随着我国经济的快速发展,各大城市交通量与日俱增。为了解决交通拥堵问题,采用以地铁隧道为代表的城市快速轨道交通系统已然成为历史发展的必然趋势。由于大多城市早期规划中未考虑到地铁,因此地铁穿越已有桥梁、建筑物的桩基不可避免,而处理此问题最为经济有效的方法通常为桩基托换技术。桩基托换技术是近些年随着地铁的兴建才被重视的一项复杂技术,其各方面研究仍处于起步阶段。对于桩基托换结构形式及托换大梁接头的连接性能,尤其是托换结构体系内在受力机理等探讨尚少,亟待深入研究。本文依托西安咸阳国际机场桩基托换工程,进行了桩基托换大梁的实体模型试验,并利用大型有限元软件建模进行仿真分析,研究了大跨度大吨位桩基托换大梁的受力性能、承载能力、变形能力及破坏形式。主要工作内容如下:(1)探讨了桩基托换技术研究现状及存在问题,分析了地铁隧道穿越桥梁基础时,大跨径大吨位桩基托换结构体系的特点和难点,明确了研究方向。(2)探讨了桩基托换理论和方法,依托西安咸阳国际机场桥墩桩基托换工程,分析了国内典型工程方案并结合本工程的特点,提出了合理可行的桥梁桩基托换结构体系方案、技术要点和工作流程。(3)设计并制作了托换大梁(梁-墩-承台-桩基接头)1:6整体试验模型和1/2托换大梁(梁-墩-承台-桩基接头)1:4整体试验模型,进行了重复渐进式静力加载试验。(4)对试验结果进行深入分析,主要研究了托换大梁的承载能力、主要截面钢筋、植筋受力以及位移变化等性能,并对托换大梁整体工作性能、破坏形态进行了分析探讨。将模型试验结果换算至原桥,得到了对应实际托换荷载作用下,托换大梁体系的受力性能和变形规律,为实际工程的设计和施工提供了比较可靠的试验依据。(5)利用有限元软件建立了托换结构体系的精细有限元分析模型,深入研究桩基托换的荷载转移机理和预应力托换大梁结构体系的内在受力特性,并对试验结果的准确性进行了验证和补充。本文验证了所选托换结构体系方案是安全、可靠、成功的,为今后的桩基托换工程,特别是大吨位、大跨径桩基托换体系的设计和施工提供了技术和理论支持。