高铁路基影响的现场试验分析及处治效果评价-以T型桥梁施工荷载为例(3)
发布时间：2014-09-12 10:03
2.2.2跨线桥施工流程
2.2.2.1隔离措施钻孔被埋设
现场将隔离桩布置在进桥壤一侧，距承台边缘3米，沿线路方向进行处理。隔离桩采用钢管桩注装复合结构，钢管内径64mm，外径114_，钻孔直径120mm，采用M30水泥砂奖灌注；呈梅花形布桩，桩间距、if间距均为0.4m;注衆微型钢管桩的布置平面图及现场实景如图2-4，2-5所示；处置方案见表2-4。
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第3章群桩基础对高铁路基附加影响现场试验研究...............................24
3.1概述........................................24
3.2现场试验方案........................................24
3.3现场测试结果分析........................................30
3.3.1 A-A测试断面结果分析........................................30
3.3.2 B-B测试断面结果分析........................................35
3.3.3桩周土体沉降结果分析........................................41
3.4本章小结........................................42
第4章隔离桩处置效果评价
4.1现场防治效果数值模拟法
利用三维有限差分软件FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua)对本论文所釆取的地基加固措施进行检验，验证采用隔离桩进行地基加固后的效应。FLAC是快速拉格朗日差分分析的简称，该软件最初应用于流体动力学，后由Willkins将该软件应用到固体力学领域。如今，经过不断完善的FLAC有应用于岩土工程二维分析的FLAC2D形式，也有可以应用于岩土工程三维分析的FLAC3D形式，在岩土工程领域具有很好的适用性。本章节中，充分利用FLAC的三维特性，对地基土质、岩石以及其他的材料在三维受力情况下所表现出的受力特性，除此之外，还对材料所表现出的塑性流动特性加以分析。本论文中涉及的结构模型，采用三维网格中特有的多面体单元来进行模拟，保证数值模拟的结构模型与实际结构模型有较好的吻合性。内置单元材料既可满足我们对线性材料的分析，也可以满足对非线性材料的分析，此外，FLC3D还采用了显式拉格朗日算法以及混合-离散分区技术，一旦材料发生大规模的塑性破坏或者流动，FLAC3D均可以较准确地模拟出这种情况。受到外部荷载，材料一旦发生塑性屈服流动，FLAC3D内置网格也能够随之发生于屈服流动相一致的大变形和大移动，我们通常称之为大变形模式。鉴于FLAC3D内置功能的如此强大，运算占用较小内存也是该软件的一大优势，这是因为它的运算过程是在无需形成刚度矩阵的情况下完成结构的真实模拟的。
4.1.1数值模拟评价假定
本次评价进行如下条件的假定与简化：
(1)考虑到跨线桥右线37号及左线40号主墩对高铁路基产生的综合影响，本次模拟采用全断面模型进行，为了减小边界效应的影响，四周的宽度是以群桩影响半径先由Randolph计算的结果为基准值，然后通过试算调整后确定，从桥壤中心分别沿高铁线路纵向、横向向外延伸；而深度方向是通过0.1法确定的压缩层厚度确定的。
(2)设置模型边界条件：地基网格四周的边界条件设置为固定水平方向位移，即分别约束其X方向、：X方向的自由度，而松开Z方向的位移；模型底部固定X、Y> Z三个方向上的位移；而模型顶部边界可任意运动，；X、Y、Z三个方向上都不做任何约束，为自由面。
(3)将地基土层作适当简化，表现在简化了土层较复杂的层状结构而当做水平层状分布且忽略了夹杂的薄土层；另一方面，忽略了地基土模量随深度变化的特性而在特定土层采用不变的模量值。
(4)对转体桥，忽略了承台以上的结构的几何形状和实际施工过程以及桥梁转体的复杂受力状况，而只考虑承台以上结构的自重，并将其简化为分级竖向荷载均匀作用在承台表面，而对高铁路基，将轨道静荷载及列车荷载简化为自重施加在路基面上。
(5)对于复合地基，不考虑桩-网-土的相互作用，而将整个水泥搅拌桩加固区当作实体单元，其力学参数取桩、土力学参数的面积加权平均值。
(6)治理措施一小直径钢管灌注桩，其布置密集且桩深度范围内的桩间土进行了灌衆加固，可将视为一地下连续墙，前人研究成果表明可将地下连续墙看作在半无限弹性空间体中的不发生竖向位移的理想刚性体，在由地下连续墙划分出的两个空间中，作用桥基荷载的一侧的地基发生沉降变形，而另一侧则不产生影响。借鉴文献[17]计算结果，可将本工程中现场埋深的隔离排桩简化为实体地下连续梁模型，把它视作竖向刚性界面，忽略一侧的荷载对另一侧产生的竖向位移影响，在地连墙边界处变形值会产生突变。
(7)考虑到不同结构物界面刚度性质和受力变形特点的不同，采用了多种方式来对界面进行模拟，具体如下：第一类是群桩桩基一桩周土体、主墩承台一周围土体以及隔离桩一周围土体，其界面的处理釆用柔性连接，可对网格间的滑移摩擦甚至分离进行仿真模拟；第二类是承台一桥墩、群桩桩基一承台，其结构接触面单位釆用刚性连接，可将各子网格连成整体。
(8)简化转体桥工程施工过程，具体为不考虑37#、40#主壤钻孔灌注桩施工的振动荷载和承台基坑开挖的应力释放对桩周土体和邻近高铁路基结构的附加应力、变形影响；另外，考虑到成灌高铁已正常运营2年，可认为路基荷载在地基中产生的附加沉降已完成，故在模型进行运算时，将路基荷载在地基中产生的变形清零，最终沉降变形计算结果仅为转体桥施工荷载所产生的。
(9)鉴于地层主要为卵石土层，转体桥施工荷载在地基土中产生的超静孔压能瞬间消散，其附加沉降为瞬时沉降，故不考虑固结变形、地下水渗流的影响以及流固親合效应。
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第5章结论与展望
5.1主要研结论
通过在工程现场（成都第二绕城高速公路西段TJ-B合同段B9试验段）埋设试验仪器，经过为期一年的实地监测，分析监测数据以及结合后期数值模拟得出了如下几点阶段性成果和结论：
(1)路基面的沉降随着施工荷载的增加而增大，施工完成后路基面沉降逐渐趋于稳定，路基结构的变形可近似描述为37tt、40#两主墩产生变形的叠加；由A-A、B-B断面的路基实时沉降监测结果表明，施工期和竣工后转体桥桩基荷载对铁路路基的附加沉降和差异沉降均处于可控范围之内，已有路基结构处于安全状态，保障了成灌高铁的正常运营。
(2)在转体桥施工期内桩周不同深度地层的沉降随时间的延长不断增大，桥梁合拢阶段，竖向荷载不再增加，不同深度地层的沉降值收敛，基本保持稳定；桩端平面以上土层所产生的沉降比上桩端以下土层所产生的沉降小，二者的比值约为1:1. 5。实测结果表明，采用隔离桩处置措施有效的降低了桩基础荷载对邻近路基结构产生的变形影响，具有明显的加固隔离效果，确保了已运营铁路路基的安全稳定。
(3)群桩荷载引起桩周土体的水平位移沿深度方向大致呈S型，曲线具有两个明显的拐点,并出现了一个侧向位移为0的中性点，在地基土层上部，侧向位移具有往群桩方向拖拽的趋势，土层下部侧向位移表现出向外挤压的趋势。监测结果表明，隔离桩对群桩荷载引起的土体侧向变形具有一定的约束作用。
(4)桩周土体在群桩荷载下产生沉降槽，其中承台边缘处沉降最大，沉降量为22mm,与群桩基础距离越远，地基沉降越小，在距离群桩基础20m以内沉降降幅较陡，20m以外沉降降幅渐渐趋缓；到距离群桩基础50m (三倍于承台直径）左右时，沉降量仅为1mm,可忽略不计，因此，该距离值可视为群桩基础的影响区域，监测结果也验证了 Randolph理论的合理性。
(5)数值计算得到的高速铁路路基沉降、左右坡脚的侧向变形规律与现场测试结果吻合较好，与比未设置隔离桩数值计算结果比较表明，采用隔离桩处治措施具有显著的防治效果，在今后类似的工程中，可借鉴此类处治措施。
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本文编号：8829
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