摘 要

本文为新河立交改造项目提供下部基础设计方案。此项目根据改造要求、地形条件、地勘报告及技术标准提出设计方案:主梁采取原桥的上部结构形式，新旧桥连接方式采用半刚性连接，即上部结构不连接，下部结构采用刚接，这种方法可以有效协调变形，同时保证整体刚度。

本文将着重对下部结构（主要是桩基）的设计计算及施工处理进行分析。在施工前对地基进行检测，根据地质情况计算固结过程及确定容许地基承载力，防止出现过大沉降差，对地基进行超载预压以加速沉降过程，对超载预压的时间荷载参数进行计算；施工阶段采用软件计算不同工况下的地基荷载变化和沉降变化，为施工提供指导；施工后计算工后沉降，计算总沉降量及地应力分布情况。

关键词：旧桥改造、超载预压、地基沉降、桩基础

Abstract

This paper provides the design scheme for the XinHe Avenue Interchange reconstruction project. according to the requirements of the transformation demand, terrain conditions, geological investigation report and technical standards, I have proposed the design scheme as following: main girder takes the prime bridge’s upper form, the broadened bridge is connected with the old one by semi-rigid connection, namely, the upper part is not connected to the each other, the lower part is a whole by the rigid connection, this connection method can be effective to the coordination of deformation, while guaranteeing the overall stiffness also.

Design content focuses on the bridge form, calculation and construction process of the infrastructure. Before the construction, the foundation has to be detected. According to the geological conditions, we can get the conclusion of the calculation of the consolidation process and the allowable foundation bearing capacity. In order to prevent the emergence of a large settlement, giving the over-preload to the foundation entails accelerating the consolidation process, and I have calculated the load and time parameters. The change of load and settlement parameters should be calculated in different construction period by professional software, for the guidance of the construction. After that, I have computed the settlement after construction, the total settlement and the stress distribution.

keywords: Old bridge reconstruction、Surcharge preloading、Foundation settlement

目录

第一章 绪论 1

1.1下部基础概述 1

1.2设计标准 2

1.3桥位地质条件 3

1.3.1地形地貌 3

1.3.2气象 3

1.3.3地质构造及场区岩土的构成 3

1.3.4水文地质 3

1.3.5地震 4

1.4主要材料 4

1.4.1混凝土 4

1.4.2钢材 5

1.5设计规范 5

第二章 方案设计 6

2.1方案设计 6

2.2.1墩台总体设置情况 6

2.2.2主线桥桥墩 6

2.2.3匝道桥桥墩 7

2.2桥墩一般构造图 9

2.3桥台一般构造图 14

第三章 实体模型建立 15

3.1模型参数 15

3.2ANSYS实体模型建立 17

3.2.1模型单元选取 17

3.2.2模型网格划分 19

3.2.3模型接触单元法 19

3.2.4模型建立过程 21

第四章 计算结果分析 24

4.1计算结果总览 24

4.2沉降影响参数分析 27

4.2.1桩体弹性模量参数影响 27

4.2.2 土体弹性模量参数影响 30

4.2.3桩体桩长参数影响 33

4.2.4桩顶荷载参数影响 36

第五章 总结 39

5.1成果总结 39

5.2不足与展望 39

参考文献 41

致谢 42

第一章 绪论

1.1下部基础概述

现今，桥梁、处于软弱地层的道路及房屋建筑都会用到一种下部基础——桩基础。桩基础是目前各种形式和形式中应用最广泛的一种，支撑桥梁的下部基础基本由墩台和支撑基础组成。桩基础将作用于上部结构的荷载通过不同的作用形式传递给下部土层，桩基础可以有单桩或群桩形式，群桩通过顶部承台将几根桩连接在一起共同承受动静荷载，单桩单独承受作用。桩基具有优异的承载能力，能够较好的改善沉降条件，具有一定的抗上拔及抗水平冲击能力，稳定性良好，在软弱土体中能够较好地改善土体刚度，相比圬工砌体基础，用料较省，具有一定的抗震能力，机械化施工便捷。

桩基础是最具有历史的基础形式之一。据有关文献资料显示，在有历史记载以前，人类就已经在地基条件不良的河谷和洪积地区采用桩基础来建造房屋；在众多各异的文化时期的初期，都可以发现桩基础的房屋。^[1]1988年于智利发掘的文化遗址中见到的桩基础，距今大约有大约12000-14000年。根据历史遗址的发掘显示，我国最早的桩基础距今大约有7000多年的历史，在余姚（今浙江宁波附近）的河姆渡，作为古代干阑式木结构建筑的基础形式是由圆木桩、方木桩以及板桩组成的桩基础结构，圆木桩的直径大约在6-8cm，板桩厚3cm左右，宽大约10-50cm，木桩均为下部削尖，入土深度最深处达115cm，这就是最早的桩的雏形。桩基础用于桥梁下部结构的历史也极为悠久。根据《水经注》记载，公元前532年在今天的山西汾水上修建的三十墩柱木柱梁桥，就是桩柱式桥墩。我国隋唐的郑州超化寺、秦代的渭桥、南京的石头城、五代的杭州湾大海堤以及上海的龙华塔等，都是我国古代桩基础的典范。^[2]

随着十八世纪工业化的开展以来，进过近200年的发展历程，自然科学的不断进步同样惠及了桩基技术，现代建筑材料的应用（比如水泥混凝土、钢铁等），相关工业的不断发展，都对桩基技术的不断发展起了前所未有的影响。从古代的木桩到今天的水泥钢筋桩基的应用，桩基的现状很好的反映出了桩基的发展历史，因为在部分国家中，古老的木桩和现代的桩基、以及中间发展过程中所出现过的桩基同时存在。桩基的作用和力学效应上都出现了巨大的改变，桩基的制作工艺和设计方法比之前更加的复杂和多样化。更多的桩基理论被应用于现代桩基的应用上，虽然有些技术看起来很新奇甚至是怪异的。 ^[3]例如，复合桩基理论、塑性支承桩、热加固成桩、桩基逆作理论等等。在古代的桩基中，其仅仅用于承受竖向荷载，并且桩基的长度并不长，依赖地基程度较高，现代桩基除了承受竖向荷载，同时也要考虑水平及斜向荷载。在现代桩基的发展过程中，桩基也不仅仅是单独作业，承台的加入使得桩基可以联合作业，形成一个较为完整的联合体，或与其他的基础形式形成整体联合作用。^[4]例如，化学灌浆排桩联合护壁等，用来适应上部建筑的超载、深基坑开挖等方面的需要。现代桩基发展趋势中，桩基的长度、强度、直径、施工控制、环境友好等越来越成为设计人员的挑战方向，在当今科技的不断发展中，桩基的各项指标也将随之跃升^[5]。为应对越来越高的工程要求，桩基的施工监测与控制也成为一项相当成熟的技术。

1.2设计标准

道路等级：城市快速路；