高速铁路桥梁桩基工后沉降机理与预估方法研究

The settlement after acceptance control of pile foundation, especially in the soft ground, is a key technology in design and construction of high-speed railway. But the corresponding researches are far lagging behind the needs of engineering practice for lacking technology data and immature computation theory. The key problems include the mechanism and calculation methods of pile foundation. The methods of field tests, laboratory experiments, theoretical analysis and numeric calculation will be adopted systematically in this research to study on long-term evolution settlement law, the influence law and extent of the settlement after acceptance due to long-term high-speed train load，the influence law and extent of the settlement after acceptance for the creep and consolidation of soil and the creep of pile foundation concrete subjected to dead load. the calculation methods for the settlement after acceptance of pile foundation will be established. Based on it， the mechanism of the settlement after acceptance will be revealed . These achievements can provide the basis for the pile foundation design and calculation methods for the settlement after acceptance. The methods and means for evaluating the settlement after acceptance and ascertaining the reasonable time for laying tracks will be provided. The significant references for guide revising will be presented, so the further study on the mechanism and calculation methods of settlement after acceptance of the high-speed railway bridge pile foundation have great theoretical and practical significance.

桥梁桩基工后沉降控制是高速铁路设计和施工最为关键的技术之一，特别是在软土地区，这一问题更为突出,然而目前相关资料积累不多，计算理论还不成熟，研究远滞后于工程实践的需要。桥梁桩基工后沉降研究的关键问题包括桩基工后沉降产生的机理和预估计算方法。本项目拟应用现场测试、室内试验、理论分析和数值计算相结合的方法，对高速铁路桥梁桩基长期(工后)沉降变形演化规律、长期高速列车荷载对桩基工后沉降的影响规律和程度、恒载作用下桩端（间）土固结蠕变和桩基混凝土徐变对工后沉降影响规律和程度等问题进行系统深入研究，建立高速铁路桥梁桩基工后沉降预估计算方法，并在此基础揭示工后沉降产生机理。研究成果可为高速铁路桥梁桩基的设计和工后沉降计算提供理论依据，为评估桥梁桩基工后沉降、确定满足桥梁桩基工后沉降限值的合理辅轨时间提供方法和手段，为规范、指南的修订、完善提供重要科学依据。具有重要的理论意义和工程应用价值。

桥梁桩基工后沉降控制是高速铁路设计和施工最为关键的技术之一，特别在软土地区，这一问题更为突出,然而目前相关资料积累不多，计算理论还不成熟，研究滞后于工程实践的需要。采用现场测试、室内试验、理论分析和数值计算相结合的方法，对高速铁路桥梁桩基长期(工后)沉降演化规律、列车荷载对桩基工后沉降的影响规律和程度、恒载作用下地基固结蠕变对工后沉降影响规律和程度、桩-(泥皮)-土接触面力学特性及泥皮在接触面中的作用机理、高速铁路桥梁桩基工后沉降预估计算方法、满足桥梁基础工后沉降限值的合理铺轨时间确定方法和工后沉降的机理问题进行系统深入研究。结论如下：. (1)列车荷载引起的振动幅值，经过梁、支座、墩，传到承台顶时，衰减显著，在承台顶的响应微弱。列车动荷载作用下产生工后沉降小于0.5mm，桩顶沉降与振次关系分为初期沉降随振次近视线性增加、沉降速率变缓和累积沉降趋于稳定三个阶段。稳定后不会引起附加的工后沉降。列车荷载对桥梁桩身轴力、压缩变形和桩侧摩阻力的大小、分布影响甚微。.(2) 现场长期监测试验获取了大量宝贵的高速铁路桥梁桩基长期沉降数据，揭示了高速铁路桥梁桩基沉降产生机制和发展规律。.(3) 提出了模拟桩侧表面粗糙度的表征参数及取值, 混凝土-土接触面存在临界粗糙度Icr=1cm，探明了泥皮影响混凝土-土接触面强度特性的规律和机理：混凝土-(泥皮)-土接触面抗剪强度遵循摩尔-库仑准则，泥皮弱化了接触面强度。混凝土-泥皮-土接触面本构关系可表征为“双曲线”模型。.(4) 提出了能考虑高速铁路桥梁桩基的实际受荷情况和地基土层蠕变特性的长期沉降计算方法，并研制了相应的计算程序；提出了基于实测数据的桥梁桩基工后沉降加权组合预测方法和满足桥梁基础工后沉降规范限值的合理辅轨时间的确定方法，并研制了相应的计算程序。.（5）高速铁路桥梁桩基工后沉降监测和预测结果表明，桩基沉降速率缓慢，并趋于稳定，工后沉降值小于20mm，满足规范限值要求。在现有设计参数条件下，列车荷载对桥梁桩基工后沉降影响可以忽略，桩基工后沉降的主因为恒载作用下桩基的固结蠕变沉降。.研究成果揭示了桥梁桩基工后沉降发展规律和变形机理，能为评估高速铁路桥梁基础工后沉降、确定满足桥梁基础工后沉降限值的合理辅轨时间提供方法和手段。可为客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南的修订、完善提供重要依据。