新吹填区对已建桥梁桩基的作用机理研究

摘要

通过围垦填海拓展生存和发展空间已经成为缓解土地供需矛盾的重要方式之一。将疏浚航道挖出的淤泥用于填海造陆不仅减少了对环境的污染，而且还能大大降低造陆成本。吹填造陆会对已建桥梁等建筑造成不平衡堆载现象，而吹填土由于排水固结时间漫长，灵敏度高，强度低，沉降量大以及结构性差等因素，会加大不平衡堆载对桩基的影响，常常诱发土体产生过大变形，使邻近工程桩严重偏位，甚至导致桩体和上部结构的破坏。目前，对吹填区的研究内容较少，实际工程经验还较为缺乏，所以，展开吹填区不平衡堆载对桩基影响的研究，具有非常重要的理论意义和工程实用价值。
　　本文采用现场原位试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究吹填区不平衡堆载引起的被动桩问题，探索被动桩土拱效应的计算方法，验证矩阵传递法对工程桩计算的正确性，并通过有限元模拟得到经验性的参数，为以后实际工程的建模分析提供参考。具体研究内容如下:
　　(1)对台州湾大桥三根工程试桩进行不平衡堆载，在桩中埋设钢筋计，测试出桩身的剪力及弯矩，在桩中和土中分别埋设测斜管，测试出桩身和土体的位移。通过对桩身及土体位移研究发现，不平衡堆载对吹填区的影响主要在距离地面20m范围之内，土中最大位移出现在距离地面4～5m左右位置，而桩身最大位移出现在桩顶。自由土体最大位移近似是桩间土位移的两倍，证明了土拱效应的存在。利用中桩位移的拟合曲线，计算出桩身的剪力和弯矩，并与实测结果进行对比，验证了拟合计算方法的可行性。
　　(2)对Boussinesq公式进行简化和推导，通过积分求解出在均匀各向同性半空间体表面作用有不同形式竖向分布荷载时，地基中任意点的应力分量。通过对目前土拱模型理论的研究，提出了新的土拱计算模型，认为土拱满足合理拱轴线。利用基本力学方法，取一半士拱进行受力分析，得到作用于桩身的被动荷载。再利用离散元的思想，通过Laplace正逆变换求出传递矩阵，进而求出桩身在被动荷载下的响应，并与现场试验进行对比，证明了理论计算的准确性。
　　(3)利用ABAQUS有限元软件对不平衡堆载进行数值模拟，并研究吹填区桩基在堆载作用下产生负摩阻力分布情况，分析堆载尺寸、堆载距离、堆载高度对桩基的影响。三种堆载因素的增加均会引起桩身负摩阻中性点的下移，堆载高度和宽度的增加近似会引起桩身水平位移和最大负摩阻力成比例的增加。最大负摩阻力在堆载距离桩中心超过5m之后才会减小，堆载与桩距离对该段负摩阻力影响非常明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 吹填士的研究现状

1．3 被动桩的研究现状

1．4 本文研究的主要内容及技术路线

第二章 吹填区不平衡堆载现场试验研究

2．1 依托工程介绍

2．2 试验方案的设计

2．3 施工过程及仪器埋设

2．4 现场测试与试验结果分析

2．5 桩身实测数据分析

2．6 本章小结

第三章 吹填区不平衡堆载理论分析

3．1 前言

3．2 堆载引起水平附加应力的计算

3．3 土拱效应的分析研究

3．4 被动桩的求解

3．5 本章小结

第四章 吹填区不平衡堆载的数值分析

4．1 前言

4．2 有限元法

4．3 有限元建模分析

4．4 不同因素对被动桩的影响

4．5 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢