论文总字数：21284字

摘 要

随着我国经济的迅猛发展，高速铁路的兴建也进入了前所未有的新阶段。而场地上的煤矿，钢材等材料的大面积堆放，堆载预压法等地基处理方法的施工，都会对临近高铁线路产生巨大影响。当堆载作用下存在大厚度的软粘土时，地基土将产生较大的沉降和水平位移甚至达到塑性破坏。地基土的水平位移会使临近高铁线路的桥桩基础受到挤压，产生很大的弯矩和变形，严重影响桩的承载力。而地基土的竖直沉降，会使桥桩基础受到一个向下的负摩擦力，影响桩基础的正常工作状态。最后导致高铁线路产生水平位移和不均匀沉降，影响高速铁路运营的稳定与安全。所以堆载对高铁桥桩基础的影响对重要的堆载工程的施工和保持高铁运营的平顺性，安全性，具有巨大意义。

本文结合实际工程案例，采用理论分析和数值模拟结合的方法，对堆载作用下，高度铁路桥桩基础的受力和变形进行了研究，具体工作如下：

1. 对国内外已有的研究进行了介绍和总结，制订了研究内容和技术路线。
2. 对在堆载作用下桩的受力特性进行了理论研究，对桩土作用关系，桩的受力变形特点，和中性点位置的确定方面进行了分析
3. 结合实际工程案例，对浙江宁德填海造地项目的场地工程地质条件进行了分析，做出了模型的简化和选择了合理的土层参数，为下一步的数值模拟做好了铺垫
4. 建立几何模型，选取了桩土的本构方程，对实际工程案例进行了数值模拟，研究了堆载作用下桩的受力和变形，并设置不同的堆载条件，分析了不同堆载高度和不同堆载位置对于桩基础的影响。
5. 对施工方法和桥桩基础的加固给出了合理化建议，对于此类工程的施工具有重要意义。

关键字：堆载 桩基 受力变形 数值模拟

Abstract

With the rapid development of China's economy, construction of the high-speed railway has entered a new stage. Site of mine, widespread stacking of materials such as steel, construction of Foundation treatment method of preloading, near the rail line will have a huge impact。When loading the next when there is a thick clay, settlement and horizontal displacement of soil will have a greater reach plastic failure Horizontal displacement of soil pile foundation of the adjacent rail lines are squeezed, generated a great deal of bending moment and deformations, seriously affecting the bearing capacity of pile。Vertical subsidence of Foundation soil, makes a downward negative skin friction of pile foundation and effect of pile foundation of a functional State. Finally led to the high speed rail line horizontal displacement and differential settlement, affect the stability and security of railway operations. So loading Gao Tieqiao influence on important load of pile foundation engineering of construction and maintenance of ride comfort of high-speed rail operations, safety, is of great significance.

Based on an engineering case, theoretical analysis and numerical simulation methods, under the action of load, height of railway bridge pile foundation study on stress and deformation of, specific tasks are as follows:

1. on the introduction and summarize the existing research at home and abroad to develop research and technology.
2. under the loading the studies stress characteristics of pile and pile-soil interaction and pile deformation characteristic and analysis to both the neutral position of the pile.
3. Actual projects, Ningde reclamation project of Zhejiang engineering geological condition of the site is analyzed and made a simplified model of soil parameters and choose a reasonable for the next numerical simulation of laid.
4. Construction of geometric models, selected pile-soil constitutive equations to simulate the actual case, study on stress and deformation of pile under loading, and sets the different loading conditions, analyzes the different loading height and the effects of different loading locations for pile foundation.
5. Construction method and pile foundation reinforcement gives the rationalization is important for the construction of such projects.

Keyword: surcharge pile force and deformation Numerical simulation

目录

摘要 1

第一章 绪论 6

1.1研究背景及意义 6

1.2 国内外研究现状 7

1.3 附近施工对高铁影响的研究 8

1.4研究内容及关键问题 10

(1)研究内容 10

（2）关键问题 11

1.5设计流程 11

第二章堆载作用下桥梁桩基的受力特性分析 12

2.1概述 12

2.2堆载作用下桩一土的受力机理分析 12

2.3桩基的荷载一沉降特性 13

2.4堆载作用下桩的负摩阻力特性 14

1.概述 14

2．堆载作用下负摩阻力的产生机理 15

2.5中性点位置的确定 15

1.规范估算 16

2.计算、绘制桩与土相对位移关系曲线方法 17

3.基于桩的荷载传递方法 18

4.存在的问题 18

第三章地质概况及参数选用 19

3.1、宁德市滨海大道及周边围填海项目概况 19

（1）宁德滨海大道项目 19

（2）填海造地工程项目 20

（3）东湖外湖防洪排涝减灾工程项目 20

3.2 温福铁路宁德特大桥概况 21

3.3宁德市铁基湾围填海项目施工方案 21

3.4宁德市铁基湾围填海项目与宁德特大桥的相互关系 22

3.5计算参数的选用 23

（1）土层计算参数确定原则 23

（2）桩基础计算参数 25

（3）计算工况 25

第四章 数值模拟 26

4.1迈达斯简介 26

4.2几何模型建立 27

4.3材料本构模型的选取 28

第五章 结果分析 29

5.1地基土的变形 29

5.2桩的位移 30

5.3堆载高度对桩的影响 31

5.4堆载位置对桩的影响 32

第六章 保护与加固措施 33

6.1 优化堆载方案 34

6.2地基加固措施 34

第六章 结论与展望 35

7．1结论 35

7.2不足 35

7.3展望 36

参考文献 37

致谢 38

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着地方的建设和快速发展，临近运营高速铁路建筑物及堆载工程日益增多，而大量新建建筑物及堆载作用使得高铁线下的土体区域受力平衡被打破，引起土体应力重分布，最终对高铁的路基和桥梁，乃至线上轨道结构产生附加沉降和水位变形影响，特别是在软土地区，土质条件大多为粉土、软黏土，土体压缩模量和地基承载力较低，导致软土地区修建的高铁更容易受到临近施工的影响。在临近高铁的新建建筑物及堆载若处理不当，势必会引起高铁桥基侧移、路基竖向及水平向位移等问题。

经调查，新建建筑物和堆载已成为引起运营高铁产生附加变形的重要因素，如沪宁高铁的K165 898～K166＋202段，由于临近基坑抽水、路堤北侧堆土使得高铁路基德最大沉降量达到了56.50mm，最大水平位移达到了26.7mm。沪杭客专K45 130～K1 230，由于路基左侧堆载，使得高铁路基最大沉降达到了24.89mm，水平位移79mm。新建建筑物及堆载对运营高速铁路桥梁桩基的影响也非常大，京沪高铁大胜关大桥K1007 668一侧堆载导致墩体最大水平偏移达23.4mm。堆载对武黄城际桥墩产生的最大横向偏差达366mm，对高铁产生的危害是非常大的。综上分析，新建建筑物及堆载对运营高铁产生的变形影响非常严重。而对此类相关工程在进行前，未进行相应的影响评估也是诱导运营高铁产生变形的重要原因。根据规范要求，高速铁路无砟轨道对桥梁和路基的沉降变形以及轨道的平顺性要求极为严格。《高速铁路设计规范（试行）》要求无砟轨道路基工后沉降量应符合扣件调整能力和线路竖曲线圆顺的要求，路基的工后沉降不宜超过15mm，路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm，不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。对于桥梁结构，控制的墩台均匀沉降不应大于20mm，相邻墩台的沉降差不应大于5mm。

综上对高铁两侧新建建筑物、堆载工程进行安全评估已成为当前迫切需要解决的问题。而国内外在此方面的研究尚处于探索阶段，如何较为准确评估新建建筑物、堆载工程对高铁路基、桥梁以及轨道结构的影响是本课题研究的核心。本文将采用数值模拟的方法对宁德市滨海大道及周边围填海项目对温福铁路的影响进行评估，预估高铁路段的竖直和水平位移，进而从规划、设计、施工工艺等方面合理优化，并尽可能的将影响控制在允许范围内，以避免影响铁路运营的安全性和舒适性，确保高铁运营安全。

针对堆载在实际工程中对高铁桥梁桩基的影响,以及当前对桥梁桩基在堆载作用下位移变形特性的研究现状,很有必要对堆载作用下的桩变形特性进行深入研究。本文从堆载作用下桩一土的相互作用机理出发,系统研究堆载作用下桥梁桩基的受力及位移特性,为高铁桥梁桩基设计和施工提供理论依据。课题研究具有重要的理论意义和工程价值。

1.2 国内外研究现状

近年来，由于堆载预压法在处理软土地基中的广泛应用使得堆载在各项施工中越来越常见，大面积矿料，煤炭，钢铁的堆放也常常引起对仓库厂房等建筑物的破环，堆载对于周边其他既有结构的影响也突出的表现出来。对此，各个专家学者运用了现场测试，理论计算，数值模拟的方法就堆载对于周边路基，桥梁桩基，既有建筑，边坡的影响进行了一系列研究。

同济大学的周建，张超[1]等通过对某矿石堆场周围的建筑进行了一年半的长期监测，发现大面积堆载将引起堆场周围建筑物的沉降，垂直堆场方向建筑物离堆场越近沉降越大，平行堆场方向越靠近堆场中部沉降越大。堆场堆载会引起堆场周围土体的侧向位移，地表土体朝向堆场方向移动，而深层土体受挤压远离堆场方向运动。

石晓东，陈卫[2]等对某堆放钢卷厂房的案例进行了理论计算，对厂房柱基复合地基进行承载力验算，和变形稳定性验算。得出了地面堆载引起地基土侧向变形而挤压桩基，使桩挠曲、水平移动，甚至断裂； 地面堆载引起桩周地基土的固结沉降变形，土将相对桩向下移动，在桩身产生向下的摩擦力——负摩擦力，其结果是增加桩的轴向荷载并产生附加沉降，造成不均匀沉降是厂房塌陷的根本原因。

孙中菊[3]运用理论计算和数值模拟的方法对地面堆载下埋管道的力学性状进行了分析，研究表明，管道类型，埋藏深度，土层情况，堆载类型对结果都有比较大的影响。并从控制堆载位置，设置隔离墙 ，进行地基处理，卸荷等方面提出了保护方法。

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