软土地基桥梁桩基础沉降测试及预测研究

第一章绪论

1.1研究目的与意义
高速铁路的快速、舒适、安全和高密度连续运营等特点，要求高速铁路轨道具有持久稳定的高平顺性，这对桥梁基础的沉降和差异沉降也就提出了严格的要求，《高速铁路设计规范》川要求桥梁墩台基础的工后沉降不应该超过以下容许值:静定结构的桥梁墩台均匀沉降，对有碴轨道的桥梁:30mm;对无碎轨道的桥梁:20mm;相邻的桥梁墩台沉降之差，对有碴轨道的桥梁:15lmm;对无碎轨道的桥梁:smm。超静定结构的相邻的桥梁墩台的差异沉降的容许值除了应满足上述规定外，还应考虑沉降差引起的结构附加应力的影响。因此控制桥梁基础的沉降和差异沉降成为了高速铁路桥梁建造的关键问题之一。科学有效的监测方法是获取准确可靠数据的保证，而沉降数据是准确预测工后沉降和验证工后沉降计算方法可靠性、合理性的基础。因此开展高速铁路桥梁桩基长期沉降变形观测方法研究，具有重要的工程实用价值。目前确定地基基础压缩层深度的计算方法有应变法、应力法、宽度确定法等。压缩层深度与基础下土体的物理力学性质、基础形状及尺寸、埋深、邻近荷载作用等因素有关。现场试验是确定压缩层厚度最可靠的办法，而桩底土层距地面几十米甚至上百米，制定科学有效的观测方法获取桩底土层的压缩变形数据是必须面对的技术难题。因此开展桩基压缩层变形监测方法研究，具有重要工程应用价值。桩基工后沉降预估准确性主要取决于三个主要因素:一是桩基沉降的计算力学模型;二是关键性计算参数;三是压缩层厚度的准确确定。现有桩基沉降分析理论主要有:剪切位移法、弹性理论法、荷载传递法、数值分析法等，基本只能进行考虑一次性加载条件下桩基的最终沉降量计算，而高速铁路桥梁基础实际的加载过程是分多级进行的。所以考虑桩基实际受荷情况，改进完善现有计算分析方法，具有重要的理论价值和工程意义。本文研究成果可为高速铁路桥梁桩基沉降的监测方案提供重要参考，有助于认识桥梁桩基沉降变形机理和发展规律，为预估高速铁路桥梁基础工后沉降提供方法。

1.2国内外研究现状
确定桩底地基压缩层厚度是正确计算桩基沉降的关键性因素之一，其主要影响因素包括:基础尺寸、形状、基础埋深、基础底地基附加应力、地基土的自重以及地基土的工程性质和水文地质状况等。很长时间以来，我国计算地基压缩层厚度都是采用应力比法，上海市《地基基础设计规范》(DGJ08一11一1999)规定地基附加应力等于或小于地基土自重应力的0.1倍或0.2倍的位置为压缩底层。该方法来源于苏联HNTY127一55规范，虽然应力比法充分的考虑了应力对压缩层厚度的影响，却忽略了地基土的性质及基础尺寸对压缩层厚度的影响，因此，计算结果不够准确。《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5一2005)规定地基压缩底层应由变形比法来确定，变形比法即将地基土层按满足要求的厚度分层，当第i层土向上取△Z厚度的土层的变形小于等于总变形的0.025倍时，此土层即为压缩底层。该方法为我国压缩层厚度计算采用的主要方法，但目前尚存在一些问题，比如基础尺寸、形状及地基分层厚度等的影响没有充分考虑到。《建筑地基基础设计规范》(GB50007一2002)提供了一种简易的地基压缩层厚度的确定方法，此方法计算过程简单明了，但只考虑了基础的尺寸的影响。长久以来，国内学者对压缩层厚度的研究比较重视。钟亮为了解地基压缩层厚度在基础尺寸、形状、埋深、基底压力以及水文地质等的影响下的取值规律，搜集了大量的国内外的有关地基深层沉降观测的资料，得出了一些有用的结论并在此基础上总结了规范中提到的应变比法的各种修正模式的适用性。何颐华、季婉如在总结现有的基础地基压缩层厚度的计算方法后，提出了大基础地基压缩层厚度的计算方法，总结了在各种地基土中的大基础地基压缩层厚度的实测与计算结果，总结出了适合大基础的地基压缩层厚度的计算方法。张国学在应力比法的基础上利用公式推导的方法介绍了一种确定地基压缩层厚度的简易方法王凤池、朱浮声总结了地基压缩层厚度的各种计算方法，并讨论了各种影响其计算结果的因素，将各种方法通过实例计算进行了对比，分析了各种计算方法的优劣。陈蔚、李伯民、刘宏波等在分析了现有地基压缩底层的确定方法存在的问题后，运用FLAC3D对相同荷载下的均质和分层软硬土的地基压缩层进行了数值模拟分析，并得出了一些有益的结论。