橋梁墩臺(tái)膨脹體糾偏方法及其試驗(yàn)研究.pdf

1、上世紀(jì)60～90年代，由于國內(nèi)勘查、設(shè)計(jì)、施工等方面管理不善及技術(shù)水平落后等原因，使得修建中、小型橋涵剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，存在未查明其地基是否會(huì)發(fā)生砂土液化的現(xiàn)象。致使在我國地震等強(qiáng)動(dòng)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(yīng)力減小，地基承載力顯著降低，最終導(dǎo)致橋臺(tái)地基產(chǎn)生不均勻沉降。目前，國內(nèi)對(duì)砂土液化造成橋臺(tái)偏斜糾偏的研究仍十分薄弱。本研究針對(duì)液化砂土地基中賦存地下水的特點(diǎn)，及砂土液化的機(jī)理研發(fā)出一種適用于中、小型橋涵剛

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

3、加固膨脹體》并利用樁基工程相關(guān)理論，對(duì)膨脹體構(gòu)造形式改進(jìn)設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)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(chǎng)實(shí)施方式。將膨脹體設(shè)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(shè)置膨脹體尖端構(gòu)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(nèi)試驗(yàn)對(duì)膨脹填料膨脹率研究，并確定四種膨脹填料。設(shè)置50kPa和100kPa兩種應(yīng)力作用下，對(duì)16組不同配合比的膨脹填料進(jìn)行室內(nèi)最佳配合比試驗(yàn)。最終，確定出室內(nèi)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(shí)，其對(duì)應(yīng)的膨脹率是1.33倍。
　　(2)對(duì)橋梁墩臺(tái)膨脹體糾偏方法理論分析，從砂土地基地質(zhì)情況出發(fā)對(duì)膨脹體糾偏加固基本原理闡述，基于彈性理論推導(dǎo)出膨脹體膨脹樁徑的計(jì)算公式;利用膨脹體膨脹力推導(dǎo)出膨脹體的體積膨脹量計(jì)算公式;從試驗(yàn)得出的膨脹體膨脹量出發(fā)并應(yīng)用孔隙擠密原理推導(dǎo)出膨脹填料使用量的計(jì)算公式，得出剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)下橋臺(tái)糾偏量與所需糾偏膨脹體用量之間函數(shù)關(guān)系;基

5、于彈塑性理論推導(dǎo)出膨脹體徑向擠密應(yīng)力以及膨脹體徑向膨脹應(yīng)力;對(duì)膨脹體布置形式及間距進(jìn)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(diǎn)、實(shí)際工程問題求解步驟、顆粒流模型計(jì)算基本假定、PFC3D建模方法、力與位移的關(guān)系、邊界條件、初始條件、時(shí)間步長的確定、PFC計(jì)算基本思路、以及使用PFC對(duì)橋臺(tái)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(shì)所在。
　　(4)依托汕汾高速公路K23小橋工程實(shí)例，使用實(shí)測(cè)

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