橋梁墩臺膨脹體糾偏方法及其試驗研究.pdf

1、上世紀60～90年代，由于國內勘查、設計、施工等方面管理不善及技術水平落后等原因，使得修建中、小型橋涵剛性擴大基礎時，存在未查明其地基是否會發(fā)生砂土液化的現(xiàn)象。致使在我國地震等強動荷載作用多發(fā)區(qū)域，常發(fā)生地基砂土液化，伴隨著地基土體有效應力減小，地基承載力顯著降低，最終導致橋臺地基產生不均勻沉降。目前，國內對砂土液化造成橋臺偏斜糾偏的研究仍十分薄弱。本研究針對液化砂土地基中賦存地下水的特點，及砂土液化的機理研發(fā)出一種適用于中、小型橋涵剛

2、性擴大基礎的膨脹體糾偏技術，該方法充分利用膨脹體具有遇水發(fā)生物理、化學反應后體積膨脹的特性，擠壓膨脹體周圍土使其孔隙率減小，進而抬升地基上方橋臺基礎達到糾偏的目的。并以膨脹體及其糾偏方法為研究對象，利用膨脹填料配合比室內試驗、彈性力學理論、彈塑性力學理論、PFC3D顆粒流程序等，系統(tǒng)對橋梁墩臺膨脹體糾偏方法分析，為橋涵墩臺膨脹體糾偏方法提供理論依據(jù)。
　　取得主要創(chuàng)新成果如下:
　　(1)依托已有專利《橋臺液化地基加固方法及

3、加固膨脹體》并利用樁基工程相關理論，對膨脹體構造形式改進設計。結合實際工程條件概述膨脹體糾偏方法的具體操作流程和現(xiàn)場實施方式。將膨脹體設置為膨脹體殼體和膨脹體填料兩部分，使用鋁合金片材作為膨脹體殼體材料，設置膨脹體尖端構造，膨脹填料的最佳配合比是膨脹體糾偏的核心所在。通過室內試驗對膨脹填料膨脹率研究，并確定四種膨脹填料。設置50kPa和100kPa兩種應力作用下，對16組不同配合比的膨脹填料進行室內最佳配合比試驗。最終，確定出室內最佳配

4、合比為膨潤土30％，生石灰38％，石膏16％，膨脹珍珠巖粉16％，同時，其對應的膨脹率是1.33倍。
　　(2)對橋梁墩臺膨脹體糾偏方法理論分析，從砂土地基地質情況出發(fā)對膨脹體糾偏加固基本原理闡述，基于彈性理論推導出膨脹體膨脹樁徑的計算公式;利用膨脹體膨脹力推導出膨脹體的體積膨脹量計算公式;從試驗得出的膨脹體膨脹量出發(fā)并應用孔隙擠密原理推導出膨脹填料使用量的計算公式，得出剛性擴大基礎下橋臺糾偏量與所需糾偏膨脹體用量之間函數(shù)關系;基

5、于彈塑性理論推導出膨脹體徑向擠密應力以及膨脹體徑向膨脹應力;對膨脹體布置形式及間距進行理論分析，確定使用梅花樁形式布置膨脹體。
　　(3)概述PFC3D基本特點、實際工程問題求解步驟、顆粒流模型計算基本假定、PFC3D建模方法、力與位移的關系、邊界條件、初始條件、時間步長的確定、PFC計算基本思路、以及使用PFC對橋臺膨脹體糾偏方法模擬相比于傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法的優(yōu)勢所在。
　　(4)依托汕汾高速公路K23小橋工程實例，使用實測

6、的地基資料、橋臺基礎資料、以及通過試驗確定的膨脹體膨脹倍率，利用PFC3D顆粒流軟件建立橋臺基礎、地基、膨脹體糾偏模型，使用8萬多個球體分別對橋臺基礎、以及其下地基按照實際工程尺寸進行模擬試驗，采用1.3萬多個球體對膨脹體進行模擬。從模型整體位移云圖、整體不平衡力云圖、整體應力變化云圖、以及Z方向位移、應力變化曲線、以及橋臺位移曲線等方面對膨脹體糾偏方法進行分析。通過改變膨脹體根數(shù)以及設置膨脹體不同間距，對膨脹體糾偏性能研究，得出隨著膨