軟土地區(qū)懸索橋重力式錨碇穩(wěn)定性和變位研究.pdf

1、隨著交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，近年來(lái)不斷有懸索橋重力式錨碇需要建在軟土地基上，然而軟土地基的特性與目前懸索橋重力式錨碇設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之間存在很大差距，因此，在軟土地基上設(shè)計(jì)錨碇時(shí)，不僅需要對(duì)常規(guī)懸索橋重力式錨碇整體穩(wěn)定性驗(yàn)算方法進(jìn)行適當(dāng)修正，而且需要進(jìn)行錨碇變位驗(yàn)算。本文以此為背景，采用相似模型試驗(yàn)、解析分析和數(shù)值模擬三種手段相互驗(yàn)證的方法從整個(gè)施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程對(duì)懸索橋重力式錨碇進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。這些研究成果，不但加深了對(duì)錨碇工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)，總

2、結(jié)了軟土地基上錨碇整體穩(wěn)定和變位的一些規(guī)律，而且提出了適合軟土地區(qū)重力式錨碇整體穩(wěn)定性和變位分析的理論方法?？梢詺w納如下： (一)錨碇及周?chē)馏w穩(wěn)定性和變位規(guī)律從基坑開(kāi)挖到基礎(chǔ)形成，從錨體澆筑到全橋運(yùn)營(yíng)，地基先由均勻受壓到后傾偏心受壓再到前傾偏心受壓，錨碇則經(jīng)歷了從后傾向前傾的變化。 在巨大的錨碇自重作用下，對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高的軟土地基，錨碇前趾的沉降不能忽視。而錨碇前趾的沉降使得錨碇轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置不再是傳統(tǒng)錨碇設(shè)計(jì)理論

3、中假定的錨碇前趾部位，而是相對(duì)偏后，在錨碇基底范圍內(nèi)部，錨碇轉(zhuǎn)動(dòng)軸前面的地基承載力能夠?qū)﹀^碇抗傾覆穩(wěn)定發(fā)揮一定的作用。 從錨碇發(fā)生失穩(wěn)破壞的整個(gè)過(guò)程來(lái)看，隨著基坑開(kāi)挖、混凝土澆筑和主纜拉力的逐漸增加，錨碇側(cè)面塑性區(qū)從錨碇附近地表逐漸向遠(yuǎn)處、向深處發(fā)展擴(kuò)大，最后和錨碇底部塑性區(qū)貫通，形成完整連續(xù)的滑動(dòng)面，引起錨碇失穩(wěn)。 基坑開(kāi)挖，錨碇結(jié)構(gòu)周?chē)馏w向坑內(nèi)位移，坑底土體隆起，錨碇下部地基由于受到基坑開(kāi)挖卸載的擾動(dòng)影響，強(qiáng)度降低

4、。錨碇結(jié)構(gòu)施工后，錨碇下部地基在錨碇基底壓力作用下產(chǎn)生再壓縮沉降。隨著主纜拉力的施加，錨碇前側(cè)土體出現(xiàn)豎向和水平向位移。土體豎向和水平向位移隨主纜拉力、測(cè)點(diǎn)距離等因素的變化而變化。 錨碇結(jié)構(gòu)四周接觸面外側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體均有助于錨碇結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定、減少變位，但各接觸面作用力發(fā)揮作用的大小隨主纜拉力的變化而變化。從這點(diǎn)來(lái)看，在軟土地基上設(shè)計(jì)下埋重力式錨碇時(shí)，可以適當(dāng)考慮前側(cè)土體的抗力作用，但由于實(shí)際土壓力非常復(fù)雜，土壓力到底取多少需

5、慎重分析研究確定。 (二)錨碇穩(wěn)定性分析錨碇基坑開(kāi)挖結(jié)束，基礎(chǔ)澆筑之前是比較危險(xiǎn)的工況之一，而且錨碇施工中基坑開(kāi)挖卸載等因素對(duì)基底土層產(chǎn)生了擾動(dòng)影響，降低了地基承載能力，本文進(jìn)行地基穩(wěn)定性分析時(shí)考慮這種擾動(dòng)影響，對(duì)地基承載力進(jìn)行適當(dāng)折減。 錨碇周?chē)橘|(zhì)對(duì)錨碇穩(wěn)定性和變位的影響非常明顯，但考慮到懸索橋?qū)﹀^碇位移的限制一般較嚴(yán)格，錨碇前側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不可能達(dá)到極限平衡狀態(tài)，需要分析能夠考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大容許位移的抗力，本文采用彈性

6、地基梁理論推導(dǎo)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗力和錨碇位移的關(guān)系式。 軟土地基上錨碇轉(zhuǎn)動(dòng)軸并非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中假定的錨碇前趾點(diǎn)，在軟土地區(qū)設(shè)計(jì)錨碇需考慮錨碇下地基承載力對(duì)錨碇穩(wěn)定性的影響。本文采用魏錫克極限承載力公式推導(dǎo)了錨碇下轉(zhuǎn)動(dòng)軸前面地基承載力所能提供的抗傾覆力矩。在對(duì)上述3個(gè)方面分析的基礎(chǔ)上，對(duì)常規(guī)重力式錨碇設(shè)計(jì)時(shí)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式進(jìn)行了部分修正。 (三)錨碇變位分析根據(jù)靜力平衡條件，推導(dǎo)了能夠考慮錨碇結(jié)構(gòu)各接觸面上土與結(jié)構(gòu)相互作用的變位分

7、析模型。在此基礎(chǔ)上，假定錨碇周?chē)馏w為線彈性體，得到了錨碇結(jié)構(gòu)任意點(diǎn)變位的解析解，并給出了算例。 基于Mindlin、Cerruti應(yīng)力解和分層總和法，提出了錨碇的沉降計(jì)算方法。該方法吸取了分層總和法可以充分考慮場(chǎng)地土層分布的優(yōu)點(diǎn)，又改進(jìn)了規(guī)范中分層總和法采用解確定附加應(yīng)力場(chǎng)的局限性。 對(duì)錨碇變位的非線性分析進(jìn)行了簡(jiǎn)單討論，提出了采用接觸面雙曲線本構(gòu)關(guān)系分析錨碇變位的初步框架。 本文通過(guò)對(duì)相似模型試驗(yàn)、解析分析和