超長群樁基礎(chǔ)承載機(jī)理研究

前言

　　現(xiàn)代斜拉橋的發(fā)展是橋梁工程師最引以為豪的成就之一?！　‰m然利用藤、竹等柔性天然材料承重并實現(xiàn)跨越是人類最早認(rèn)識到的自然規(guī)律之一，但斜拉橋作為一種固定結(jié)構(gòu)形式，其發(fā)展卻由于纜索材料的性能問題長期停滯。在現(xiàn)代材料與技術(shù)進(jìn)步的推動下，1956年Stromsund橋在瑞典建成通車；之后，在德國著名工程師Franz Dischinger的推動下，多座稀索體系斜拉橋在萊茵河上相繼建成，現(xiàn)代斜拉橋正式形成，也實現(xiàn)了斜拉橋跨徑的第一次發(fā)展。隨后，現(xiàn)代斜拉橋又經(jīng)歷了從稀索體系到密索體系等一系列重要的發(fā)展歷程，跨越能力穩(wěn)步提升。1995年，法國諾曼底大橋?qū)崿F(xiàn)了856m的跨徑；1999年日本多多羅大橋?qū)崿F(xiàn)了890m的跨徑。而挑戰(zhàn)千米級斜拉橋，實現(xiàn)斜拉橋跨徑的千米級突破，則成為橋梁工程師在那之后又一個奮斗目標(biāo)?！　∥覈谝蛔崩瓨驗?975年原交通部重慶公路科學(xué)研究所設(shè)計和指導(dǎo)施工的四川云陽橋，跨徑組合為34.9lm+75.84m+34.9lm，主梁為混凝土單箱，每塔三對斜拉索。與此同時，上海市政工程設(shè)計研究總院也設(shè)計了新五橋，跨徑組合為24m+54m+24m，雙車道寬6.6m。此后國內(nèi)又相繼修建了三臺涪江橋、上海泖港橋、廣西紅水河鐵路橋等。在1975年～1985年的11年間，我國大陸共建成各式混凝土斜拉橋15座，臺灣建成了跨徑2×134m的三塔斜拉橋光復(fù)橋。我國大跨徑斜拉橋的發(fā)展始自1991年建成的423m跨徑的上海南浦大橋；隨后，1993年上海楊浦大橋突破了600m跨徑，建成時跨徑位于世界同類橋梁前列。此后，全國各地掀起大跨徑斜拉橋的建設(shè)熱潮，大批400～600m跨徑的斜拉橋相繼建成通車?！　?jù)不完全統(tǒng)計，我國1986年～1990年5年間建成斜拉橋33座，1991年－1995年5年間建成43座，1996年～2000年5年間建成63座，自1975年開始到2002年共建成斜拉橋155座。從一定程度上看，大跨徑斜拉橋的快速發(fā)展和跨徑在600m左右的突破，解決了我國現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，是20世紀(jì)80～90年代橋梁工程領(lǐng)域取得的最重要成就之一。通過大量的斜拉橋建設(shè)，我國也積累了豐富的斜拉橋建設(shè)經(jīng)驗，并與世界同步，甚至是更為超前地考慮斜拉橋千米跨徑的突破問題?！　?0世紀(jì)末，仍處于方案研究階段的蘇通大橋與香港昂船洲大橋幾乎同時提出了超千米跨徑的斜拉橋方案。2002年蘇通大橋率先進(jìn)入工程實施階段，并于2008年5月正式建成通車，成為世界首座突破千米跨徑的斜拉橋，是世界橋梁建設(shè)的里程碑工程。

內(nèi)容概要

　　《超長群樁基礎(chǔ)承載機(jī)理研究》詳細(xì)介紹了超長群樁基礎(chǔ)室內(nèi)外模型試驗、離心試驗、現(xiàn)場試驗、數(shù)值計算、監(jiān)測反分析，得出了群樁基礎(chǔ)荷載傳遞機(jī)理，以及在蘇通大橋基礎(chǔ)中的應(yīng)用，并專題討論了鋼混組合變截面樁、樁底后注漿技術(shù)及厚承臺桁架理論?！　　冻L群樁基礎(chǔ)承載機(jī)理研究》可供從事樁基礎(chǔ)設(shè)計、施工、監(jiān)理工作的工程技術(shù)和科研人員以及高等院校師生參考使用。

書籍目錄

第一章　緒論1.1　概述1.2　樁基礎(chǔ)的應(yīng)用現(xiàn)狀1.3　超長大直徑群樁基礎(chǔ)的研究現(xiàn)狀1.4　主要研究內(nèi)容第二章　室內(nèi)外群樁模型試驗研究2.1　室內(nèi)模型試驗研究2.2　室外模型試驗研究第三章　群樁基礎(chǔ)的離心模型試驗3.1　離心試驗簡介3.2　離心試驗方法3.3　試驗原型模擬3.4　單樁離心模型試驗3.5　群樁離心模型試驗第四章　群樁基礎(chǔ)的數(shù)值模擬研究4.1　有限元建模4.2　超大群樁基礎(chǔ)的數(shù)值模擬4.3　沖刷對樁基承載性能影響的數(shù)值模型分析第五章　超長群樁基礎(chǔ)的現(xiàn)場檢測與反演分析5.1　研究現(xiàn)狀及研究內(nèi)容5.2　傳感器系統(tǒng)與監(jiān)測點（孑L）的布置5.3　現(xiàn)場檢測結(jié)果5.4　原型群樁基礎(chǔ)的工作特性5.5　研究結(jié)論第六章　超長大直徑鉆子L灌注樁單樁承載性能研究6.1　靜載試驗研究6.2　樁端極限承載力理論研究6.3　樁身自重的研究6.4　樁身壓縮量（沉降量）計算6.5　承載力與沉降關(guān)系的研究第七章　群樁基礎(chǔ)的理論計算研究7.1　承載力計算研究7.2　沉降的計算方法研究第八章　鋼混組合變截面樁承載性能研究8.1　豎向荷載作用下承載性能研究8.2　水平向荷載作用下承載性能研究第九章　室內(nèi)注漿試驗研究9.1　飽和與非飽和土注漿效果研究9.2　不同注漿壓力的注漿效果研究9.3　注漿固化物強(qiáng)度隨時問變化規(guī)律研究9.4　不同注漿添加劑的注漿效果研究9.5　不同外界條件對固化物強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的影響分析9.6　研究結(jié)論第十章　樁端后壓漿研究10.1　現(xiàn)場試驗研究10.2　有限元分析10.3　樁端后壓漿設(shè)計應(yīng)用第十一章　超大型樁基承臺軟化協(xié)調(diào)空間桁架設(shè)計方法分析研究11.1　超大型承臺設(shè)計方法研究現(xiàn)狀11.2　集群樁基大型承臺試驗研究11.3　樁基承臺軟化協(xié)調(diào)空間桁架理論方法研究11.4　蘇通大橋承臺各種設(shè)計方法計算對比11.5　蘇通大橋承臺結(jié)構(gòu)有限元分析11.6　蘇通大橋承臺空間桁架現(xiàn)場測試分析11.7　研究結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1-1.1樁基礎(chǔ)的發(fā)展歷史　　樁是深人土層的柱形構(gòu)件，可以定義為垂直或微斜埋置于土中的受力桿件?！　≡诨A(chǔ)工程中，按其功能可分為豎向抗壓樁、豎向抗拔樁和抗側(cè)壓樁。本書的主要研究對象為豎向抗壓樁?！　∪祟悓兜膽?yīng)用歷史至今已有12000－14000年。首先使用的是取之于天然資源的木樁，然后是鋼樁、鋼筋混凝土樁。隨著機(jī)械設(shè)備的不斷改進(jìn)，產(chǎn)生了各種各樣的樁型和工法。樁的發(fā)展過程，伴隨著樁的材料和成樁工藝方法不斷的更新?！　‰S著樁的用途的拓寬以及施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的改進(jìn)與發(fā)展，新的樁型不斷呈現(xiàn)，人們對樁的承載性能、設(shè)計方法、檢測技術(shù)等也在不斷進(jìn)行探索研究。　　1.1.2樁的作用　　采用樁基礎(chǔ)有兩個主要作用：一是提高地基承載力，二是有效控制地基及基礎(chǔ)的沉降?！　♂槍痘淖饔?，目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計可分為三種情況：樁承擔(dān)所有上部結(jié)構(gòu)的荷載；樁承擔(dān)大部分上部結(jié)構(gòu)的荷載，同時也起到減少沉降變形的目的；樁承擔(dān)一小部分上部結(jié)構(gòu)荷載，主要起到減少或控制沉降的作用。　　然而，在現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中，樁基設(shè)計理論是建立在滿足承載力基礎(chǔ)上的，也即均按上述第一種情況處理。顯然，這種傳統(tǒng)的樁基設(shè)計方法，對于上述第二、三種情況是過于保守的，并且在設(shè)計概念上也不很清楚。對于上述第二、三種情況，在如何減少樁基工程費(fèi)用上值得研究；即使對第一種情況，也存在如何合理選擇樁數(shù)和布樁的問題。　　設(shè)計中樁起控制沉降作用的不在少數(shù)，如在深厚軟土層中宜使用長樁，基礎(chǔ)變形敏感的結(jié)構(gòu)宜采用樁基礎(chǔ)等。　　1.1.3樁的基本要素　　樁的三個基本要素是：設(shè)置方向、周圍介質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性。由樁的定義可知樁的設(shè)置方向一般是垂直的（或微斜的），且主要用于承受豎向壓力荷載。上部結(jié)構(gòu)作用于樁頂?shù)暮奢d，通過樁土接觸面?zhèn)鬟f到樁周介質(zhì)（巖土）中，而樁的周圍介質(zhì)就是指樁所影響的周圍巖土。因此，樁與周圍介質(zhì)接觸面的上剪切特性，是決定樁的承載力和變形特征的主要因素之一。樁的結(jié)構(gòu)特性是指樁體結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿件的強(qiáng)度性質(zhì)，也是決定樁工作特性的因素之一?！　‰m然樁的基本要素中設(shè)置方向單一，結(jié)構(gòu)特性簡單，但由于樁周介質(zhì)（巖土）的復(fù)雜性，無論是樁的承載力預(yù)測方法，還是樁的沉降分析計算理論，均有待進(jìn)一步完善。

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