江大学;2003年
4 郭富利;堡镇软岩隧道大变形机理及控制技术研究[D];北京交通大学;2010年
5 贺炜;竖向荷载下基桩承载性状的理论与试验研究[D];湖南大学;2007年
6 张志春;结构新型热固性FRP复合筋及其性能[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 丁敬国;中厚板轧制过程软测量技术的研究与应用[D];东北大学 ;2009年
8 闫鑫;高地应力软岩隧道超前应力释放变形控制机理及技术研究[D];中国铁道科学研究院;2012年
9 刘晓明;红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究[D];湖南大学;2006年
10 阎小军;激光焊接NiTi合金的性能研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李权;软岩大变形公路隧道变形规律及控制技术研究[D];西南交通大学;2012年
2 周泽林;洞松水电站引水隧洞软岩大变形机理研究[D];西南交通大学;2012年
3 李广兴;复合桩基在桥涵基础中的应用研究及数值分析[D];吉林大学;2012年
4 卢娜;基于地基与结构共同作用理论的复合桩基沉降分析[D];西北农林科技大学;2010年
5 郑祖恩;软岩地基中大直径嵌岩灌注桩承载性能研究[D];中南大学;2007年
6 韩冰;新世界会展中心大直径桩检测及数值模拟分析[D];昆明理工大学;2010年
7 侯慧敏;竖向荷载作用下复合桩基承载特性数值模拟[D];太原理工大学;2012年
8 张国亮;复合桩基桩土共同作用性状研究[D];浙江大学;2005年
9 郭乾坤;大直径桩的水平承载特性分析[D];广州大学;2011年
10 朱骏;大直径桩承载性状理论分析[D];南京工业大学;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978