减轻桥端碰撞问题:一个案例研究的一个新的板系统分区Slab-Pile较低的基础

文摘

介绍一种使用pile-slab桩复合地基处理桥头碰撞问题。一般来说,一个根深蒂固的混凝土板方法用来解决这个问题;然而,这种方法产生很大的应力集中在1 m从桥上结束。根深蒂固的混凝土板的机械承载能力不足,容易产生结构性破坏。此外,纵向坡度变化率也非常高。要克服这些局限性和解决这个问题,低分区slab-pile地基处理方法的建议。的建设提供了方法,案例研究的结果分析了现场监测和ABAQUS有限元仿真模拟执行显示良好的协议。结果表明,机械轴承的特点提出低分区slab-pile地基处理方法比传统的根深蒂固的混凝土板的方法,因此,结构抗损伤。此外,由于桩基提高地基承载力、纵向坡度变化率的新pile-slab复合地基是根深蒂固的2.5倍,混凝土板技术。因此,低分区slab-pile地基处理方法可以更好地处理桥梁碰撞问题。

1。介绍

岩石和土壤学者相当重视研究软土基础的稳定和解决在高速公路上。在实际工程中,桥梁的问题最终碰撞引起的软基沉降已经很难控制和解决,和一些研究人员试图解决这个问题。

黄和小1]构造板在一个角度以减少碰撞的问题形成的板。施等。2,3)进行了三维有限元分析考虑之间的交互方法板和土质路堤,他们发现,当板从土壤中分离,板的方法是在破坏状态。罗宾逊和月神4)使用有限元分析探索土壤embankment-bridge结构不均匀沉降密苏里州两个桥梁和为建设序列提供了建议。陈等人。5)专门研究了裂纹的板的负载下车辆的方法。罗伊和Thiagarajan6)进行了数值分析研究裂缝的程度和位置通过执行一个板的非线性有限元分析。

基于当前治疗方法的应用现状,桥结束撞问题仍然出现,影响正常使用和公路桥梁的耐久性。一种有效的方法来确定和治疗的桥梁碰撞问题仍然需要结束。传统的桥方法板技术存在一些局限性,如对板的底部很容易从土壤中分离,这是不利于板变形和轴承。因此,有必要改进传统桥方法板和优化板布局和结构设计。

约瑟夫et al。7)提出了一种新的设计方案,测试,进行长期监测和有限元分析来证明新设计更好的轴承性能比现有的板设计。Yi-qiang et al。8)提出了一种深混凝土板治疗方法;混凝土板放置在某一深度提高桥的应力分布和变形结束路基。陈和Abu-Farsakh [9)提出了一种新的设计方法板:改善板的抗弯刚度使用加筋土基金会(RSF)支持在道路路面板和交通负荷/方法板缝(R / S联合)。Puppala et al。10)推荐使用发泡聚苯乙烯(EPS) geofoam路堤填土为材料,根据监测和建模研究,作为一种有效的措施减轻微分定居点桥下板的方法。

同时,许多学者提出采用桩基础提高地基承载力加固桥梁的基础。林和黄11]研究了可变长度的水泥搅拌桩的复合地基处理的问题最终撞在高速公路桥梁。通过现场和实验室测试,发现一个可变长度的水泥搅拌桩是简单而有效的治疗桥头路堤的沉降的差异。旧路改造和维护项目在软土地基上,相应的路堤桩被Gunalan et al。12]。根据现场试验和监测数据,桥梁基础之间的交互和详细分析的基础。伯克尔et al。13]采用治疗方法结合桩基础和混凝土板的方法,提高了治疗的完整性基础,对防止桥端具有明显影响碰撞引起的沉降差。Zhang et al。14)开发了fixed-geosynthetic-reinforced和桩基路堤燃煤路堤)消除之间的沉降差一座桥和一个邻回填路堤。现场测量的结果的比较研究和传统(CT路堤)和(GR路堤)方法表明,燃煤路堤更有效地改进。肖et al。15)进行了一系列三维(3 d)离心机模型试验的方法在粉质粘土路堤存款提高cement-fly ash-gravel (CFG)桩与土工格栅相结合。此外,数值进行了研究[16,17),这表明桥台桩的性能显著提高与CFG桩加固地面时在路堤的方法,因为它有助于最小化的风险撞桥底。

研究发现,因为不能避免,解决软土地基的关键问题在于如何开发一个良好的解决协调变形处理技术。基于这项研究在桥上结束跳问题,本文提出了一种新型的软地面公路大桥跳结束治疗technology-lower分区slab-pile基础和技术验证了实际应用的可靠性。通过现场工程监测和数值模拟预测,实际和理论预测,分别验证。低分区slab-pile基金会的工作特点进行了分析并与前面不同的处理技术,并验证了该技术的有效性。它提供了一个参考处理桥梁碰撞问题在未来。

2。低分区Slab-Pile基金会

2.1。场104国道,温州

典型的软基加固京福线某桥涵桥建在瓯海G104国道的地区,温州的城市,浙江省,中国,被选为案例研究(图1)。这座桥是位于K1934 + 813 G104国道和是一个重要的交通节点。以来大桥路基没有治疗之前,现场调查发现问题,如骨骼和凹坑桥面,恶化的桥面,超大桥台沉降和渗流被大差距。此外,还有一些明显的裂缝。在桥的部分,有问题,如路基伸缩缝和上层板和地质问题导致桥梁碰撞问题。

工程地点位于温州的城市,位于浙江省东南沿海。温州平原周围是山和海,地势平坦。其浅层季海洋沉积物,湖泊沉积物、及其过渡冲积海洋沉积物,湖泊沉积物、软弱地层,通常相对较厚,大约30∼65米。地层的岩性包括软土、粘土、淤泥土和细沙。其中,软土地层最大影响的建设项目,包括粉土和粉质粘土土壤,这是广泛分布在平原地区,有一个很大的厚度,非常可怜的工程地质性质。

2.2。Slab-Pile复合地基的细节

没有治疗的方法是采用原桥上结束路基。在维修过程中,沥青被夷为平地,消除结算。然而,这种治疗并不能解决桥头跳的问题。进一步说,这导致问题开车/旅行舒适和连续返工和维护。有一个常数增加维修成本和日常旅行不便,造成不良社会影响,增加了劳动力,增加支出。因此,为了克服这些问题,原表面沥青层已被排除,和一个新的桥梁路基治疗计划的目的是结束。

由于软土基础的质量在项目网站,一个大型定居点将上部荷载的作用下发生。因此,解决刚性基础之间很容易发生过度桥桥路和灵活的基础,导致桥端肿块。建议使用不同的设计来改善桥梁的沉降曲线的控制端路基和减轻桥端碰撞效果。为此,它是决定使用低分区slab-pile基金会计划控制的软基桥端减轻桥的现象端碰撞问题。(一)步骤1。道路和桥梁的建设范围结部分结合低分区设计部分的长度10米,开挖步治疗。桥头路基的开挖的长度是11米,两边是发掘到路边或土壤的肩膀。低分区的宽度小于道路的宽度。(b)步骤2。最低路基的开挖深度是2米。aexcavating设计标高后,平进行治疗。10厘米的砾石和其他water-permeable材料放置在底部的基坑施工工作表面。设置完成后,螺旋桩。(c)步骤3。螺旋桩直径50厘米,排成两排六人。桩身混凝土强度等级的C30,和一根的最大长度是32米。桩的顶部被预留给连接的支持。施工完成后,桩的顶部被夷为平地,砾石垫的厚度20厘米。(d)步骤4。钢筋混凝土支撑根据预留钢筋浇筑桩的顶部。支撑梁采用C30混凝土。总共三个支持安装。第三加强的底部压实后,桩基础是不提供的。第一个支持是留给低分区板连接钢筋,和外的部分是护套PVC管,确保较低的分区可以旋转一定的角度在搭接,而后者两个支撑梁与低分区不保留连接板。钢筋在独立的目的。支撑梁后维护强度满足规范要求,熔渣是正确回填和压实低分区板的底部。(e)步骤5(图2)。低分区使用C30混凝土现浇板完成。HRB400钢钢种。低分区板是10米长,5米宽,30厘米厚。低分区板后治愈,以满足一定的强度要求,上部路堤填满。低2厘米建设联合保留分区石板,它充满了一个沥青垫和一个双层钢塑网格放在联合缝,以防止反射裂缝。(f)步骤6。维护后低分区板强度满足规范要求,渣填料具有良好的透水性是回填和压实路面层的底部表面。

验证设计假设和监控性能低分区slab-pile基金会的各种仪器安装现场。现场监测计划是完成建设的持续监控板的车辆。安装工具包括以下:(一)解决方案:如图3、沉降监测在相应的重要节点上执行pile-slab结构,也就是说,枕梁的位置,三个沉降观测点设置在桥上结束路面(C1, C2, C3)。解决不同位置桥的一端是监控;观察点位于5、10和15日分别从桥上。(b)土压力:土压力盒是用来测量垂直负载共享由低分区板和周围的土壤。下两个低分区板,两个土压力盒埋在两个低分区板确定董事会的压力和板下的土壤是否会被清空。土压力盒测量范围:0.1 - -1.0 MPa。计算公式是 ,在哪里P实测土压力值(kPa),f_我是当前阅读的压力传感器(Hz),f₀是压力传感器的初始读数(Hz),然后呢K是压力传感器的校准系数(kPa /赫兹²)。所有仪器安装后桩构造和构造板前。土压力传感器监测的便携式测试仪。

3所示。有限元分析

3.1。有限元模型

本文有限元分析是用来模拟项目的数值模拟结的道路和桥梁使用低分区slab-pile基金会法和深层混凝土板法建立二维(2 d)分析模型(图4)。

选择一个典型的部分进行仿真分析。路面的长度是20米和深度是46米,可消除边界的影响对仿真结果的影响。网格的总数是41490,其中土壤元素的数量是38827,pile-slab复合地基元素的数量是1200,在渣层的元素数量是1197,并在路面层网格的元素数量是266。土层的索引所需的建模得到了根据工程检验报告和实验室测试。土层参数如表所示1。其中,土壤采用修正剑桥模型。30 GPa模量,泊松比为0.2,人行道上弹性模量是1.4的绩点,泊松比为0.2,回填土层的弹性模量是14 MPa,和泊松比是0.35。桩土接触使用地对地接触,很难接触正常,切向接触是点球接触,摩擦系数是0.35。其他联系人联系人都困难。首先,静地分析步骤对整个模型使用了正确的初始应力场,然后是土壤分析步骤考虑孔隙压力消散,在不同的时间和结算处理效果模拟,然后分析。大桥通车后,负载相当于10.5 kPa和总分析时间是730天。

3.2。仿真结果

图5显示垂直应力、垂直位移、孔隙压力和位移矢量的结果第一天的730天有限元分析模拟。从图可以得出结论5的垂直应力明显不会改变和集中应力产生的联合堆板。垂直位移随时间逐渐增加,随着桥端距离的增加,位移也增加。这只是通车时,产生超孔隙水压力和最大价值是10.46 kPa。随着整合的发展,孔隙压力基本上消散在60天。变形矢量随时间逐渐增加,最大是19.45厘米,深度逐渐减小,随着距离的增加从桥上结束,最后达到最大的治疗部分,表明pile-slab复合地基可以完全处理解决。

3.3。监测结果和预测分析

沉降和土压力监测数据与仿真结果是一致的,和所有的值趋向于稳定的两个月后。图6给出了仿真结果和监测数据进行结算。结果基本上是一样的。的解决路基顶面与地基沉降的增加变大。同时,路基的沉降曲线的顶部表面处理后的复合地基pile-slab抛物线在治疗区域的桥。曲线的斜率和范围有关的结算价值基础。首先,桥上的负载被发现重复,因此,解决更明显。然而,随着时间的推移,桥的整体刚度部分进一步增加;未经处理的区域较小的刚度和结算是显而易见的。尾板的自由端。

图7表明,土压力的模拟结果和监测数据,和规则相对一致。完成建设和车辆通过时,整个pile-slab复合地基逐渐强调并开始工作。土压力盒由低分区压缩板,开始被强调。值逐渐增加,最后达到稳定。土壤和pile-slab的网复合地基总是联系,所以没有循序渐进的力量的过程,但双方最终结果并非完全不同。在上部荷载下,两桩T1承担大部分上部荷载,土压力在T1是相对稳定的,从20 kPa 33 kPa逐渐增加。T2的右边是自由端,解决大,T2的土压力随时间逐渐增加,土压力大于T1,它逐渐从27个kPa 48 kPa和发展趋于稳定后60天。

它可以看到的数据结算和土压力,在上部荷载下,土壤是合并两个月和整体结构的相对稳定。此外,压力和沉降板2大于那些板1,和治疗的效果是符合预期的假设,这有助于解决实现光滑曲线过渡。

4所示。力学性能较低的分区Slab-Pile基础

4.1。板结构的力学分析

图8显示了沉降、水平变形和上水平应力板1天,30天、60天、730天。从图可以看出8所有参数的值改变了,第一个月最多,两个月后,合并完成后,因此,变化很小。两个低分区板解决不同的斜坡;第一个板有一个小的定居点,最大是1.5毫米,几乎没有水平位移。第二个板有14.1毫米的最大沉降和水平位移的大约0.3毫米。在0 - 5米区域,两桩的支持增加了整体刚度的基础,因此,解决小,5 - 10 m的刚度面积小得多,和尾巴圈的自由端。因此,解决更明显。有两个板的沉降突变5米;然而,由于支撑和较低的分区之间的连接板是一种半刚性的semihinged种植PVC管,上部与渣回填。它没有任何重大影响。的整体变形板符合预期的情况下,总体处理解决阶段,和横向变形和沉降板并不大,这不会导致结构失效。 The axial force of the slab is shown in Figure8 (c)。除了大型桥台端附近的拉应力,最大负载972.8 kPa。其他职位的产生压应力。最大压应力的最大压应力板1 300.5 kPa,和板的最大压应力2是441.3 kPa。

4.2。桩结构的力学分析

数据9和10显示水平变形、沉降和桩侧摩擦阻力的两桩正常化后1天、30天、60天、730天。促进力的比较这两种桩的特点,纵坐标是标准化的。从图可以看出,60天后,整合完成后,变化很小。此外,右边比左边短桩长度和总摩擦阻力小于左桩,导致左桩的沉降大于。根据上部荷载,板是流离失所的下行左侧板转移和低侧由于逐渐过渡板的沉降趋势从左到右。逐渐的水平位移随深度的增加而减小。离开桩的水平位移为0.19毫米,最大沉降两年后为0.16毫米。两年后,水平位移是最多最多1.1毫米,结算1.6毫米的堆。上部荷载的作用下,边摩擦阻力逐渐功能和整个维形状分布。两桩侧摩擦阻力逐渐出现从上到下沿着深度方向的堆。 The frictional resistance of the pile in the middle section reaches the maximum value, and the side friction resistance of the 32 m pile was 5.43 kPa. The side friction resistance of the 20 m pile was 3.73 kPa. The negative frictional resistance occurs at the pile end on both sides. This is mainly because of the large rigidity of the pile. The compression deformation of the pile end soil under the load is greater than the deformation of the pile body, and thus negative frictional resistance occurs. In the middle of the pile, the soil on the pile side is stressed. When the soil deformation is reduced, the pile body moves downward relative to the soil body, and the side frictional resistance of the pile becomes positive, which prevents the pile from moving downward.

4.3。与纯板结构

图11图显示了水平应力和垂直应力的复合地基pile-slab纯板的仿真结果。60天后,整体力量基本上是稳定的。水平应力产生很大的应力集中的板,和他们两人的上部上方的现象了。然而,pile-slab的复合地基的应力分布更均匀,和整体应力水平只有1/3的纯板。pile-slab复合地基产生大的垂直压力,因为支持pile-slab桩的联合,而纯板将有一个大的垂直应力集中在1 m的接触的桥梁。nonstress集中地区,两个垂直压力水平没有明显不同。因为纯板式基础只有一个板,只能旋转的桥梁,会产生一个很大的应力集中在斯坦福桥结束,结算时将损坏太大。pile-slab复合地基的应力分为多个部分进行处理,结构更稳定,难以打破。

图12显示了新pile-slab复合地基深板技术,和7天,30天、60天、730天的路面沉降曲线。纵向坡度的变化速率是一个重要的指标来确定bridge-bridge bridge-bridge联合部分中跳跃。我=Δh/l,在那里我是纵向坡度变化率(%)桥的部分,Δh是选择的路面沉降(毫米),然后呢l是选择路面长度。我们选择了一个6米的长度桥端截面研究纵向坡度的变化速度。结果如表所示2。从表中可以看出,不仅纵向坡度变化率很大而且不均匀沉降发生在桥和路的交界处。在桥台和路基之间的结,13.4毫米的步骤组成。pile-slab复合地基和根深蒂固的混凝土板技术可以控制沉降曲线。然而,纵向坡度变化率的深层板技术在730天的2.5倍桩复合地基和盘子。这表明低分区slab-pile基金会的治疗方法可以更好地减轻桥头路基的沉降问题。

5。结论

介绍的情况下使用一个新的pile-slab桩复合地基处理桥头跳。首先,较低的治疗方法提出了分区slab-pile基础,并详细介绍了施工方法。基于现场监测和有限元建模分析的结果,可以得出以下结论:(1)第一次的方法治疗桥以集成混凝土baffle-pile基金会提出了结束。通过桩、板的整体行动,该基金会基金会是分散压力,这不仅可以减少结算还提高道路和桥梁的沉降差确保基于一定规则的平滑过渡。(2)通过嵌入监测仪器,长期定居,土压力的变化测量,和开发的土压力板1被发现相对稳定;它逐渐从27个kPa增加到33个kPa。板2下的土压力变化相对较大,从27个kPa逐渐增加到48个kPa,反映了土壤的压力较低的分区。分析表明,低解决混凝土低分区避免桥头跳。这种现象的影响是好的。(3)摘要朱熹的过渡段桥,我们建立了同样大小的有限元模型,结合现场实测数据和分析和预测的长期解决桥梁过渡段结束。结果表明,长期影响的分区slab-pile基础沉降处理很好。根据假设,过渡段桥的一端光滑,和桥的力学性能进行了分析。整个桩的摩擦阻力是d样式。堆在中间部分的摩擦阻力达到最大值时,和负摩擦阻力发生在桩结束。的最大32 m桩侧摩阻是5.43 kPa,一边摩擦阻力是3.73 kPa。(4)由有限元法的结果相比低分区slab-pile基金会是传统的治疗过程。水平应力两种方法产生很大的应力集中在板端,两种方法也表现出现象,上部的压力下拉。然而,pile-slab的复合地基的应力分布更均匀,和水平应力水平只有1/3的纯板。pile-slab复合地基产生很大的应力集中的联合pile-slab由于高桩板的垂直压力,和纯板将有一个大型垂直应力集中在1 m的接触桥,由于桩基。提高基础的承载力,根深蒂固的混凝土板的纵向坡度变化率技术的2.5倍桩的复合地基板。这表明低分区slab-pile地基处理方法可以更好地处理桥头过渡的问题。

这项工作的重点是提出一种新的方法来处理桥端碰撞问题一个新的pile-slab复合地基。新施工方法的三个方面(板桩结构的力学分析、力学分析结构,和最终的效果解决控制)以实际案例研究结合现场监测和数值模拟,与原方法相比。未来的工作将集中在新pile-slab复合地基的优化设计。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究工作是由中国国家自然科学基金(51808407号;41572284;51578427),浙江省公共技术应用研究项目(2014 c33015),和温州科技重大项目(ZS2017002)。

引用

1. h·k·w·黄和j . c .小,”取向方法石板路面变形的影响,“交通运输工程学报,卷120,不。4、590 - 602年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. x m·施c . s . Cai g . z . Voyiadjis >,混凝土的有限元分析方法对土路基板陈纯,莱斯顿,弗吉尼亚州,美国,2004年。
3. c . s . Cai x m .史g . z . Voyiadjis和z . j .,“桥梁结构性能的方法石板下路基沉降,”桥梁工程,10卷,不。4、482 - 489年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. j·l·罗宾逊和r·卢娜密苏里州大桥变形分析的建模方法陈纯,莱斯顿,弗吉尼亚州,美国,2004年。
5. D.-H。陈,美国Nazarian, j .乐队“失效分析的桥梁与破解方法板和漏沙堤,”《构建设施的性能,21卷,不。5,375 - 381年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 罗伊和g . Thiagarajan”板钢筋混凝土桥的非线性有限元分析方法,”桥梁工程,12卷,不。6,801 - 806年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. h·h·约瑟夫,t . Abu-Amra n . Suksawang y Khodair, n .沙,“桥方法的现场调查和性能板。”结构和基础设施工程,5卷,不。2、105 - 121年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. x Yi-qiang s Yun, j . Fu-gen l . Wei和z Shu-ren,“根深蒂固的混凝土板的案例研究路堤沉降控制桥方法,”哈尔滨理工学院杂志》上,42卷,不。1,第167 - 163页,2010年,在中国。视图:谷歌学术搜索
9. 问:陈和m . Abu-Farsakh“减轻桥结束撞问题:一个案例研究了合成新方法板系统的土壤基础,”土工织物、土工膜,44卷,不。1,39-50,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. a . j . Puppala p . Ruttanaporamakul和s . s . c .国会“轻量级嵌入式geomaterial EPS geofoam路堤的设计和施工控制的清算系统,”土工织物、土工膜卷,47号3、295 - 305年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. k问:林和i . h Wong“水泥深层搅拌,以减少使用定居点在桥方法,”岩土和Geoenvironmental工程杂志》上,卷125,不。4、309 - 320年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. k . n . Gunalan c·克里斯滕森c·汉森和k . Hirschmugl加快建设桥梁桥墩:遗留百汇项目,UT陈纯,莱斯顿,弗吉尼亚州,美国,2004年。
13. r·m·伯克尔·m·a .茴鱼j .钟s . c . Das和m . Morvant“石板桩基桥梁性能的方法,”桥梁工程,10卷,不。2、228 - 237年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. j . j . Zhang郑、d .赵和陈,“加劲挡领域研究新技术的性能和桩基路堤在桥的方法,”中国科学技术科学卷,59号1,第174 - 162页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. d·肖g . l .江d·廖y . f . Hu和x f .刘”的影响cement-fly ash-gravel桩基方法对桥台桩在软弱地基路堤,”《岩石力学与岩土工程,10卷,不。5,977 - 985年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. Z.-X。h .霁,j·汉,c . Yu”数值模拟颗粒列崩溃用拉格朗日方法耦合的土壤临界状态模型,”工程计算7卷,第2504 - 2480页,2019年。视图:谷歌学术搜索
17. Z.-Y。阴,z, p . Kotronis, Z.-X。吴”,小说SPH SIMSAND-based方法建模的颗粒崩溃,”国际地质力学杂志ID 04018156条,卷。18日,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2020余杨等。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。