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软土地区航道开挖对邻近桥梁桩基稳定性影响研究

谷素兵  
【摘要】:京杭大运河浙江段Ⅲ级航道的改造和整治可从根本上缓解京杭大运河运力短缺和杭州市河段通航瓶颈问题,对于完善我国内河航道网及长三角地区的航道网体系具有重要作用。在深厚软土场地进行航道开挖时,在穿越重大线性交通基础工程密集分布的交叉节点处,邻近既有桥梁的桩基础将受到开挖引起土体位移的影响,产生附加应力弯矩和侧向位移,一方面会威胁到桥梁自身的通行能力和桥梁结构安全性;另一方面也会对航道建设日常维护造成严重影响,给桥梁工程的建设和防护带来新的技术难题和施工挑战。因此有必要对复杂软土地区航道开挖对邻近桥梁桩基稳定性的影响规律开展深入研究。本文依托浙江省交通运输厅科技计划项目“深厚软土场地航道开挖对上跨桥梁桩基稳定性影响与施工关键技术(2021038)”,以京杭运河二通道海宁段航道开挖下穿东西大道大桥工程为研究对象,研究分析了深厚软土场地条件下航道开挖施工对上跨桥梁桩基稳定性的影响。主要开展了以下几个方面的工作:(一)结合京杭运河二通道航道整治工程现场踏勘资料,对软土地区航道开挖工程及软土场地地层结构特性进行概述,分析了软土地区桥桩结构形式与特点以及软土地区桥梁桩基工程病害及防护技术,初步探讨了大面积土体开挖对既有桥梁桩基工程的影响;(二)在研究典型软土的基本物理力学特性的基础上,开展了桩土界面力学特性试验研究。分析了桩土接触面在不同含水率、不同干密度和不同法向应力影响下的剪切特性,获取了软土和桩基接触界面的强度参数及变化规律。研究表明:在干密度一定的条件下,桩土界面的粘聚力随着含水率的增加出现先增大后减小的特征,变化曲线拐点位置含水率为33.4%左右;而界面内摩擦角随着含水率的增加逐渐减小。该部分研究内容为后续数值仿真计算提供了有效支撑;(三)运用FLAC~(3D)有限元分析软件对深厚软土地层条件下航道施工桥梁桩基影响全过程进行仿真模拟,重点分析了航道开挖下穿施工对既有桥梁桩基受力与变形特性的影响。并在此基础上,重点考虑桩基设计参数敏感性的影响,进一步对航道开挖支护过程及效果进行了探讨。数值计算结果表明:航道开挖工程势必会引起土体扰动而造成桩基偏移,增大桩径对于桩基水平承载力的提升与控制桩基水平位移帮助有限;软土地区桥梁桩基长度存在一个临界值,在桩基设计中,其桩长应大于该临界值,否则桩基水平承载力不足以抵消土的开挖扰动对于桩的影响力,使得桩的水平位移急剧增大,从而发生破坏;采取支护结构后再进行航道开挖,可以大大减小桩基所受到的水平应力和桥梁桩基顶部与开挖侧周围土体变形,更加有利于桥梁桩基的稳定性。本文共附有图66幅,表17个,参考文献95篇。


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