（岩土工程专业论文）滨海相淤泥条件下桥梁基础施工质量影响因素分析.pdf

i 丫s f l l t f l l i i 7 f f 1 1 6 f l l t t l l l l i i f l 6 l f l l l l 2 l l l f i i l l f l l l l a n a l y s i so f i n f l u e n c ef a c t o r so f b r i d g e f o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o nq u a l i t yu n d e r l i t t o r a lm u dc o n d i t i o n s ad i s s e r t a t i o ns u b m i a e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y z h a n gc h u a n y u n s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rt o n g x i a o d o n g c o l l e g eo fc i v i le n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m a y , 2 0 1 0 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：鍪窒墨日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：缒墨导师签名：如 摘要 滨海相淤泥条件下桥梁基础施工质量影响因素分析 ( 硕士学位论文) 研究生：张穿云指导教师：童小东教授 东南大学土木工程学院 摘要 本文以广深沿江高速公路为课题背景，结合福永互通主线桥4 4 号墩及4 5 号墩处四 根桩的现场测试结果对施工过程中桩基、桩周土及钢护筒的力学响应进行研究，进而分 析了影响桥梁基础施工质量的因素，主要工作和结论如下： 1 根据f l a c 3 d 数值计算结果，在福永互通主线桥沿线内地质条件最不利处进行冲 孔灌注，必须首先打设钢护筒，且钢护筒至少要穿越整个淤泥层；经过多方案比较，采 用l8 2 m 长钢护筒可使成孔质量得到充分保证。 2 根据现场实测结果，在桩基施工阶段，由于冲孔的应力扩散效应，桩周土产生远 离桩身方向的附加侧移；钢护筒应力变化显著，拉应力在短期内急剧增大后又明显回落。 成桩后至承台施工阶段，测试桩受到桩周土因固结、塑性屈服及流变等原因引起的侧向 挤压，桩身及桩周土出现一定程度的侧移，并随时间逐渐趋于稳定；成桩初始，受混凝 土凝结过程中水化反应的影响，桩身主筋以渐进性受拉为主，随着混凝土凝结的逐渐完 成，应力状态逐渐趋于稳定。承台、桥墩的浇筑会导致桩基承受偏心荷载，桩身应力出 现2 4 m p a 的波动，桩周土产生附加侧移，但侧移变化程度较桩基施工要小。 3 影响桥梁基础成孔质量的因素主要有：桩基成孔处软弱土层的分布状况、钢护筒 的长度及冲孔器械的施工荷载等。其中软弱土层的分布状况起决定性作用。影响桥梁基 础成桩质量的因素主要有：地基土的固结与定向流动、邻近桩基的施工扰动、冲孔动应 力的扩散效应等。其中地基土的固结与定向流动所产生的软土侧推力是桩基受弯的主要 冈素，且受弯程度与地层状况有关，本次测试的最大桩身弯矩为1 2 3 9k n - m ，表明软土 侧推力作用导致的附加弯矩相当可观，在设计时应予以考虑。 关键词：力学响应f l a c 3 d 钢护筒侧移侧压力桩身弯矩 1一一一 a b s t r a c t a n a l y s i so f i n f l u e n c ef a c t o r so f b r i d g e f o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o nq u a l i t yu n d e r l i t t o r a lm u dc o n d i t i o n s g r a d u a t es t u d e n t ：z h a n gc h u a n y u n s u p e r v i s o r ：p r o f t o n gx i a o d o n g d e p a r t m e n t o fc i v i le n g i n e e r i n g ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t b a s e do nt h ei s s u eo fg u a n g z h o ut os h e n z h e nh i g h w a ya l o n gt h ep e a r lr i v e r ， m e c h a n i c a lr e s p o n s eo fp il ef o u n d a t i o ns o i la r o u n dt h ep i l ea n ds t e e lc a s i n gi nt h e c o n s t r u c t i o np r o c e s sa r es t u d i e da c c o r d i n gt ot h et e s td a t ao ff o u rp i l e si nn o 4 4p i e ra n d n o 4 5p i e ro ff u y o n gi n t e r w o r k i n gb r i d g e a n dt h e ni n f l u e n c ef a c t o r so fb r i d g ef o u n d a t i o n s c o n s t r u c t i o nq u a l i t ya r ea n a l y z e d t h ep r i m a r yw o r ka n dr e s u l t sa r eg i v e na sf o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ff l a c p r o g r a m p u n c h i n gh o l ei nt h em o s t d i s a d v a n t a g e da r e ao fg e o l o g i ca l o n gt h eb r i d g e ，s t e e lc a s i n g sa r en e c e s s a r y , a n dt h e i rl e n g t h s h o u l dp a s st h o u g ht h ew h o l em u dl a y e ra tl e a s t c o m p a r i s o no fm u l t i p r o g r a m s h o l e s q u a l i t yc a nb ef u l l yg u a r a n t e e di fl8 2m e t e r sl o n gs t e e lc a s i n gu s e d 2 a c c o r d i n gt ot h et e s td a t a d u r i n gt h ep i l ef o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o np h a s e a d d i t i o n a l l a t e r a ld i s p l a c e m e n t so fs o i la r o u n dt h ep i l ea r ea w a yf r o mt h ep i l eb e c a u s eo ft h es t r e s s d i s p e r s i o ne f f e c tb yp u n c h i n g a l s o ，v a r i a t i o no fs t r e s so fs t e e lc a s i n gi ss i g n i f i c a n t , t e n s i l e s t r e s si n c r e a s e sr a p i d l yt h e nc o m e sd o w nr e m a r k a b l ei nas h o r tt e r m a f t e rp o u r e dc o m p l e t e l y , t h ep i l ei ss u b j e c t e dt oal a t e r a lp r e s s u r eb e c a u s eo fs o i lc o n s o l i d a t i o np l a s t i cy i e l d i n ga n d r h e o l o g 1 a t e r a ld i s p l a c e m e n t so ft h ep i l ea n ds o i la r o u n dt h ep i l ea r ei nac e r t a i nd e g r e ea n d g r a d u a l l ys t a b i l i z e d j u s tf i n i s h e dp o u r i n gt h ep i l ec o n c r e t e ，l o n g i t u d i n a lb a r sa r em a i n l yi n t e n s i o ns t a t eb yt h eh y d r a t i o nr e a c t i o nw h i c ho c c u r si nc o n c r e t ec o n d e n s a t i o n s t r e s ss t a t ei s g r a d u a l l ys t a b i l i z e dw i t ht h ec o m p l e t i o no fc o n c r e t ec o n d e n s a t i o n p i l ew o u l db es u b j e c t e dt o e c c e n t r i cl o a d sr e s u l tf r o mc a pa n db r i d g ep i e rp o u r e d 2 4 m p af l u c t u a t i o n sw i t hp i l es t r e s s o c c u r s a d d i t i o n a l l a t e r a ld i s p l a c e m e n t so fs o i la r o u n dt h ep i l ea l s oo c c u rb u ts m a l l e rt h a nt h e p i l ef o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o np h a s e s 3 m a i nf a c t o r si n f l u e n c e dh o l eq u a l i t i e so fb r i d g ef o u n d a t i o na r e ：t h ed i s t r i b u t i o no fs o f t s o i l t h el e n g t ho fc a s i n ga n dt h ec o n s t r u c t i o nl o a d so fh o l i n ga p p a r a t u s i nw h i c ht h e d i s t r i b u t i o no fs o f ts o i l p l a yad e c i s i v er o l e m a i nf a c t o r si n f l u e n c e dq u a l i t i e s o fb r i d g e f o u n d a t i o na r e ：t h es o i lc o n s o l i d a t i o na n dd i r e c t i o n a lm o v e m e n t t h ed i s t u r b a n c eb y c o n s t r u c t i o no fn e i g h b o r h o o dp i l ef o u n d a t i o na n dt h es t r e s sd i s p e r s i o ne f f c c tb vp u n c h i n g i n w h i c ht h ei a t e r a lp r e s s u r ec a u s e db yt h es o i lc o n s o l i d a t i o na n dd i r e c t i o n a lm o v e m e n ti st h e d e c i s i v ef a c t o ro fp i l eb e n d i n g ，t h ed e g r e eo fb e n d i n gi sr e l a t e dt og e o l o g i c a lc o n d i t i o n s m a x i m u mb e n d i n gm o m e n tm e a s u r e db yt h i st e s ti sl2 3 9k n m w h i c hs h o wt h a tt h e a d d i t i o n a lm o m e n tc a u s e db ys o i ll a t e r a lp r e s s u r ei sc o n s i d e r a b l ea n ds h o u l db et a k e ni n t o a c c o u n tw h e nd e s i g nc a r r i e do n i i a b s t r a c t k e y w o r d s ：m e c h a n i c a lr e s p o n s e ；f l a c 3 d ：s t e e lc a s i n g ；l a t e r a ld i s p l a c e m e n t ；l a t e r a l p r e s s u r e ：p i l em o m e n t i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v 第一章绪论1 1 1 研究背景。l 1 2 国内外研究现状及存在的问题一l 1 2 1 研究现状1 l - 2 2 存在的问题4 1 3 本文主要研究内容4 参考文献：4 第二章桥梁基础旌工过程的数值模拟分析。6 2 1 拉格朗日法及三维有限差分软件f l a c 3 d 简介6 2 1 1 拉格朗日法6 2 1 2f l a c 如软件简介6 2 2 本工程地质条件最不利处的单桩施工过程模拟分析7 2 2 1 模型的建立8 2 2 1 1 模型的材料参数8 2 2 1 2 模型的几何参数及边界范围8 2 2 1 3 模型的边界条件9 2 2 1 4 模型的初始地应力场9 2 2 2 单桩施工过程的模拟方案1 0 2 2 2 1 施工过程的多方案比较1 0 2 2 2 2 施工过程的离散化模拟。1 0 2 2 2 3 冲孔的模拟一1 l 2 2 3 数值计算结果分析1 2 2 2 3 1 施工平台的填筑。1 2 2 2 3 2 桩基的冲孔灌注1 4 2 3 现场测试处的群桩施工过程模拟分析1 8 2 3 1 模型的建立1 9 2 3 1 1 模型的参数及边界范围1 9 2 3 1 2 模型的边界条件。1 9 2 3 2 群桩施工过程的模拟方案2 0 2 3 3 数值计算结果分析2 l 2 3 3 1 施工平台的填筑2 l 2 3 3 2 桩基的冲孔灌注2 2 2 3 3 3 承台的浇筑2 2 2 4 影响桥梁基础成孔质量的因素分析2 4 2 5 本章小结2 4 参考文献：2 5 第三章桥梁基础现场测试方案2 6 3 1 现场测试概况2 6 i v 目录 3 1 1 依托工程概况2 6 3 1 2 现场地质条件2 7 3 2 桩侧压力的形成机理2 8 3 3 测试方案设计2 8 3 3 1 测试目的及内容2 8 3 3 1 1 桩身及桩周土体的水平变形测试2 9 3 3 1 2 桩身主筋及钢护筒的应力测试2 9 3 3 2 测试元件布置方案3 0 3 4 测试日程及测试频率3 5 3 5 本章小结3 6 参考文献：3 6 第四章桥梁基础现场测试数据分析3 7 4 1 测试数据的可靠性检查3 7 4 1 1 异常值检出的原则和方法3 7 4 1 2 异常值属性的识别原则和方法3 8 4 2 测斜管数据分析3 8 4 2 1 桩身及桩周土的水平位移计算3 8 4 2 2 桩身及桩周土的水平位移测试结果分析3 9 4 2 2 14 4 7 拌桩水平位移测试结果分析3 9 4 2 2 24 5 7 桩水平位移测试结果分析4 0 4 2 2 34 4 6 | 桩水平位移测试结果分析4 2 4 3 钢筋计数据分析4 4 4 3 1 桩身应力的计算4 4 4 3 2 桩身弯矩及桩侧土抗力的计算4 5 4 3 3 桩身应力测试结果分析4 7 4 3 3 14 4 7 撑桩应力测试结果分析4 7 4 3 3 24 5 7 撑桩应力测试结果分析一5 0 4 3 3 34 4 2 撑桩应力测试结果分析5 3 4 4 钢板计数据分析5 4 4 4 1 钢护筒应力的计算5 4 4 4 2 钢护筒应力测试结果分析5 4 4 5 影响桥梁基础成桩质量的因素分析5 6 4 6 本章小结5 6 参考文献：5 7 第五章结论与展望 5 1 研究成果汇总5 8 5 2 研究展望5 8 致谢 v 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着我国交通事业的发展，大跨度桥梁建设日益增多，基础的设计要求越来越严， 相应基础所占工程造价比重也越来越大。桥梁基础类型因桥址处的自然条件、水文与地 质条件、气象与环境条件等各异而丰富多样。一般传统桥梁基础主要有桩基础、沉井基 础、沉箱基础及以上几种的组合基础。其中混凝土灌注桩具有承载力大、成桩不受地层 条件限制、施工设备简单和适用性强等特点，而且钢筋混凝土钻孔灌注桩能将上部结构 传来的动载和静载较均匀地传递到深层稳定的土层中去，从而大大减小了基础沉降，因 此在高层建筑、桥梁工程、港口及水利工程中得到了广泛的应用。 混凝土灌注桩的成桩质量与其所处地层有很大关系，珠江三角洲地区软土主要由西 北江、东江在珠江口受内海岸浪流及潮汐水动力作用逐渐淤积而成，其厚度一般在几米 到几十米不等，土层多为含水丰富的淤泥、淤泥质土及粉细砂。该处土质特点是承载力 低、受荷后变形大、时间效应明显。由于其独特的地质、地理成因而形成的具有明显区 域性特点，珠江三角洲软土成为全国所报道过的工程中遇见的最软的软土之一【j j j 。 在灌注桩成孔阶段，由于各种因素的影响，经常出现一些如塌孔、串孔、缩径、掉 钻、卡钻等现象，特别是在淤泥层厚、流砂层、入岩深度大的复杂地质条件下，钻孔施 工难度更大。因此，钻孔桩能否顺利完工，成为控制工期的关键问题。为保证成孔质量， 在成孔前经常需要打设钢护筒，由于钢护筒价格昂贵，合理选择其长度和壁厚是灌注桩 施工的关键问题之一。 在灌注桩成桩后，桩侧的软弱土体在自身或外力作用下同结、塑性屈服和流变将会 引起侧向流动，进而对桩基施加侧压力，这种侧压力足以使较大尺寸的桩产生变形甚至 破坏【1 2 】。尽管对这一问题开展的研究与讨论已很多，但是由于此类问题涉及到的土体侧 向流动的原因多种多样，既可以是土体在自重作用下固结排水而产生侧向变形也可以是 外界对其的扰动，如施工过程中的堆载、开挖等，而各种原因导致的桩土相互作用的机 理不尽相同，迄今为止，人们对如何准确地确定出土体侧向移动作用于桩上的荷载并没 有很好地解决，至于恰当地评估桩基的受损状况以及确定桩基的残余承载能力则有更远 的路要走。尤其是对流动土体作用下的桩基反应性状的豁测和研究更是鲜有报道。 为保证在滨海相淤泥地层中顺利成桩并使桩基达到设计承载力，有必要对施工全过 程中桩周土的变彤状况及成桩后的桩基受力状态、位移响应做相应的监测和研究。 1 2 国内外研究现状及存在的问题 1 2 1 研究现状 不管引起软弱土体侧向流动的原因是其自身的或外界的，导致的结果都是一致的， 即对桩基产生侧向压力。工程桩与流动士体的相互作用属于被动桩范畴。最早提出被动 桩概念的是d eb e e r 1 。引，他根据桩基与周围土体的相互作用将桩分为两类：直接承受外 荷载并主动向土体传递应力的桩，称为“主动桩”；桩上的侧向压力只是由桩周围土体 变形和运动而引起，这样的桩称为“被动桩”。显然，在主动桩中桩上的荷载是因，而 土的变形和运动是果；在被动桩中土体运动是因，它在桩身上引起的荷载是果。 被动桩现象在许多工程实践中出现，如高层建筑基坑开挖过程中，基坑周围土体移 动将坑内已设工程桩挤偏；大面积堆载附近的桩基，或路堤旁建筑物的桩基，由于堆载 东南人学硕l 学位论文 引起地基土侧向运动，对桩基施加巨大的水平荷载；由于桥头路基的影响，桥台桩基及 邻近桥头桥梁桩基也存在同样问题。另外，建于软十地基中的桩基码头，由于港池开挖 和堆场的填土而使土体产生显著的地基沉降和水平位移，从而导致码头偏位甚至损坏； 城市隧道工程和地下工程引起的地层移动会对临近其他结构物的桩基础施加轴向和侧 向力，引起桩基础的弯曲挠断等等。 1 ) 桩侧土压力的形成机理 堆载作用下的地基土体在发生沉降的同时也伴随着较大的侧向变形，如图1 1 所示。 侧向变形不仅会增加地基的沉降，还会影响地基周围结构( 如邻近建筑物的桩基) 的受力。 按照弹性理论i l 4 j ，弹性体的侧向变形与其泊松比有关，土体在小变形情况下通常可视为 弹性体，泊松比越大，意味着土性越软，在同样荷载作用下土体产生的侧向变形就越大。 这表明土体的流动变形在软土地基中最容易发生。 硬土层 图1 1 地基土体的变形 t e r z a g h i 1 5 1 6 j 通过著名的活门拱试验，发现了荷载从屈服土体转移到邻近刚性边界 的现象，把应力迁移的这种现象称为土拱效应。现在，国际上对土拱效应通用的定义是： 应力从土体的屈服部分迁移到临近的未屈服部分或土体的约束边界【1 7 】。 h a n d y 1 。8 】研究了土拱效应的机理，将上拱描述为近似于悬链线的主应力轨迹曲线， 土拱效应即为应力场内主应力旋转的发展过程。 h e w l e t 1 。9 j 指出土拱区域内静力平衡要求土拱为无交迭的半圆形，在每个土拱区域内 切线方向和径向方向分别为大主应力和小主应力方向。 a d a c h i t l lo 】通过研究抗滑桩桩间的土拱现象，发现，圆形截而桩周围土体绕桩滑动， 使得拱角不稳定，导致作用存圆形截面桩上的荷载比作用在矩形截面上的荷载少1 5 左 右。同时还发现，z 字形的布桩方式，桩间土存在双拱效应。 2 ) 桩侧土压力计算方法方面 s t e w a r t 等【l l l 】分析了离心模型和现场试验成果，把桩身最大弯矩以及桩水平位移与 桩土相对刚度的关系在双对数坐标上表示出来，通过曲线拟合提出了两个计算桩身最大 弯矩和桩头水平位移的方程。由于推导的数据来自于离心模型和现场试验，而试验中假 定桩顶自由和桩帽高于地面造成其计算结果比实际的偏小。因此在实际桥台桩设计中， 此法应用受到限制。 b e e r 等【l 1 2 】提出了一个计算桩身最大弯矩的半经验方法，他假设作用于软土层内的 桩身侧向土压力呈矩形分布，他们同时提出了桩上的侧向土压力荷载是由软土的水平向 固结和蠕变引起的。该法只能得出桩身最大弯矩，不能求出弯矩随深度的变化情况，而 且由于计算方法过于简单，偏差很大，实用中受到限制。 i t o 等i l 1 3 j 根据桩间土的塑性变形理论，从单排桩的角度提出了移动土体产生的极限 侧压力的计算公式。这个公式已经考虑到了桩的间距、桩径和土性参数对侧压力的影响， 适用于桥台桩基的受力计算，但不适用于台前坡脚外的墩桩的侧向受力情况。利用i t o 等提出的公式所计算的侧压力的发挥程度与下卧软土的变形大小、加载速率等因素有 关。实际问题的计算应充分利用下卧软十的实测变形资料来分析桥台桩身的受力状态。 沈珠江4 】利用散粒体极限平衡理论推导了土体沿水平方向绕桩滑动时桩身受到的 绕流阻力公式。他假设土层无限广阔并沿水平向对垂直桩作相对运动，且桩的侧面绝对 粗糙，得到圆形桩单位桩长上的绕流阻力公式。 李仁平等5 】运用p - y 曲线法，研究了软基中桥头路基对附近桥台及其桩基受力性 状的影响，计算时采用了能考虑桩土体系参数及侧向土压力沿深度任意变化的新方法。 p o u l o s t l1 6 】提出了弹性土体中单桩的有限差分边界元分析方法。p o u l o s 假定桩周土 体为均质弹性介质，其应力和变形满足弹性半无限体内作用有水平力的m i n d l i n 解答， 土体变形模量和屈服应力沿深度线性变化，而土体中的桩被简化为简单的弹性梁，满足 梁的挠曲微分方程，然后通过桩土接触面上的应力平衡求解桩的挠度和内力。该法考虑 了土体的连续性和性状随深度的变化情况，得出了单桩计算的各种图式，并与现场实测 结果进行了比较。p o u l o s 的方法由于设定了桩周土的极限侧压力，相当于视土体为理想 弹塑性体，因此在土体的大变形条件下，计算结果也较为准确。马远刚等在p o u l o s 方法 的基础上考虑了群桩影响，采用有限元与有限差分相结合的原则，对横向土运动作用下 的群桩工作性状、产生群桩效应的临界桩距、桩数及排列、桩项边界条件等影响因素作 出分析，并对沿桩排的应力分布作出初步探讨。 s p r i n g m a n 等【1 1 7 】运用一个简单的塑性变形机理来确定软土层中桩土相对位移，假设 作用于软土层内的桩上侧向土压力呈双曲线分布，该法考虑了桩土之间的差异位移，软 土层下部桩的性状用r a n d o l p h 提出的柔性长桩的方法来模拟。该法可以得出桩身弯矩 和位移分布，但当相对桩土刚度很低时此法不再适用。s t e w a r t 等对该法进行了修正，修 正后的方法可以更好的描述桩群的性状和全面地考虑路堤一土一桩的相互作用，最终计 算出桩身最大弯矩和桩帽偏移量，将具有非线性应力一应变特性的高岭土作为路基软土 的计算结果与离心模型试验进行了对比，二者吻合较好。 李国豪8 】利用弹性地基梁解析法，在上世纪8 0 年代研究了土方开挖对附近桩基的 影响，他选用了函数甜0 ) 来表达土体的水平变位： u ( z ) = u o e _ 2 ( s i n a , z + c o s 2 z ) ( 1 1 ) 从而得出了土与桩之间的水平位移相差不大且随着桩的抗弯刚度日的增加，桩土 位移差会有所增大的结论。 屠毓敏【9 】等人利用上述方法，通过解析的途径求解了开挖引起的弯曲钢管桩的变 形特征与竖向承载力；杨敏【1 2 0 。1 2 3 】等人在该方法的基础上，通过编制单桩有限元程序， 计算了堆载下临近桩基的反应性状。 3 ) 桩的破坏模式方面 p o u l o s t l + 2 4 】假定桩土间的作用力与桩土相对位移的关系为理想弹塑性关系，然后对 边坡中流动土在上述位移模式下桩的侧向反应进行了分析，揭示了下列几种破坏模式的 存在： ( 1 ) 流动模式：当滑面较浅，不稳定土进入塑性后土将绕过桩而流动；桩的最大 弯矩出现在滑面以下，桩的位移小于土体的位移。 ( 2 ) 短桩模式：当滑面位置相对较深时，稳定土中的相对桩长较短，桩在流动土 的推动下穿过稳定土层，稳定土的强度得到充分发挥。桩的最大弯矩出现在滑面以上的 流动土中，土与桩的位移相同。 ( 3 ) 中间模式：沿桩长的流动土和稳定土的土体强度都得到充分发挥，桩的弯矩 可能出现在滑面的上方或f 方，桩头位移超过土体位移。( 见图1 2 ) ( 4 ) 长桩模式：这种模式发生在最大弯矩达到了桩截面的屈服弯矩时，经验表明， 这种破坏最有可能伴随中问模式一起发生。 东南大学硕十学位论文 土体位移 桩位移桩荷载弯矩剪力 目 罗匡 一 。壬 垒气 、； k 7 _ 。_ _ 。_ _ - j 导 7 - - - - 4 - - - - a 7 仨 图1 2 桩土相对位移造成的桩土相互作用 可以认为，流动模式中土体位移对桩的影响最小，如果要对桩做保护，就要尽量采 用该模式；中间模式在桩中产生了最大的剪力和弯矩，因此，如果采用桩来加固边坡， 就应该采用该模式。在分析时通过不断改变桩的埋置深度，直到最大剪力的出现，此时， 桩能提供的用于稳定边坡的抗力是最大的。 1 2 2 存在的问题 综上所述，目前在桩一土相互作用领域的理论研究和计算方法上，尚存在以下有待 解决的问题： 1 ) 关于被动桩与土体相互作用的内在机理、桩身弯矩及桩侧土压力的大小和分布 规律的研究还不太成熟【1 2 5 , 1 2 6 】，以致于一直不能完全解释软土作用形成的侧压力大小与 地质条件及外界扰动的关系； 2 ) 对于桩基施工的全过程监测，目前的资料仍不多，尤其是对桩基各个施工阶段 的受力及位移变化规律的监测更是少见。 1 3 本文主要研究内容 1 ) 采用f l a c 3 d 数值计算对福永互通主线桥沿线内地质条件最不利处及现场测试处 分别进行堆载施工平台的模拟，分析了在施工平台上作业的安全性。 2 ) 采用f l a c 3 d 数值计算对沿线内地质条件最丌i 利处的施工平台进行有无钢护筒及 不同长度钢护筒的单桩冲孔灌注模拟，从而确定了成孔所需的钢护筒长度。 3 ) 采用f l a c 3 d 数值计算对沿线内现场测试处的施工平台进行群桩的冲孔灌注模 拟，验证单桩数值模拟所得结论的可靠性，对现场成桩进行了施工预测。 4 ) 结合现场实际施工工况，分析了软弱淤泥条件下桥梁桩基施工导致软土侧向流 动的机理。 5 ) 对福永互通主线桥4 4 号墩及4 5 号墩处四根桩的水平位移及应力状态进行了测 试，并对实测数据的变化规律进行了相应的分析。 6 ) 对福永互通主线桥4 4 号墩及4 5 号墩处四根桩在不同测试阶段的侧移及应力数 据进行了比较分析，对导致数据出现突变的原因做出相应的解释。 7 ) 采用土抗力拟合的方法，由福永互通主线桥4 4 7 捍桩及4 5 7 群桩的实测应力计算 出相应的桩身弯矩及桩侧十抗力，为同类工程的桩基承载力设计提供了参考。 8 ) 对影响桥梁基础成孔、成桩质量的主要因素进行了分析。 参考文献： 【1 1 】陈晓平，黄国怡，梁志松珠江三角洲软土特性研究f j 】岩石力学与工程学报，2 0 0 3 ，2 1 ( i ) ：1 3 7 一1 4 l 【1 2 】l e u s s i n k , ha n dw e n z ，k p ，s t o r a g ey a r df o u n d a t i o no ns o f tc o h e s i v es o i l sp r o c e e d i n g s c s e v e n t hi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo ns o i lm e c h a n i c s ，v 0 1 9 ，19 7 2 ：14 9 15 5 4 第一荦绪论 【1 3 】d eb e e r p i l e ss u b j e c t e dt os t a t i cl a t e r a ll o a d s c p r o c 9 也i c s m f e ，s p s e s s n o l0 【1 4 】李广信高等土力学 m 北京：清华大学出版社，2 0 0 4 【1 5 】t e r z a g h ik t h e o r e t i c a ls o i lm e c h a n i c s m j o h nw i l e y & s o n s ，n e wy o r k ，n y = 1 9 4 3 【1 6 】t e r z a g h j k ，p e c krb s o i lm e c h a n i c si ne n g i n e e r i n gp r a c t i c ef m 】，n e wy o r k ，ny19 4 8 【1 7 】c h i e n - y u a n c h e n n u m e r i c a la n a l y s i so fs l o p es t a b i l i z a t i o n c o n c e p t s u s i n gp i l e s d l o s a n g e l e s ：u n i v e r s i t yo fs o u t h e r nc a l i f o m i a 2 0 0 1 【1 8 】h a n d , r l t h ea r c hi ns o i la r c h i n g 【j 】j o u r n a lo fg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ，a s c e ，1 9 8 5 ， 1 l1 ( 3 ) ：3 0 2 3 1 8 【1 9 】h e w l e t t wj ，r a n d o l p h m f a n a l y s i so f p i l e se m b a n k m e n t s 【j 】g r o u n de n g n g ，1 9 9 1 ，2 4 ( 3 ) ：2 6 2 9 【1 10 】a d a c h i ，t ，k i m u r a , m t a d a , s a n a l y s i so nt h ep r e v e n t i v em e c h a n i s mo fl a n d s l i d es t a b i l i z i n g p i l e s 【j 】n u m e r i c a lm e t h o d si ng e o m e c h a n i c s ，n u m o gi i i ，1 9 8 9 ，e l s e v i e r , 6 9 1 6 9 8 【1 1 l 】s t e w a r td e ，j e w e l lr j ，r a n d o l p hm ed e s i g no fp i l e db r i d g ea b u t m e n t so ns o f tc l a yf o r l o a d i n gf r o ml a t e r a ls o i lm o v e m e n t s j g e o t e c h n i q u e ，1 9 9 4 ，4 4 ( 2 ) ：2 7 7 2 9 6 1 12 】d eb e e re e ，w a l l a y sm f o r c e si n d u c e di np i l e sb yu n s y m m e t r i c a ls u r c h a r g e s0 1 1t h es o i l a r o u n dt h ep i l e s c p r o eo f 5 t he c s m f e m a d r i d ：a ab a l k e m a ，1 9 7 2 ，l ：3 2 5 - 3 3 2 【1 13 】i t ot ，m a t s u it m e t h o d st oe s t i m a t el a t e r a lf o r c ea c t i n go ns t a b i l i z i n gp i l e s 【j 】s o i l sa n d f o u n d a t i o n s ，19 7 5 ，14 ( 4 ) ：4 3 5 9 【1 1 4 沈珠