复杂条件下长大直径桥梁桩基计算理论与试验研究电子书

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内容提要

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前言

1　绪论

1.1　桩基础的起源

1.2　桩基础概况与分类

1.2.1　按承载性质分类

1.2.2　按桩径大小分类

1.2.3　按施工方法分类

1.2.4　按桩身的材料分类

1.2.5　按承台位置的高低分类

1.2.6　按截面形状分类

1.2.7　按成孔方式分类

2　复杂条件下长大直径桥梁桩基荷载传递机理

2.1　长大直径桩基基本理论与计算方法介绍

2.1.1　桩基础竖向承载力的设计理论

2.1.1.1　桩基的设计原则

2.1.1.2　桩基规范中嵌岩桩单桩竖向承载力的确定方法

2.1.1.3　桩基规范中群桩竖向承载力的确定方法

2.1.2　不同种类桩的竖向荷载传递

2.1.2.1　大直径灌注桩

2.1.2.2　嵌岩灌注桩

2.2　红层软岩长大直径桥梁嵌岩桩荷载传递机理

2.2.1　红层软岩力学特性

2.2.2　基桩的荷载传递机理

2.3　硬土软岩考虑粗糙度影响的桩基荷载传递机理

2.3.1　硬土软岩特性

2.3.2　基桩荷载传递机理

2.3.2.1　桩、土体系荷载传递的一般过程

2.3.2.2　桩侧阻力的传递规律

2.3.2.3　桩端阻力的传递规律

2.3.3　桩土界面研究

2.4　软岩长大直径桥梁嵌岩桩复合桩基荷载传递机理

2.4.1　软岩的简介

2.4.2　基桩的竖向荷载传递机理研究

2.4.2.1　桩身侧阻力分布特征

2.4.2.2　基桩桩顶轴力和位移的关系

2.5　高桥墩长大直径桩稳定性及荷载传递机理

2.5.1　高桥墩桩基屈曲的定义

2.5.2　高桥墩桩基屈曲的分类

2.5.2.1　平衡分岔失稳

2.5.2.2　极值点失稳

2.5.3　高桥墩桩基屈曲的判断准则

2.5.3.1　静力准则

2.5.3.2　动力准则

2.5.3.3　能量准则

2.5.4　高桥墩桩基屈曲的影响因素

2.5.4.1　桩周土性质

2.5.4.2　桩（墩）身长细比

2.5.4.3　高桥墩桩基约束条件

2.5.4.4　桩顶承台

2.5.4.5　群桩效应

2.6　长大直径桥梁桩基动力荷载传递机理

2.6.1　单桩纵向动力响应计算模型

2.6.2　单桩动力响应计算

3　红层软岩长大直径桥梁嵌岩桩基计算方法

3.1　红层软岩概述

3.1.1　红层分类

3.1.2　水岩作用

3.1.3　物理力学性质的相关性

3.1.4　红层的岩基强度

3.1.5　变形特性与数值模拟

3.2　软岩嵌岩桩竖向承载力确定方法

3.2.1　国外嵌岩桩设计方法

3.2.2　国内确定嵌岩桩竖向承载力的常用方法

3.2.3　现行规范存在的问题及红层嵌岩桩的建议公式

3.3　桩—土—岩共同作用的非线性计算

3.3.1　桩—土—岩共同作用的力学模型

3.3.2　双曲线模型参数a、b的取值

3.3.3　荷载传递微分方程的建立及求解

3.4　嵌岩桩极限承载力的预测

3.5　利用正交试验分析进行嵌岩桩优化设计

3.5.1　嵌岩桩优化设计

3.5.2　影响嵌岩桩设计的主要因素

3.5.3　设计参数正交试验法的计算与分析

3.6　嵌岩桩设计优化影响因素的敏感性分析

3.6.1　分析目的

3.6.2　分析步骤

3.6.3　工程应用

3.7　小结

4　硬土软岩考虑粗糙度影响的桩基计算方法

4.1　硬土软岩的强度特征

4.1.1　土块强度、结构面强度与土体强度

4.1.2　强度衰减

4.1.3　残余强度

4.2　桩端阻力传递规律

4.3　桩土界面研究

4.3.1　接触面单元

4.3.2　接触面本构关系

4.3.3　摩擦衰减模型

4.4　桩的理论计算

4.4.1　根据桩土位移协调关系确定桩侧阻摩力与桩承载力

4.4.2　利用试验所得参数确定竖向承载力

4.5　小结

5　软岩长大直径桥梁嵌岩桩残余应变计算方法

5.1　软岩概述

5.2　残余应变的概念

5.3　残余应变的产生机理

5.3.1　混凝土的收缩变形

5.3.1.1　混凝土的收缩分类

5.3.1.2　混凝土任意时间收缩的计算公式

5.3.1.3　钢筋对混凝土收缩应力的影响

5.3.2　混凝土的温度变形

5.3.3　混凝土的自重变形

5.3.4　混凝土的蠕变变形

5.3.4.1　蠕变对自重应变状态的影响

5.3.4.2　蠕变对变形引起的应力状态的影响

5.3.4.3　蠕变变形对灌注桩轴向变形的影响

5.3.5　灌注桩的残余应力的确定

5.3.6　算例

5.4　大直径嵌岩灌注桩残余应变监测结果与分析

5.4.1　大直径嵌岩灌注桩残余应变监测过程简介

5.4.2　大直径嵌岩灌注桩残余应变的监测结果

5.4.2.1　残余应变随时间变化过程的监测结果

5.4.2.2　残余应变随空间分布的监测结果

5.4.2.3　桩身温度分布的监测结果

5.4.3　大直径嵌岩灌注桩残余应变分析

5.4.4　残余应变状态对嵌岩灌注桩的影响

5.5　小结

6　复杂条件下长大直径桥梁桩基动力计算方法

6.1　埋置振源下非饱和土地基的动力Green函数解答

6.1.1　控制方程

6.1.2　控制方程的求解

6.1.3　边界条件及解答

6.1.4　非饱和土相关参数的确定

6.1.4.1　非饱和土的土—水特征曲线

6.1.4.2　非饱和土的动剪切模量

6.1.5　计算与讨论

6.1.5.1　解的退化与验证

6.1.5.2　水平振动分析

6.1.5.3　竖向振动分析

6.1.6　小结

6.2　非饱和土半空间中单桩竖向振动特性研究

6.2.1　控制方程与计算模型

6.2.1.1　控制方程

6.2.1.2　计算模型与基本假定

6.2.2　单层非饱和土中端承桩竖向振动分析

6.2.2.1　边界条件

6.2.2.2　非饱和土竖向振动问题求解

6.2.2.3　端承桩竖向振动问题求解

6.2.2.4　算例分析

6.2.3　单层非饱和土中非端承桩竖向振动分析

6.2.3.1　边界条件

6.2.3.2　非饱和土竖向振动问题求解

6.2.3.3　非端承桩竖向振动问题求解

6.2.3.4　算例分析

6.2.4　部分埋入非端承桩竖向振动分析

6.2.4.1　计算模型

6.2.4.2　部分埋入桩竖向振动问题求解

6.2.4.3　算例分析

6.2.5　小结

7　高桥墩桩基屈曲机理及其计算方法

7.1　引言

7.2　高桥墩桩基屈曲的原因与类型

7.2.1　高桥墩桩基屈曲的定义

7.2.2　高桥墩桩基屈曲的分类

7.2.2.1　平衡分岔失稳

7.2.2.2　极值点失稳

7.2.3　高桥墩桩基屈曲的判断准则

7.2.3.1　静力准则

7.2.3.2　动力准则

7.2.3.3　能量准则

7.2.4　高桥墩桩基屈曲的影响因素

7.2.4.1　桩周土性质

7.2.4.2　桩（墩）身长细比

7.2.4.3　高桥墩桩基约束条件

7.2.4.4　桩顶承台

7.2.4.5　群桩效应

7.3　高桥墩桩基屈曲分析计算方法

7.3.1　高桥墩桩基屈曲分析的平衡法

7.3.2　高桥墩桩基屈曲常用分析方法

7.3.2.1　《铁路手册》法

7.3.2.2　《公路桥梁钻孔桩计算手册》法

7.3.2.3　《公路桥梁钻孔桩》法

7.3.2.4　《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D 63—2007）条文说明

7.3.2.5　戴维逊法

7.3.3　高桥墩桩基屈曲分析的能量法

7.3.4　高桥墩桩基屈曲分析的幂级数解

7.3.5　高桥墩桩基屈曲分析的常规有限元方法

7.3.6　高桥墩桩基屈曲的非线性有限元分析

7.4　高桥墩桩基屈曲的能量法解答

7.4.1　高桥墩桩基屈曲的计算模型

7.4.1.1　计算模式

7.4.1.2　能量方程的建立

7.4.1.3　挠曲函数的建立

7.4.2　施工阶段高桥墩桩基屈曲的能量法解答

7.4.3　成桥阶段高桥墩桩基屈曲的能量法解答

7.5　基于能量法解答的影响因素分析

7.5.1　桩侧土体的影响

7.5.2　无量纲入土深度的影响

7.5.3　墩桩刚度比的影响

7.6　小结

8　桩基模型试验

8.1　基桩荷载传递规律研究的试验方法

8.1.1　竖向静力载荷试验

8.1.2　Osterberg试桩法

8.1.3　桩身应力应变测试方法

8.2　红层嵌岩桩原型桩试验

8.2.1　场地工程地质条件

8.2.2　试验设计

8.2.3　竖向荷载作用下原型桩的Q-S曲线特征

8.2.4　红层嵌岩桩荷载传递规律

8.2.4.1　桩身轴力传递特征

8.2.4.2　桩侧摩阻力发挥性状分析

8.2.4.3　桩端阻力的发挥性状分析

8.2.5　结论

8.3　群桩—土—承台模型静载试验

8.3.1　引言

8.3.2　模型试验相似理论

8.3.3　试验方案设计

8.3.3.1　模型箱的设计

8.3.3.2　模型桩及承台材料的选择

8.3.3.3　试验仪器及埋设

8.3.3.4　加载装置

8.3.3.5　试验过程

8.3.4　试验结果分析

8.3.4.1　试验数据处理

8.3.4.2　模型试验结果分析

8.3.5　小结

8.4　带台单桩轴向循环荷载模型试验

8.4.1　试验概况

8.4.1.1　加载装置及测试仪器

8.4.1.2　模型桩尺寸及测点布置

8.4.1.3　地基土参数

8.4.1.4　试验加载波形及加载方案

8.4.2　试验结果分析

8.4.2.1　桩顶累积沉降分析

8.4.2.2　桩顶动位移幅值和动刚度分析

8.4.2.3　桩顶加速度分析

8.4.2.4　土压力分析

8.4.2.5　孔隙水压力分析

8.4.2.6　单桩极限承载力分析

8.4.3　小结

9　现场原位试验

9.1　软岩中长大直径嵌岩桩复合桩基的原型观测

9.1.1　渡口河特大桥全桥设计基本情况

9.1.1.1　路线情况

9.1.1.2　地质资料

9.1.1.3　水文资料

9.1.1.4　孔跨布置

9.1.1.5　墩、台及基础类型

9.1.2　4号和5号墩与基础的构造

9.1.2.1　设计采用规范

9.1.2.2　主要建筑材料

9.1.2.3　墩柱与基础构造

9.1.3　原型观测的目的和意义

9.1.3.1　原型观测的目的

9.1.3.2　原型观测的意义

9.1.3.3　原型观测研究的概况

9.1.4　原型观测的方案

9.1.4.1　观测设备

9.1.4.2　变形计的埋设方案

9.1.4.3　原型观测的内容

9.1.5　竖向荷载下群桩基础受力性状的监测结果和分析

9.1.5.1　竖向荷载下群桩基础受力性状监测过程简介

9.1.5.2　群桩基础受力分布随墩身重量的变化

9.1.5.3　群桩基础受力分布随墩身高度的变化

9.1.6　竖向荷载下大直径嵌岩桩荷载传递性状监测结果与分析

9.1.6.1　监测结果

9.1.6.2　监测结果分析

9.2　深厚软土地区桩基础沉降现场试验

9.2.1　工程概况

9.2.2　试验监测方案

9.2.3　观测频率及要求

9.2.4　现场试验结果处理与分析

9.2.4.1　计算参数的选取及数据筛选

9.2.4.2　桩身轴力计算

9.2.4.3　桩端阻力及桩侧摩阻力计算

9.2.4.4　试验结果分析

9.2.5　小结

9.3　硬土软岩中长大直径桥梁桩基现场原位观测试验

9.3.1　工程概况及地质条件

9.3.1.1　工程概况

9.3.1.2　地质条件

9.3.2　试验目的及测试原理

9.3.2.1　试验目的

9.3.2.2　测试原理

9.3.2.3　测试系统

9.3.2.4　测试规程

9.3.3　试验过程

9.3.3.1　施工概况

9.3.3.2　荷载箱位置及加载等级

9.3.4　测试结果与分析

9.3.4.1　试验结果

9.3.4.2　数据处理分析原理

9.3.4.3　轴力分析

9.3.4.4　摩阻力分析

9.3.4.5　桩端阻力与总承载力分析

9.3.5　小结

10　长大直径桥梁桩基有限元仿真分析

10.1　长大直径钻孔灌注桩承载力仿真分析

10.1.1　仿真软件

10.1.2　材料本构模型

10.1.2.1　土体的本构模型

10.1.2.2　钢筋混凝土材料本构模型

10.1.3　桩—土接触面本构关系

10.1.4　计算模型的建立

10.1.5　材料计算参数确定

10.1.6　计算结果及分析

10.1.6.1　桩土相互作用的模拟

10.1.6.2　原位桩承载力仿真

10.1.6.3　桩周土体变形模量对承载力的影响

10.1.6.4　桩周土体黏聚力对承载力的影响

10.1.6.5　桩周土体内摩擦角对承载力的影响

10.1.6.6　桩长对承载力的影响

10.1.6.7　桩径对承载力的影响

10.1.7　小节

10.2　红层软岩中嵌岩桩工作性状有限元分析

10.2.1　单桩有限元分析机理

10.2.1.1　轴对称问题的有限元基本方程

10.2.1.2　有限元材料模式及设计参数

10.2.1.3　非线性分析方法

10.2.1.4　收敛准则

10.2.2　嵌岩桩非线性有限元分析

10.2.2.1　网格划分

10.2.2.2　数值试验模型参数

10.2.2.3　边界条件及模型求解

10.2.2.4　预期目的

10.2.2.5　数值试验结果分析

10.2.3　影响嵌岩桩承载力桩各因素的有限元分析

10.2.3.1　桩身模量的影响

10.2.3.2　基岩强度的影响

10.2.3.3　桩径影响

10.2.3.4　嵌岩深度的影响

10.2.4　小结

10.3　硬土软岩中考虑粗糙度影响的单桩和群桩

10.3.1　考虑粗糙度的大直径嵌岩桩单桩有限元分析

10.3.1.1　嵌岩桩粗糙度的研究现状

10.3.1.2　嵌岩桩有限元分析的目的

10.3.1.3　嵌岩桩有限元分析的模型

10.3.2　嵌岩桩有限元分析的结果

10.3.2.1　突起半波长的影响

10.3.2.2　突起高度的影响

10.3.2.3　凹凸度因子的影响

10.3.2.4　突起形状因子的影响

10.3.3　小结

10.4　高墩长大直径群桩基础仿真分析

10.4.1　高墩大跨连续刚构桥的技术特点

10.4.1.1　高墩大跨连续刚构桥的发展现状

10.4.1.2　高墩大跨连续刚构桥的结构特点

10.4.1.3　高墩大跨连续刚构桥基础、墩台的类型和特点

10.4.2　国内铁路规范中桥梁群桩基础承载力计算方法

10.4.3　高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析方法

10.4.4　渡口河特大桥全桥设计基本情况

10.4.4.1　路线情况

10.4.4.2　地质与水文资料

10.4.4.3　孔跨布置与墩台基础类型

10.4.4.4　4号和5号墩与基础的构造

10.4.5　高墩大跨连续刚构桥群桩基础有限元模型

10.4.6　不同工况下5号墩T构的整体有限元分析

10.4.6.1　重力荷载下5号墩T构的有限元分析

10.4.6.2　风荷载下5号墩T构的有限元分析

10.4.6.3　挂篮荷载下5号墩T构的有限元分析

10.4.6.4　综合荷载下5号墩群桩的有限元分析

10.4.7　5号墩T构的整体稳定性分析

10.4.7.1　稳定性分析过程简介

10.4.7.2　稳定性分析结果

10.4.8　小结

10.5　深厚软土地区群桩基础数值模拟

10.5.1　计算模型与参数

10.5.2　285号墩下群桩基础数值模拟

10.5.2.1　285号墩计算模型

10.5.2.2　土体计算参数

10.5.2.3　流固耦合过程

10.5.2.4　计算结果分析

10.5.3　301号墩下群桩基础数值模拟

10.5.3.1　301号墩的概况

10.5.3.2　土体计算参数

10.5.3.3　流固耦合过程

10.5.3.4　计算结果分析

10.5.4　305号墩下群桩基础数值模拟

10.5.4.1　305号墩的概况

10.5.4.2　土体计算参数

10.5.4.3　流固耦合过程

10.5.4.4　计算结果分析

10.5.5　深厚软土地区摩擦单桩加载过程模拟

10.5.5.1　静载实验模型

10.5.5.2　土体计算参数

10.5.5.3　施加荷载

10.5.5.4　计算结果分析

11　软弱地基铁路桥涵桩基础工后沉降施工控制措施研究

11.1　概述

11.2　监测区域存在的地质灾害

11.3　工后沉降控制的前期措施

11.4　工程适应性措施

11.4.1　采取合理的线路坡度

11.4.2　加强软土地基处理

11.4.3　控制施工质量

11.4.4　减少负摩阻力的影响

11.4.5　调整支座高度

11.4.6　进行桩后压浆

11.4.7　减小列车对结构的冲击作用

11.4.8　其他控制措施

11.5　桩后压浆技术在沉降控制中的应用

11.5.1　压浆技术分类及其作用机理

11.5.2　桩后压浆对周围土体的加固效应

11.5.3　桩后压浆施工

11.5.4　桩后压浆工艺特点

11.5.5　桩后压浆的几个关键问题

参考文献