在鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的建造過程中,沿線軟土、軟巖等不良地質(zhì)條件對于橋梁樁基的設(shè)計和施工存在極大地威脅,并影響結(jié)構(gòu)后期的耐久性和運營成本。從保證列車安全運營和結(jié)構(gòu)安全使用的角度出發(fā),有必要針對高速列車運動荷載下橋梁基樁承載特性及樁土共同工作機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。本書依托京滬高速鐵路和宜萬鐵路的建設(shè)過程,系統(tǒng)考察紅層軟巖、硬質(zhì)軟巖、軟巖、軟土等復(fù)雜地基條件,對長大直徑樁基豎向承載機(jī)理、穩(wěn)定性、動力特性和施工階段控制技術(shù)展開深入研究。采用理論研究與分析、計算機(jī)數(shù)值模擬仿真分析、室內(nèi)模型實驗和大型現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法,解決了一系列相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)難題,研究成果有針對性地解決了復(fù)雜條件下長大直徑橋梁樁基計算理論、設(shè)計方法和試驗觀測等方面的技術(shù)問題。
復(fù)雜條件下長大直徑橋梁樁基計算理論與試驗研究以京滬高速鐵路和宜萬鐵路橋梁樁基設(shè)計和施工中遇到的技術(shù)問題為主要線索,豐富了橋梁工程、樁基工程和巖土工程的相關(guān)技術(shù)理論體系。本書的研究成果對我國復(fù)雜地基條件下長大直徑樁基的設(shè)計理論及施工控制技術(shù)具有重要指導(dǎo)意義。
我國地域遼闊,各類軟土、軟巖等不良地層分布甚廣,為跨越不良地層和特殊的地理環(huán)境,在公路和鐵路建設(shè)中大跨度橋梁結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用,如若不能很好地控制樁基的施工質(zhì)量和工后沉降,將會影響施工安全和工程成本,以及之后的安全運營。在國家自然科學(xué)基金(No.51308552)、湖南省科技廳重點項目基金(No.04SK2008)、中交股份有限公司重點科技項目(No.2008ZJKJ02E)與中鐵一局(集團(tuán))橋梁工程有限公司科技計劃等研究基金的資助下,研究團(tuán)隊歷時近10年,從考察深厚軟土地區(qū)和西部軟巖地區(qū)的特殊地基條件入手,對超長、大直徑樁基豎向承載機(jī)理、樁土共同工作特性和施工控制技術(shù)展開了深入研究。理論研究成果目前已在京滬高速鐵路和宜萬鐵路工程中得到了成功的應(yīng)用,取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
多年的科研生涯,一邊感受著工程技術(shù)和理論發(fā)展的日新月異,一邊體會到工程技術(shù)人員的求學(xué)若渴,特組織撰寫本書,回顧總結(jié)多年研究成果與工程實踐。本書在撰寫過程中,以承載機(jī)理和計算方法為主線,結(jié)合模型試驗、原位測試和數(shù)值仿真,循序漸進(jìn)、深入淺出的反映了科學(xué)研究的脈絡(luò)和技術(shù)路線,便于讀者學(xué)習(xí)和理解,力求突出樁基工程研究和發(fā)展的最新成果,進(jìn)一步推動樁基計算基本理論和施工實踐的進(jìn)步,以期展現(xiàn)土木工程發(fā)展的最新態(tài)勢和成就,為橋梁工程、巖土工程和工程測試等學(xué)科的發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。
國內(nèi)外有關(guān)復(fù)雜地基條件下長大直徑樁基和高橋墩樁基豎向承載機(jī)理與計算方法研究方面雖已有相關(guān)文獻(xiàn)或圖書,但比較系統(tǒng)的針對紅層軟巖、硬土軟巖、軟巖地區(qū)等特殊地基條件下長大直徑樁基和高橋墩樁基承載機(jī)理及計算方法,既結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬,又結(jié)合室內(nèi)模型試驗和大型現(xiàn)場試驗的書籍還未見報道;同時,本書以京滬高速鐵路和宜萬鐵路橋梁樁基設(shè)計和施工中遇到的技術(shù)問題為主要線索,其研究成果直接應(yīng)用于京滬高速鐵路土建六標(biāo)段、滬寧城際鐵路工程站前Ⅶ標(biāo)段和宜萬鐵路渡口河特大橋建設(shè)工程的設(shè)計、施工和運維,在同類書籍中也不多見,本書內(nèi)容豐富了橋梁工程、樁基工程和巖土工程的相關(guān)技術(shù)理論體系。本書的研究成果對我國復(fù)雜地基條件下長大直徑樁基的設(shè)計理論及施工控制技術(shù)具有重要指導(dǎo)意義,極大地推動了樁基計算基本理論和施工實踐的進(jìn)步,促進(jìn)了橋梁工程、巖土工程和工程測試等學(xué)科的發(fā)展,社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和國防建設(shè)的意義巨大。
在本書撰寫過程中,得到了各方面的關(guān)心和指導(dǎo),趙明華教授為本書撰寫提供了許多寶貴的資料和建議,使得本書的內(nèi)容更為翔實,更能反映當(dāng)今樁基工程領(lǐng)域的成就和最新進(jìn)展,在此表示誠摯的謝意。同時,在撰寫本書過程中,引用了諸多公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料,無法向作者一一致謝,這些寶貴的文獻(xiàn)資料反映了樁基工程的發(fā)展歷程、知識體系和先進(jìn)水平,是本書賴以存在的基礎(chǔ),本書能將蘊含豐富內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料呈現(xiàn)給讀者,是撰寫者的榮幸。
本書梳理了作者多年來的科研過程及成果,以其指導(dǎo)的多名研究生的博士學(xué)位論文、碩士學(xué)位論文為基礎(chǔ),再次總結(jié)歸納而成。王星華教授、汪優(yōu)副教授和王建教授級高工共同確定撰寫大綱,王星華教授最后統(tǒng)稿審定。各章節(jié)分工如下:第一章由王星華教授撰寫,第二章由汪優(yōu)副教授、印長俊副教授、章敏博士、廖文華高工撰寫,第三、四章由王星華教授、印長俊副教授撰寫,第五章由王星華教授撰寫,第六章由章敏博士、王振宇博士撰寫,第七章由汪優(yōu)副教授撰寫,第八、九章由崔科宇教授級高工、王建教授級高工、汪優(yōu)副教授、印長俊副教授、章敏博士、王振宇博士撰寫,第十章由汪優(yōu)副教授、印長俊副教授、章敏博士撰寫,第十一章由王星華、章敏、汪優(yōu)、王振宇編寫。學(xué)生劉圓圓、方曉慧也為本書的撰寫付出了辛勤勞動,在他們的幫助下才得以將多年積累的科研成果與工程資料撰寫成文。
最后,本書的出版得到了鐵路科技圖書出版基金的資助,感謝中國鐵道出版社工程編輯部有關(guān)工作人員為本書的出版所付出的辛勤勞動和努力。
當(dāng)然,在本書的撰寫過程中雖力求內(nèi)容的準(zhǔn)確,但鑒于筆者水平有限及各種學(xué)術(shù)觀點的碰撞,錯訛之處實難避免,懇請廣大讀者和同行共同探究、不吝賜教。
王星華,生于1957年7月,博士,中南大學(xué)土木工程學(xué)院博士生導(dǎo)師。主要社會兼職:中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會教育委員會委員;中國土木工程學(xué)會工程風(fēng)險與保險研究分會常務(wù)理事;中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會青年工作委員會委員;中國鐵道學(xué)會鐵道工程分會委員;國家自然科學(xué)基金評審專家;美國紐約科學(xué)院院士。主要研究方向:巖土工程領(lǐng)域;地下工程領(lǐng)域;水利工程領(lǐng)域;道路工程領(lǐng)域;城市軌道交通工程領(lǐng)域。汪優(yōu)、王建、印長俊、安愛軍、王振宇、章敏、廖文華、蔣孝輝等人參與編寫。
1緒論
1.1樁基礎(chǔ)的起源
1.2樁基礎(chǔ)概況與分類
2復(fù)雜條件下長大直徑橋梁樁基荷載傳遞機(jī)理
2.1長大直徑樁基基本理論與計算方法介紹
2.2紅層軟巖長大直徑橋梁嵌巖樁荷載傳遞機(jī)理
2.3硬土軟巖考慮粗糙度影響的樁基荷載傳遞機(jī)理
2.4軟巖長大直徑橋梁嵌巖樁復(fù)合樁基荷載傳遞機(jī)理
2.5高橋墩長大直徑樁穩(wěn)定性及荷載傳遞機(jī)理
2.6長大直徑橋梁樁基動力荷載傳遞機(jī)理
3紅層軟巖長大直徑橋梁嵌巖樁基計算方法
3.1紅層軟巖概述
3.2軟巖嵌巖樁豎向承載力確定方法
3.3樁土巖共同作用的非線性計算
3.4嵌巖樁極限承載力的預(yù)測
3.5利用正交試驗分析進(jìn)行嵌巖樁優(yōu)化設(shè)計
3.6嵌巖樁設(shè)計優(yōu)化影響因素的敏感性分析
3.7小結(jié)
4硬土軟巖考慮粗糙度影響的樁基計算方法
4.1硬土軟巖的強(qiáng)度特征
4.2樁端阻力傳遞規(guī)律
4.3樁土界面研究
4.4樁的理論計算
4.5小結(jié)
5軟巖長大直徑橋梁嵌巖樁殘余應(yīng)變計算方法
5.1軟巖概述
5.2殘余應(yīng)變的概念
5.3殘余應(yīng)變的產(chǎn)生機(jī)理
5.4大直徑嵌巖灌注樁殘余應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果與分析
5.5小結(jié)
6復(fù)雜條件下長大直徑橋梁樁基動力計算方法
6.1埋置振源下非飽和土地基的動力Green函數(shù)解答
6.2非飽和土半空間中單樁豎向振動特性研究
7高橋墩樁基屈曲機(jī)理及其計算方法
7.1引言
7.2高橋墩樁基屈曲的原因與類型
7.3高橋墩樁基屈曲分析計算方法
7.4高橋墩樁基屈曲的能量法解答
7.5基于能量法解答的影響因素分析
7.6小結(jié)
8樁基模型試驗
8.1基樁荷載傳遞規(guī)律研究的試驗方法
8.2紅層嵌巖樁原型樁試驗
8.3群樁土承臺模型靜載試驗
8.4帶臺單樁軸向循環(huán)荷載模型試驗
9現(xiàn)場原位試驗
9.1軟巖中長大直徑嵌巖樁復(fù)合樁基的原型觀測
9.2深厚軟土地區(qū)樁基礎(chǔ)沉降現(xiàn)場試驗
9.3硬土軟巖中長大直徑橋梁樁基現(xiàn)場原位觀測試驗
10長大直徑橋梁樁基有限元仿真分析
10.1長大直徑鉆孔灌注樁承載力仿真分析
10.2紅層軟巖中嵌巖樁工作性狀有限元分析
10.3硬土軟巖中考慮粗糙度影響的單樁和群樁
10.4高墩長大直徑群樁基礎(chǔ)仿真分析
10.5深厚軟土地區(qū)群樁基礎(chǔ)數(shù)值模擬
11軟弱地基鐵路橋涵樁基礎(chǔ)
工后沉降
施工控制措施研究
11.1概述
11.2監(jiān)測區(qū)域存在的地質(zhì)災(zāi)害
11.3工后沉降控制的前期措施
11.4工程適應(yīng)性措施
11.5樁后壓漿技術(shù)在沉降控制中的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)