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橋梁與隧道工程專業(yè)畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告
一、選題背景
根據(jù)2015年國(guó)務(wù)院調(diào)整的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，截止到2020年我國(guó)將建成如圖1-1所示鐵路網(wǎng)。隨著鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵路網(wǎng)不斷加密必然會(huì)存在大量新建線路交叉、并行臨近既有線等情況。鄰近營(yíng)業(yè)既有鐵路施工不僅需要控制工程本身的安全風(fēng)險(xiǎn)，還需控制與營(yíng)業(yè)線相互影響引起的安全風(fēng)險(xiǎn)。高鐵建設(shè)過(guò)程中采用高架橋技術(shù)可以避免與其它線路平面交叉，節(jié)省用地，同時(shí)由于線路的全封閉保證了運(yùn)行的安全性。樁基礎(chǔ)作為結(jié)構(gòu)物的主要基礎(chǔ)形式之一，由于具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降小、抗震性能好以及能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于交通、港口、工業(yè)與民用建筑等領(lǐng)域。在高速鐵路高架橋施工中為了有效控制沉降，保障高鐵運(yùn)行時(shí)線路的高平順性，樁基礎(chǔ)得到了廣泛應(yīng)用。灌注樁具有施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，特別是在軟土地區(qū)，由于預(yù)制樁存在擠土效應(yīng)而受周圍環(huán)境制約，鉆孔灌注樁在施工中得到較為廣泛的應(yīng)用。樁基的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了灌注樁的理論與實(shí)踐的快速發(fā)展。灌注樁廣泛應(yīng)用于高鐵施工中。灌注樁施工是一個(gè)樁與周圍環(huán)境不斷相互作用的過(guò)程。灌注樁施工主要包括：(1)樁孔定位，泥衆(zhòng)制備;(2)鉆孔與灌注泥裝;(3)排査清空;(4)灌注混凝土。其中鉆孔與灌注泥裝、灌注混凝土及后期混凝土硬化承受上部荷載過(guò)程都會(huì)引起周圍土體應(yīng)力變化。若處理不當(dāng)，會(huì)引起周邊的環(huán)境問(wèn)題，影響到鄰近既有鐵線路運(yùn)行的安全性。
二、研究目的和意義
樁側(cè)荷載傳遞取決于樁土接觸面粗糙度、樁與土之間水平有效應(yīng)力大小以及土的剪切特性。其中樁土接觸面粗糖度依賴于施工方法和施工機(jī)械，通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定土層，同樣施工條件下，各樁的樁土接觸面粗糖度相差不大。而水平有效應(yīng)力和土的剪切性能取決于鉆孔時(shí)間、鉆孔置空時(shí)間、饒注混凝土前孔內(nèi)水壓力等土體現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力條件以及施工的一些具體細(xì)節(jié)影響。
三、本文研究涉及的主要理論
饒明貴(2003)[3]對(duì)既有線旁鉆孔灌注樁施工方法進(jìn)行了研宄，通過(guò)受力計(jì)算，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)條件，提出在一種可用于臨近既有線的鉆孔灌注樁的施工方法。羅鵬(2008)對(duì)鄰近既有線路橋梁挖孔樁基礎(chǔ)施工安全性分析進(jìn)行了研宄。由于土溪左、右雙線大橋臨近既有土溪大橋，施工設(shè)計(jì)圖考慮施工時(shí)可能影響既有線橋基礎(chǔ)，因此將新建橋壤的柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔樁。經(jīng)過(guò)施工方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘察及力學(xué)分析后，決定將其改為挖孔樁施工。經(jīng)實(shí)踐證明，此項(xiàng)措施不僅是安全可行的，還可大大節(jié)約成本。吳慶潤(rùn)(2012)以上海某高架橋鉆孔樁工程為例，介紹了大直徑超深鉆孔灌注柱施工中高護(hù)筒、清障、分層鉆進(jìn)、小鉆頭引孔等技術(shù)在鄰近既有鐵路施工中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，該技術(shù)可有效解決了施工中大直徑超深鉆孔樁施工，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等技術(shù)難題，為今后類似工程的施工提供了借鑒。朱建才(2012)進(jìn)行了鉆孔樁施工對(duì)既有橋橋墩安全性影響試驗(yàn)研宄，結(jié)果表明：鉆孔樁施工對(duì)周圍土體水平位移影響范圍一般在5倍樁徑范圍之內(nèi)，引起的最大沉降量?jī)H為5imn。對(duì)周圍土壓力和孔隙水壓力影響不大，新橋鉆孔樁施工對(duì)錢江二橋安全基本不存在影響。
Gunn et al (1993) 利用平面有限元方法模擬了鉆孔灌注柱施工過(guò)程。在此模擬方法中架護(hù)壁釆用由y = 12kN/rn3的自重應(yīng)力產(chǎn)生的靜水壓力，并假定開(kāi)挖過(guò)程中不透水�；炷琉堊⑦^(guò)程采用全混凝土壓力，從底部開(kāi)始換置泥衆(zhòng)。隨后，因新鮮混凝土而產(chǎn)生的靜水壓力被換成硬混凝土材料。F.C.Schroeder(2004) 首先利用軸對(duì)稱平面有限元分析了鉆孔灌注樁施工對(duì)附近既有降道造成的影響。其進(jìn)行了三種工況計(jì)算：前兩個(gè)工況未計(jì)入險(xiǎn)道存在，第三個(gè)工況模擬降道的開(kāi)挖后續(xù)效果。此后，該文進(jìn)行了三維有限元計(jì)算分析，但由于其程序限制，僅模擬了干鉆孔的樁基施工，未能分析伴有泥菜護(hù)壁過(guò)程的灌注柱施工過(guò)程。陳隆(2010) 使用Abaqus對(duì)灌注樁群樁施工進(jìn)行模擬，考慮了泥裝護(hù)壁、混凝土硬化、分級(jí)加載等因素，得到考慮施工過(guò)程對(duì)灌注樁承載力的影響。李智彥(2013)采用三維數(shù)值模擬，對(duì)新建橋梁的鉆孔灌注樁施工進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)了灌注施工各施工條件下對(duì)周圍土體應(yīng)力和變形的影響，并提出相應(yīng)的施工建議。高曉燕(2015)運(yùn)用Plaxis3DFoundation建立了某地鐵線樁板結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁施工三維有限元模型，采用應(yīng)力釋放模擬了鉆孔樁施工。
四、本文研究的主要內(nèi)容及研究框架
(一)本文研究的主要內(nèi)容
本研究在國(guó)內(nèi)外己有研究的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行以下研究工作：(1)對(duì)己有文獻(xiàn)進(jìn)行仔細(xì)研讀，深刻理解掌握灌注披施工對(duì)周圍環(huán)境及建筑影響產(chǎn)生的作用機(jī)理，研宄國(guó)內(nèi)外最新的相關(guān)成果。(2)闡述被動(dòng)樁計(jì)算方法中的地基反力法計(jì)算理論。針對(duì)具體實(shí)例，分別使用地基反力法及有限元法計(jì)算，對(duì)兩種方法進(jìn)行比較。(3)模擬灌注樁單樁施工過(guò)程，分析灌注樁施工引起的周圍土體位移及應(yīng)力變化。(4)使用有限元軟件Abaqus模擬灌注樁群樁施工對(duì)臨近客運(yùn)專線橋梁影響。解決模型計(jì)算分析中遇到的難題，如施工階段分步問(wèn)題、土體本構(gòu)模型參數(shù)選取問(wèn)題、被動(dòng)樁樁土接觸問(wèn)題。借助于有限元軟件的強(qiáng)大的非線性計(jì)算技術(shù)分析灌注樁施工對(duì)周圍土體乃至橋填-基礎(chǔ)系統(tǒng)的影響。
(二)本文研究框架
本文研究框架可簡(jiǎn)單表示為：
五、寫(xiě)作提綱
致謝 5-6
摘要 6-7
ABSTRACT 7-8
1 緒論 12-26
1.1 研究背景 12-14
1.2 灌注樁臨近既有樁基施工研究現(xiàn)狀 14-17
1.2.1 灌注樁臨近既有樁基礎(chǔ)施工方法研究 14
1.2.2 灌注樁施工數(shù)值模擬研究 14-15
1.2.3 灌注樁施工引起的周圍地基土空間變形研究 15-17
1.3 國(guó)內(nèi)外被動(dòng)樁研究現(xiàn)狀 17-23
1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法 17-18
1.3.2 室內(nèi)試驗(yàn) 18-20
1.3.3 理論分析方法 20-22
1.3.4 數(shù)值模擬法 22
1.3.5 研究現(xiàn)狀評(píng)述 22-23
1.4 研究工作內(nèi)容 23
1.5 技術(shù)難點(diǎn) 23
1.6 研究方法與技術(shù)路線 23-26
2 土體側(cè)移作用下被動(dòng)樁地基反力法與有限元法對(duì)比 26-40
2.1 被動(dòng)樁地基反力法求解 26-30
2.1.1 地基反力法假定 26-27
2.1.2 樁土相互作用的計(jì)算模型 27-28
2.1.3 水平位移控制方程 28-29
2.1.4 方程的求解 29-30
2.2 基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近既有樁影響 30-38
2.2.1 模型數(shù)據(jù) 30-32
2.2.2 地基反力法求解樁水平位移 32-33
2.2.3 有限元法求解樁水平位移及附加彎矩 33-35
2.2.4 理論解與有限元數(shù)值解對(duì)比 35-38
2.3 小結(jié) 38-40
3 鉆孔灌注樁施工過(guò)程的三維有限元模擬 40-62
3.1 ABAQUS介紹 40-41
3.2 有限元法分析灌注樁施工過(guò)程主要難題 41-44
3.2.1 地應(yīng)力平衡問(wèn)題 41-42
3.2.2 有限變形問(wèn)題 42
3.2.3 接觸問(wèn)題 42-43
3.2.4 生死單元問(wèn)題 43
3.2.5 空隙水壓力問(wèn)題 43
3.2.6 混凝土硬化問(wèn)題 43-44
3.3 灌注樁施工基本假定及建模過(guò)程 44-46
3.3.1 基本假定 44-45
3.3.2 灌注樁施工過(guò)程在Abaqus中的模擬 45-46
3.4 灌注樁單樁施工有限元分析 46-49
3.4.1 模型尺寸 46-47
3.4.2 模型參數(shù)選取 47-48
3.4.3 施工階段劃分 48-49
3.5 灌注樁對(duì)周圍土體影響研究 49-61
3.5.1 地應(yīng)力平衡計(jì)算 49-50
3.5.2 樁孔開(kāi)挖與灌注泥漿 50-57
3.5.3 混凝土澆注及硬化的模擬 57-59
3.5.4 承受上部荷載 59-61
3.6 本章小結(jié) 61-62
4 灌注樁群樁施工對(duì)既有線橋墩-基礎(chǔ)影響研究 62-92
4.1 工程概述與評(píng)估位置選取 62-64
4.1.1 工程概述 62-63
4.1.2 評(píng)估點(diǎn)橋墩、承臺(tái)、樁基的布置及尺寸 63-64
4.2 有限元建模 64-72
4.2.1 基本假定 64
4.2.2 參數(shù)選取 64-65
4.2.3 模型尺寸、網(wǎng)格劃分及邊界處理 65-68
4.2.4 荷載施工階段劃分及初始狀態(tài)位移計(jì)算 68-72
4.3 群樁施工對(duì)既有線樁基影響研究 72-84
4.3.1 施工過(guò)程中既有線樁基總位移變化 72-74
4.3.2 各施工階段樁基位移分析 74-84
4.4 新線群樁施工對(duì)既有線承臺(tái)、墩臺(tái)位移影響研究 84-89
4.4.1 施工過(guò)程對(duì)橋墩、承臺(tái)位移的影響 84-86
4.4.2 各施工階段承臺(tái)—橋墩位移具體分析 86-89
4.5 施工過(guò)程既有線位移最大值對(duì)比 89-90
4.6 本章小結(jié) 90-92
5 結(jié)論與展望 92-94
5.1 結(jié)論 92
5.2 展望 92-94
參考文獻(xiàn) 94-98
六、本文研究進(jìn)展(略)
七、參考文獻(xiàn)
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