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。

高速铁路无碴轨道桩板结构路基模型试验研究

为了研究列车荷载作用下无碴轨道桩板结构路基的动力特性,以遂渝高速铁路为背景,对桩板结构路基进行了动力模型试验,模型几何相似比为1∶12.试验结果表明,激振1万次后,路基动力响应随振动次数的增加几乎不变;加速度响应幅值受加载频率和激振位置影响,并沿深度逐渐衰减;动应力受激振位置影响显著,而受加载频率的影响较小;桩基加深了路基的动力影响范围.

遂渝线无碴轨道桩板结构路基动力响应现场试验研究

通过遂渝线现场实测,对CRH2动力分散型机车在桩板结构路基试验段高速行车条件下的动响应规律进行了研究,分析路基动力响应和列车速度的关系以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。结果表明:随车速的增大,动位移、加速度及动应力均有不同程度的增加,并在临界速度附近先增大后减小;动应力随路基深度的增加衰减很快,并且随着深度的增加,动应力值和静态应力值越来越接近;桩底土动应力较大,桩基加深了路基的动力影响范围,改善了路基土体部分的受力状态。

桩板结构路基动力模型试验研究

桩板结构路基是高速铁路无碴轨道的一种新的路基结构形式,基于Bockinghamπ定理,采用量纲分析方法,确定了桩板结构路基模型的动力相似常数,通过室内大比例动态模型试验研究,分析了在循环加载的条件下浸水前、后桩板结构路基的动态力学特性。试验结果表明,路基动应力沿深度逐渐衰减,激振频率对动应力的影响不太明显;路基边坡浸水后,在相同加载频率下,动应力比浸水前略有增大;桩基加深了路基的动力影响范围,改善了路基土体部分的受力状态;桩底持力层受动力影响较大,是动力设计的关键环节之一。

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。

采空巷道上方高速铁路桩板路基模型试验研究

桩板结构作为高速铁路采空区路基的复合地基,目前尚处于工程应用的探索阶段,缺乏相应的机制分析。以合福高速铁路(合肥-福州)上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构路基为原型,通过物理模型试验获取桩的内力、土的应力、桩和承台板、土及采空巷道顶板的沉降三大类数据,得出了模型中桩和桩间土的内力分布、路基和采空区沉降规律。研究表明,荷载作用下桩顶处轴力最大,桩身轴力沿桩身逐渐减小,采空巷道段轴力恒定;桩侧摩阻力沿桩身不断减小,桩侧无负摩阻力,采空巷道部分桩侧摩阻力为0;桩土应力比与桩土荷载分担比变化规律相似,桩所分担的荷载随着荷载的增加逐渐增大直至一稳定值;承台板和桩间土的沉降均匀,沉降量很小;采空巷道和非采空巷道上方的路基沉降基本相同,采空巷道顶板最底端基本没有变形;模型中桩板结构对采空区路基加固效果良好。

高烈度地震区高路堤桩板墙的动力响应研究

研究目的:玉蒙铁路位于云南省境内,地质环境错综复杂并且活跃的新构造运动使得该区域地震多发。对于玉蒙铁路陡坡高路堤工点,设计采用路堤桩板式挡土墙支挡结构加固。为评价路堤桩板结构的抗震性能,研究支挡结构在地震动荷载作用下的稳定、沉降和变形,进行室内振动台模型试验,分析路堤桩板式挡土墙在不同地震加速度作用的动力响应,研究支挡结构的抗震可靠性,并与现行的设计计算方法进行对比分析。研究结论:(1)桩板式挡土墙的水平位移、桩身弯矩、挡土板的土压力随加速度增大而增大;(2)当地震烈度大于等于8度时,试验得到的桩身弯矩和挡土板土压力均较目前规范的拟静力法的计算设计值大,说明地震烈度小于等于7度时,可以按照传统的拟静力法进行设计,而当烈度大于等于8度时,则应该适当增大结构的安全系数;(3)该研究成果已成功应用于广大新双线铁路等高烈度地震区的路堤支挡加固工程中。

软土地基桩板结构路基离心模型试验研究

为研究和分析软土地区桩板结构路基的沉降特性,采用离心模型试验方法对不同预压时间(6/12个月)下的桩板结构路基进行了模拟试验。试验结果表明,桩板结构路基沉降主要发生在施工期,预压时间超过16个月后,沉降比例超过80%;预压土卸载期间路基回弹与否与土层性质和预压时间有关;超载预压可以显著降低工后沉降,预压12个月后路基工后沉降相比预压6个月沉降减小了71%;在桩板结构路基施工过程中,桩基存在负摩阻力,中性点位置的变化是一个动态的过程,其与桩长的比例在0.47~0.70之间。

软弱地层地铁盾构下穿高铁的安全控制技术研究

依托苏州轨道交通2号线盾构下穿沪宁城际高速铁路工程,采用理论分析和三维数值仿真,系统地阐述分析软弱地层条件下盾构穿越高铁所存在的风险,并研究提出一套包括多方面措施的安全控制体系。研究表明:制定沉降控制标准时必须充分考虑地层工后沉降;仅针对地层注浆加固的传统方案难以满足穿越高铁要求,研究提出了"分区注浆+板桩隔离"的新型保护体系;穿越施工期间应限制列车运行速度,优良的盾构设备、微扰动掘进工艺、充分同步注浆及二次补浆、自动化远程监控等措施,可有效规避或降低穿越高铁施工风险。实际工程安全顺利穿越高铁,验证说明了本文所提出的盾构穿越高铁控制措施的合理性、有效性。

桩板结构在强发育岩溶无砟轨道中的应用研究

研究目的:强烈发育的岩溶地区修建无砟轨道时,有条件设桥地段多以桥梁通过,对没有改桥条件的车站咽喉区高填方路基的设计方案一直以来就是一道难题,因为路基填筑会增加岩溶顶板的附加荷载,进一步恶化岩溶稳定性,进而加速岩溶塌陷的发生。本文旨在研究一种既能控制路基填筑对岩溶的影响、减小岩溶塌陷对路基安全稳定的影响,又能控制岩溶覆盖土层的压缩沉降的设计方案。研究结论:(1)埋入式托梁桩板结构利用其承载板将上部荷载通过混凝土托梁传递到下部桩体,进而把荷载扩散到桩底下卧硬层或岩石层,既可解决岩溶地基处理问题,又可避免填土对岩溶顶板的附加荷载;(2)托梁式桩板结构具有良好的整体性和稳定性;(3)托梁式桩板结构的受力计算从多桩超静定结构转化为静定结构,可简化计算;(4)托梁式桩板结构可用于基底软硬不均差异沉降控制困难的路基设计,并具有较好的技术和经济优越性,可以在类似的山区铁路工程中推广应用。

高速铁路桩板结构路桥过渡段无砟轨道动力特性试验研究

桩板结构被广泛应用于我国高速铁路深厚软土地区地基处理,其对路基与桥梁间不均匀沉降控制具有显著效果,但针对桩板结构路桥过渡段上无砟轨道的结构动力特性却鲜有研究。以杭长高铁桩板结构路桥过渡段为研究对象,采用现场实车测试,分析不同行车速度下过渡段和相邻桥梁上无砟轨道结构动力特性及其差异。研究结果表明,随行车速度增加,钢轨和轨道板加速度呈指数增长,轨道板动位移呈线性增长;同一行车速度下,过渡段和桥梁上轨道结构振动无突变现象,差异性小;由行车测试数据拟合结果预测行车速度达到350 km/h时,过渡段上钢轨加速度约为2 324 m/s^2,轨道板动位移约为0.49 mm,轨道板加速度约为17.89 m/s^2。

新型桩板结构路基在季节冻土区的适用性

针对莫喀(莫斯科—喀山)高速铁路季节性冻土区路基冻胀病害防治问题,提出了铺设保温板垫层的新型桩板结构路基.通过对聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)、聚氨酯板(PU)和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板(XPS)3种保温材料性能的对比分析,发现新型桩板结构路基中的保温板可采用在保温隔热、隔水防渗和抗压性能方面表现良好的XPS保温板.通过建立热弹塑性冻胀计算模型,研究了冻胀力作用下保温板铺设范围、厚度、路基填高和外界温度对新型桩板结构路基受力变形的影响.结果表明:当保温板铺设范围延伸到线路两端的信号线槽处时,可以更好地阻滞外界负温向下传递(减小冻深),抑制因桩板结构周边土体冻胀对结构物产生的不良影响;随着保温板厚度的增大,冻胀量呈指数形式减小,冻深呈抛物线形减小,保温板上表面处起到抑制外界负温向下传递的作用,下表面处起到控制下部土体温度耗散的作用;增大路基填高,有利于抑制路基冻胀量,减少保温板的使用厚度,当路基填高0.8 m时,保温板垫层厚度需大于0.40 m;当路基填高2.8 m时,保温板垫层厚度需大于0.31 m.

非埋式桩板结构路基水平承载试验研究

非埋式桩板结构广泛应用于我国高速铁路的建设工程中,尤其是山区陡坡段,但对该结构的水平承载特性缺乏相应的研究。以杭黄高铁陡坡段非埋式桩板结构路基为原型,通过水平承载模型试验,研究结构内力弯矩、土压力分布形式,分析结构变形规律以及路基破坏形式。研究表明:当非埋式桩板结构路基承受水平荷载时,结构内力变化以桩基为主,并且随着水平荷载的增加,桩基弯矩呈基本不变至稳步增长最后剧烈增大的趋势;结构变形以水平位移为主,最大水平位移达7.25 mm,承载板发生内高外低的翘曲变形;当水平荷载达到一定时,路基边坡发生浅层破坏与局部压溃破坏,桩板结构的桩基于桩顶处与滑动面附近产生裂缝。试验过程中,桩板结构整体稳定性良好,但在水平荷载超过一定范围时结构变形过大,因此在水平推力较大的地段应谨慎选用非埋式桩板结构路基。

遂渝铁路无碴轨道桩板结构路基大比例动态模型试验研究

土质路基上的无碴轨道在国外高速铁路上已得到广泛应用,而在我国却处于刚起步阶段。桩板结构路基是土质路基上无碴轨道的一种新型结构形式,其设计及计算还不成熟。在遂渝铁路土质路基上无碴轨道综合试验段桩板结构设计方案的基础上,对此类结构进行大比例动态模型试验研究,希望为此类结构的设计及工程应用提供参考。

高铁软基工后沉降特性与加固效果

高速铁路深厚软土地基的工后沉降控制是世界性难题,为此,依托于沪宁城际高速铁路,统计分析100余公里路基段3a运营期的沉降监测数据,将工后沉降划分成可以评价沉降控制效果的4个等级,并结合沉降推测评估,将其区划为稳定、基本稳定、临界超限与超限4个状态;针对地基处理措施工后沉降控制效果分析中传统方法存在的问题,提出"当量软弱土厚度"概念,可量化分析地基处理措施的工后沉降控制效果。分析表明:高铁路基的工后沉降与当量软弱土厚度成正相关关系,不同处理措施加固地基存在一个"临界"当量软弱土厚度,桩-板结构处理的地基沉降处于临界超限时,对应的当量软弱土厚度是桩-筏复合地基的1.7倍,是桩-网复合地基的2.2倍;桩-板结构处理的地基单位当量软弱土厚度工后沉降值仅为桩-筏复合地基的59%,桩-筏复合地基是桩-网复合地基的76%。

桩板式梁桥在高速公路改扩建项目中的应用

文章以解决高速公路改扩建项目中征地难、取土难为出发点,研发了一种新型的桩板式梁桥结构。该结构由工厂化预制的板和管桩组成,不需要征地和填土。文章进行了该新型结构的桩板连接、板与既有路基连接的设计,并用Midas Fea对结构进行全桥实体建模分析,给出了结构计算的结果。

高速铁路无砟轨道桩板结构路基动力特性研究

桩板结构路基是应用于高速铁路无砟轨道一种新的路基结构形式,它由上部钢筋混凝土承载板、钢筋混凝土桩基与路基本体与组成,利用板和桩-土之间的共同作用来满足无砟轨道的强度与沉降变形要求,是介于桥梁与路基之间的一种特殊结构形式,桩土相互作用非常明显。以往工程上都是利用m法处理桩土相互作用,但是对于桩板结构,实测数据表明m法已不再适用。提出了计算桩板结构动力特性一种合理模拟方法,并通过著名有限元软件ANSYS10.0进行分析。与某高速铁路桩板结构动力特性的实测数据的对比结果表明,提出的模拟方法满足一定的工程精度要求:计算值与实测值相差在10%以内。

无碴轨道桩板结构路基离心模型试验研究

通过无碴轨道桩板结构路基的离心模型试验,研究了桩板结构路基的沉降特性以及桩土相互作用。研究结果表明桩板结构路基施工完成放置5个月后路基面沉降结束,基本达到稳定,通车运营12个月后路基面稳定;桩板结构路基的桩基属于长径比较大的钻孔灌注嵌岩桩,其荷载传递具有摩擦型桩的特性。

桩板结构处理高铁采空区路基变形监测研究

研究目的:桩板结构是一种新型的地基加固处理技术,其用于高速铁路采空区上方无砟轨道路基尚缺乏成熟工程经验。本文以合肥至福州高速铁路上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构路基为研究对象,通过现场变形测试试验获取沉降变形数据,研究采空区路基和桩板结构的变形特点与规律。通过本研究,拟探求桩板结构处理采空区路基变形特点与规律,确保工程安全。研究结论:(1)合肥至福州高速铁路上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构无砟轨道路基沉降变形控制效果显著,预测工后沉降量仅0. 31 mm,小于5 mm的容许工后沉降量,满足规范要求;(2)采空巷道顶板的变形很小,在1 mm以内;(3)桩板结构加固高速铁路采空巷道上方路基效果很好,可在类似工程中推广。

桩板结构路基的动力响应分析

桩板结构路基-无砟轨道结构是一种相对较新的结构。因此,结合变形控制条件对桩板结构的匹配和动力特性进行数值模拟分析是很有意义的。本文通过动力响应包括动变形、动应力和基面加速度等分析,讨论地基处理的范围和深度、桩端持力层的刚度等问题。研究表明,增大桩径和增大桩端持力土层的承载力或刚度均是降低变形的有效措施。根据断面竖向变形的影响范围,通过对承台两侧宽5 m、深10 m范围内的地基进行处理,对于减少变形是有效的。此外,本文提出的桩板结构-无砟轨道路基横断面尺寸可供设计参考。