新建公路桩板结构下穿高速铁路桥梁影响分析

基于G206瑞金城区至济广高速瑞金南出口段公路下穿赣瑞龙铁路绵江特大桥工程,采用midas GTS NX软件建立桩板结构及两侧桥墩模型,进行施工阶段25号及26号桥墩的墩顶位移分析;采用ABAQUS软件建立高铁桥梁上的无砟轨道模型,评估新建桩板结构下穿方案对桥墩及桥上轨道结构的影响。结果表明:桩板结构下穿高速铁路桥梁方案满足高速铁路运营安全要求。

砂性土中桩板结构地基承载特性试验研究

为优化桩板结构设计,开展砂性土中桩板结构地基的室内模型试验,分析竖向荷载作用下无桩地基和桩板结构地基的荷载-沉降关系,研究桩间距、桩长和桩径对地基土极限承载力和承载力比BCR的影响。结果表明:桩板结构相较无桩地基能够显著提高地基承载力,减小地基沉降;桩长的影响相对较小;桩径对极限承载力的影响最大,桩径由15 mm增加到35 mm时,在相同沉降量20 mm工况下,地基承载力提高了117%;桩间距与桩径的比值的增大减小了荷载-沉降关系中缓慢变形阶段曲线的斜率,延缓了土体发生剪切破坏时的荷载水平,降低了极限承载力对应的沉降变形,当桩间距为4倍桩径时,桩-板-土的耦合作用能够得到充分发挥,地基的承载力最大。

桩板结构在路桥过渡段的应用研究

桥头跳车问题往往由路桥间不良地质引发,解决此问题的关键是进行软基处理。文章采用数值模拟,对天然地基、复合地基和桩板结构三种工况下地基的加固效果进行了研究,其中桩板结构对地基的加固效果最好。进一步研究了桩板结构参数对软土地基加固效果的影响,研究表明:桩板结构中的承载板厚度对地基加固效果的影响程度最低,桩间距和桩径大小均显著影响地基的加固效果,桩径越大、桩间距越小,地基的加固效果越好。在桩板结构的设计中应选取适当的桩间距和桩径参数,使之既能满足规范对沉降的要求,也能控制成本。

新建公路桩板结构施工对邻近地铁隧道、高铁桥梁变形影响的模拟分析

[目的]道路桩板结构施工会对邻近地铁隧道、铁路结构产生较大影响,在严格的规范要求和复杂的工程状况下,需要保证既有地铁、铁路结构的安全。[方法]基于新建百安公路工程,利用数值模拟方法,构建Plaxis 3D有限元计算模型,模拟各施工工况,分析桩板结构施工过程对邻近的既有地铁、高铁的影响。[结果及结论]研究结果表明:在该公路工程钻孔灌注桩施工过程中易出现塌孔、土塞效应等不良情况,将会对邻近地铁线路造成不利影响,使地铁隧道位移及收敛变形超过控制值;而施工过程对高铁桥梁影响较小,变形在可控范围之内。为此,需改进和优化公路的施工方案,如增加桩基础与地铁隧道的距离、增加部分桩长等,并对优化设计方案进行了安全评估。然后再进行的数值模拟结果显示,公路施工引起的地铁隧道位移和变形可以满足要求,能保证地铁隧道的结构安全。

桩板结构路基沉降安全判据研究

【目的】为建立桩板结构路基确定性安全设计和可靠度设计间的联系。【方法】首先推导了桩板结构路基沉降计算解析解,建立了桩板结构路基可靠度分析模型,研究了地基土弹性模量变异系数、上部荷载和桩间距对路基沉降失效概率的影响。然后提出了基于广义可靠度指标相对安全率的桩板结构路基沉降安全判据框架,分析了广义可靠度指标相对安全率和安全系数相对安全率的关系,进而探讨了上覆荷载对临界桩间距的影响。【结果】结果表明,该沉降计算方法能较好反映桩板结构路基沉降变形特征;桩板结构路基沉降由上部荷载和桩板组合刚度共同决定,其失效概率与荷载水平的关系曲线随地基土弹性模量变异系数的增大由陡增型转变为线性增长;广义可靠度指标相对安全率和安全系数相对安全率近似呈线性关系;此外,上覆荷载的增加将导致临界桩间距呈对数非线性减少。【结论】通过允许失效概率标定结构允许安全系数,保证了桩板结构路基确定性设计和可靠度设计的设计可行域基本一致。

湿陷性黄土路基浅埋式桩板结构施工技术

以青春塔铁路湿陷性黄土路基施工为背景,对浅埋式桩板路基的水泥土挤密桩施工、承载板下路基填筑、钻孔灌注桩施工、承载板施工、承载板两侧改良土填筑等施工技术进行研究;对施工后的承载板下路基和承载板的沉降变形进行检测。检测结果表明:承载板施工后,板体的最大沉降为2.3mm,远低于普通路基段的沉降量,满足设计要求。得出结论,采用路基桩板结构加固湿陷性黄土地基具有良好的施工效果和经济性,特别是桥隧间黄土短路基具有明显优势。

桩间距对桩板结构应力变形的影响研究

依托改建铁路漳泉肖线白濑水利枢纽工程影响区段改线工程项目,基于SAP2000软件,研究下穿桥梁地段铁路桩板结构的桩间距(等量桩径d)对板内正、负弯矩和变形的影响,并与规范进行比较。结果表明:横向桩间距不变时,随着纵向桩间距的增加,板内正、负弯矩及桩顶竖向变形均线性增加,板内最大负弯矩出现在板中央桩顶处;板内最大正弯矩逐渐由横向桩间向纵向桩间转移;当纵向桩间距为4d~5d时,板内各点处正、负弯矩和竖向变形均相对较小且大致相当,证明规范中桩间距规定的合理性;当纵向桩间距超过9d时,板内底部正弯矩较大,需进行配筋设计。

高速公路无土路基帽檐式桩板结构快速施工技术研究

濮阳至湖北阳新高速公路采用桩板式无土路基结构,标准跨径8m,标准联长为(10×8)m1联,连续墩的桩顶外套圆形钢管,在外套钢管及梁板中横梁内设钢筋笼并后浇C40无收缩混凝土实现连续墩桩顶与梁板的固结。利用原有桩板连接的Q235B外套钢管,在其顶部设同材质钢板(俗称“帽檐”,内设孔洞),并和外套钢管顶部焊接成一体,帽檐下增设加劲板,帽檐作为预制路面支撑结构,无需额外搭设支撑架。与传统抱箍+型钢支撑架安装工艺相比,帽檐钢套管工厂加工,施工质量有保障。利用原设计钢套筒,钢材投入量较小。对主体结构受力有利,提高施工缝抗剪强度,施工速度快,造价较低。

铁路桥梁桩板结构设计研究

为了满足铁路桥梁跨越既有地铁线路的需要,结合现有桩板结构的设计需求,基于Midas建立空间有限元模型,采用m法模拟桩土共同作用,计算了桩板结构在主力、主+附作用下的内力,检算了梁部的强度和挠度,计算了桩长和桩顶截面的强度和裂缝宽度,分析了桩基在施工阶段和运营阶段的裂缝变化和荷载作用的影响。结果表明,桩板结构梁部在主力、主+附作用下,梁部满足A类构件设计要求;桩基承载力、强度和裂缝宽度满足规范设计。顶推力可优化边墩桩基的受力,抵消收缩徐变、预应力次内力、制动力和温度变化对边墩桩基的不利影响。施工阶段合龙顶推施工可按顶推力和强迫位移双重控制。

高速铁路埋入式桩板结构分界路基填高研究

针对高速铁路浅埋式和深埋式桩板结构存在分界路基填高不明确且与设计荷载不匹配的问题,采用理论研究方法对列车动应力、水平力及温度作用在路基上影响深度进行分析,确定了埋入式桩板结构分界路基填高。结果表明:列车动应力在3.0 m深度基本衰减为路基自重的20%以下;采用Holl弹性理论分析列车水平力在路基结构内扩散情况,列车水平力在路基结构内影响主要集中在1.5 m深度内;建立日照温差在路基结构内传导的非稳定态热传导偏微分方程,采用傅里叶正弦变换法求解获得日照温差影响主要集中在路基面以下0.5 m范围内;浅埋式桩板结构与深埋式桩板结构分界路基填高主要受动应力影响深度控制,建议分界路基填高按3.0 m控制。

路基桩板结构荷载横向分布系数与加载模式研究

桩板结构是由钢筋混凝土桩、板刚接形成,与周围岩土体存在相互作用的接触非线性结构体系,结构设计中多简化为横、纵向二维“梁-桩-弹簧”框架结构并采用有限元方法计算,但纵向二维框架结构所承担的列车活载比例与加载模式缺少明确规定,结构设计存在缺陷。通过分析桩板结构体系受力与变形特征,引入荷载横向分布系数表征桩板结构的横向刚度影响,推导出利用桩反力计算桩板结构荷载横向分布系数的方法,对比了杠杆原理法、偏心压力法计算荷载横向分布系数,桩反力法计算荷载横向分布系数力学意义明确,在典型案例中计算纵向结构内力要大20%左右,利于结构安全性,计算方法尤适用于数值计算程序实现。

软土地区有轨电车线路复合桩板结构路基受力特性分析

目的:有轨电车线路如选用桩板结构作为其路基形式,将极大地增加工程造价。与之相比,复合桩板结构路基造价较低,且能充分发挥桩-板-土的协同受力作用,需对有轨电车线路复合桩板结构路基的受力特性进行深入研究。方法:依托上海松江有轨电车示范线工程,对深厚软土地区复合桩板结构路基的受力变形特性进行了阐述。采用数值模拟方法,详细分析了该工程在运营期和建设期的复合桩板结构路基跨中板下土体、桩体和桩土的受力变形特性,并进一步分析了不同桩长条件下复合桩板结构路基的力学性能。结果及结论:跨中板下土体的附加应力随埋深增加呈现先减小后增大再减小的变化规律,且在桩底下方1~2 m处达到峰值;桩体的承载力主要由桩侧摩阻力提供,桩侧土体与跨中板下土体间的差异沉降值与桩侧摩阻力呈正相关关系;随着荷载的增大,桩侧摩阻力自下而上逐渐达到极限值;随着桩体长度的增加,板下土体沉降量逐渐减小,且在桩体极限承载力范围内,适当减小桩体长度并不会显著减小桩体所能承担的上部荷载大小。

架空式桩板结构路基静动力特性试验研究

针对常规路基在平原地区和岩溶地区建设中面临占地大、合格填料缺乏、地基处理工程量大及费用高等问题,设计一种具有一定脱空高度的架空式桩板结构路基。为了研究架空式桩板结构路基静动力特性,依托贵南高铁某架空式桩板结构路基试验段工程,开展架空式桩板结构路基静动力特性室内模型试验。试验结果表明:竖向静载作用下,结构应力随荷载值增加呈线性增大,结构整体处于线弹性工作阶段,托梁能一定程度减少应力在承载板中的集中分布。水平静载作用下,结构最大变形量出现在断轨力加载工况,为0.159 mm,换算至原尺模型为1.113 mm,变形量较小,架空式桩板结构路基具有较大的纵横向结构刚度。在1~5 Hz变频动载作用下,结构最大动加速度和动位移响应均出现在2号跨加载工况,承载板及托梁最大动加速度分别为10.10 mm/s^(2)和4.54 mm/s^(2)。结构最大动位移值为0.189 mm,换算至原尺模型为1.323 mm,远小于我国现行高速铁路标准路基竖向动位移控制值3.5 mm。变频动载试验数据显示,架空式桩板结构路基整体未产生异常振动响应现象,反映架空式桩板结构路基在1~5 Hz加载频率范围内不会发生共振。静动力试验结果综合表明,架空式桩板结构路基具有良好的受力与变形协调特性和振动特性。研究成果可为架空式桩板结构路基的推广应用提供支撑。

架空式桩板结构动力特性原位激振试验研究

架空式桩板结构路基在非埋式桩板结构路基的基础上不再设置桩周路基填土,具有一定架空高度,有效减少了路基填料用量,降低了路基建设占地和缩减了施工周期。然而,由于板-土之间无直接传力,架空式桩板结构路基动力荷载传递模式发生改变,其是否还具有良好的动力特性尚处未知。因此,依托贵南高铁某架空式桩板结构路基试验段工程,开展了原位扫频激振试验。试验结果表明,在2~15Hz变频动载作用下,架空式桩板结构路基动力响应随加载频率增加呈指数式增长规律,各项振动响应参数变化无峰值,反映在激振频率范围内架空式桩板结构路基未发生共振现象;承载板、托梁和桩基动应力总体上随激振频率的增大呈线性增长,架空式桩板结构主筋动应力从上部承载板至下部桩基呈较小增大规律,这说明架空式桩板结构路基能够有效地将上部动载产生的动应力通过承载板和托梁传递至桩基;架空式桩板结构路基综合动刚度随加载频率增加呈线性增大规律,对比非埋式桩板结构路基和传统土质填筑路基,架空式桩板结构路基具有更大的综合刚度,能有效抵抗外荷载引起的变形。综合变频试验结果可知,架空式桩板结构路基具有良好的受力与变形协调特性和振动特性。研究成果可为架空式桩板结构路基的推广应用提供理论支撑。

高速铁路桩板结构对瑞利波的被动隔震试验研究

为研究高速铁路桩板结构被动隔震效果,以减震率作为隔震性能评价指标。通过模型试验分析不同几何参数的桩板结构隔震性能,并绘制减震率等值线图以描述其隔震区域。基于试验得到以下结论:桩板结构可以有效阻隔瑞利波,增加桩长、桩径和承载板厚度,并减小埋深与桩间距,可以提高隔震性能并增大有效隔震面积。减震率增长幅度随桩长、桩径和承载板厚度增大而减小,故桩径和桩间距参数宜控制在0.33至0.67之间,桩长参数宜控制在0.40至0.80之间,且应尽可能减小埋深。当砼使用方量相同时,隔震效果从强到弱依次为:桩长、承载板厚度和桩径。

桩板结构下穿多条运营高铁桥梁的变形研究分析

为研究新建市政道路桩板结构下穿对高速铁路桥梁变形的影响,现以某新建市政道路工程下穿既有高铁桥梁为工程实例,为确保铁路运营的安全,利用桩土共同作用有限元软件Midas GTS NX模拟分析该工程实施以及运营期间引起的既有高铁桥梁的附加变形。结果表明:该新建市政道路工程采用桩板结构下穿方案对高铁桥梁影响较小,且理论结果与现场自动化监测高铁桥梁变形趋势大体一致,结果较吻合,均在规范变形控制范围内。

高速公路桩板结构下穿既有高铁桥梁对桥梁变形的影响分析

高速公路下穿既有高铁桥梁在施工及运营过程中会引起地层土体扰动,进而对铁路产生附加应力,使其发生附加变形。基于此,以广西灌阳至平乐高速公路桩板结构下穿既有贵广高铁为研究背景,利用有限元软件midas GTS NX建立数值仿真模型,分析了桩板结构施工各阶段及高铁运营过程中铁路桥墩和轨道的变形情况。结果表明,采用桩板结构下穿贵广高铁在施工、运营过程中引起铁路桥墩、轨道各个方向的变形位移均满足规范要求。

湿陷性黄土地区桩板结构路基设计研究

在湿陷性黄土地区,因为土质比较特殊,无法直接采用土质路基。为此,本文以某公路工程为例,对湿陷性黄土地区桩板结构路基设计展开分析。研究表明,在湿陷性黄土地区内,开展桩板结构路基设计的过程中,要明确桩板结构力学特点,掌握桩板结构路基的设计方法,并对设计参数加以优化,提高设计质量。

桩板结构在拉伊铁路软土地基过渡段加固应用

为解决软土路基过渡段沉降问题,通过数值模拟对该段软土路基进行研究,以桩间距、桩径以及混凝土板厚为变量参数,研究路基差异沉降影响。结果表明:桩间距变化对差异沉降影响较为明显,但以260cm为临界值,小于该值差异沉降量无明显变化;桩径的影响不如桩间距,桩径为40cm左右时,可视为模型差异沉降影响的临界,板厚为50cm时可视为模型的临界值;在实际工况中,桩间距应控制在160~260cm之间,桩径控制在40cm左右,混凝土板厚应该控制在50cm左右。

隧道下伏较大溶洞桩板结构施工工法研究

文章依托某岩溶隧道施工过程中隧道拱底发现较大型溶腔的工程实际问题,并基于施工过程中存在的技术难点,采用数值计算及现场实测的方法,提出了一种隧道下伏较大溶洞桩板结构施工工法,并付诸实践,取得了良好的效果。与传统工法相比,该工法具有以下优点:溶腔回填块石避免堵塞底部溶腔的流水通道,降低了水压力破坏隧道结构的可能性,保证了隧道正常掘进;增加临时仰拱和加长锁脚锚管,降低了隧道拱顶沉降及周边收敛;创新的采用桩板结构不仅满足了隧道基底承载力,保证隧道整体稳定,同时有效缩短了隧道工期;筏板基坑采用跳挖法施工,降低了围岩整体变形,保证了基坑施工安全。采用该施工工法,极大地提高了隧道遇拱底隐伏大规模溶腔情况下开挖进度指标,为整个隧道群安全顺利快速贯通提供了技术保障,实现了安全、经济、快速施工的目标。