锚固桩基础在高墩桥梁中的应用研究

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在崇山峻岭的山区修建公路桥梁,其下部结构、基础工程方面不但在结构设计上是比较复杂和重要的,而且建设费用在整个桥梁工程中也占据了很大的比重。山区高速公路地形地质复杂,表现为地面高差大变化频繁,横坡陡,岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤层等不良地质现象普遍存在。受此影响,路线布设时平、纵、横3个方面都受到约束,相应地,山区高速公路桥梁中弯坡桥多,高墩大跨多,墩台形式多,设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。一般而言,由于山区桥墩高度高,跨度、上部结构载荷大,地震烈度相对较大,所以,对山区斜坡桥梁基础要求必须具有足够的水平和垂直的承载力,具有很好的抗震性能。因此,研究新型基础形式,提高山区斜坡桥梁基础的水平承载力,对减少工程投资,不仅具有巨大的经济效益,而且具有重要的社会效益和环境保护意义。论文借助G405国道改建项目,参考现在比较成熟的锚拉桩技术,在桥梁基础方面采用全新思路,拟在桩基工程中采用锚固桩基础技术,即在基础靠山侧能满足设计抗力时,为基础另一侧提供强大横向抗力,以满足墩台的受力要求;同时降低工程造价和施工风险。由于锚固桩基础技术在桥梁基础中尚无应用先例(仅有采用预应力锚索技术对处于滑动带上已产生偏斜的桥梁墩台进行纠偏和采用预应力锚索抗滑桩防治桥梁基础滑动的报道),而且在山区高墩桥梁桩基的中,桥梁桩基础的变形控制非常重要。所以必须结合具体的工程地质条件,通过科学的分析与研究,验证该方案的可行性,利用三维有限元数值模拟锚杆(索)的加固作用机理,对加固方案进行模拟和研究。给出桥墩的水平位移、沉降拟结果。根据数值模拟的结果,对一般桩基础和新型桩基础形式进行了对比分析和优选设计评价,得出新型桩基础在控制桩基础变形、资金、开挖量等方面的优缺点。通过数值模拟和经济对比得出以下结论:1.国道G405线改建工程的桥梁的基础多在陡峻山坡上,岩体质量差~一般,在充分考察、分析国内外桥梁基础形式的基础上,首次提出了锚杆(索)加固桥梁新型基础形式,是桥梁基础形式的一个创新。2.国道G405线改建工程的桥梁的基础多在陡峻山坡上,岩体质量差~一般,地震烈度高,而且公路在靠近风景区边,环保的要求高。为节省改建工程的投资,缩短施工周期,保护景区环境,在充分考察、分析国内外桥梁基础形式的基础上,首次提出了锚杆(索)加固桥梁新型基础形式,是桥梁基础形式的一个创新。为验证锚杆(索)加固桥梁新型基础的受力特点、加固效果,逼近真实客观实体,揭示问题实质,首次建立了墩、承台、桩的三维分析模型,采用有限元软件进行了三维有限元分析。计算模拟显示,锚固桩基础均比一般桩基础受力合理,能有效地限制基础的水平位移。3.一般人工挖孔桩基础与新型锚杆(索)加固桩基础比较结果显示,即使考虑到今后的维修费用,新型锚杆(索)加固桩基础可以收到巨大的经济效益。再考虑到新型锚杆(索)加固桩基础可以减少基础和边坡开挖,对保护环境有利,还可以收到社会效益和环境效益。
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