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論文題目：新建高速鐵路灌注樁施工對鄰近既有線橋墩—基礎的影響研究
一、選題背景
根據2008年國務院調整的《中長期鐵路網規劃》，截止到2020年我國將建成如圖1-1所示鐵路網。隨著鐵路建設規模不斷擴大，鐵路網不斷加密必然會存在大量新建線路交叉、並行臨近既有線等情況。鄰近營業既有鐵路施工不僅需要控制工程本身的安全風險，還需控制與營業線相互影響引起的安全風險。高鐵建設過程中採用高架橋技術可以避免與其它線路平面交叉，節省用地，同時由於線路的全封閉保證了執行的安全性。樁基礎作為結構物的主要基礎形式之一，由於具有承載力高、穩定性好、沉降小、抗震效能好以及能適應各種複雜地質條件等優點，被廣泛用於交通、港口、工業與民用建築等領域。在高速鐵路高架橋施工中為了有效控制沉降，保障高鐵執行時線路的高平順性，樁基礎得到了廣泛應用。灌注樁具有施工時無振動、無擠土、噪音小等優點，特別是在軟土地區，由於預製樁存在擠土效應而受周圍環境制約，鑽孔灌注樁在施工中得到較為廣泛的應用。樁基的廣泛應用促進了灌注樁的理論與實踐的快速發展。灌注樁廣泛應用於高鐵施工中。灌注樁施工是一個樁與周圍環境不斷相互作用的過程。灌注樁施工主要包括：(1)樁孔定位，泥眾製備;(2)鑽孔與灌注泥裝;(3)排査清空;(4)灌注混凝土。其中鑽孔與灌注泥裝、灌注混凝土及後期混凝土硬化承受上部荷載過程都會引起周圍土體應力變化。若處理不當，會引起周邊的環境問題，影響到鄰近既有鐵線路執行的安全性。
二、研究目的和意義
樁側荷載傳遞取決於樁土接觸面粗糙度、樁與土之間水平有效應力大小以及土的剪下特性。其中樁土接觸面粗糖度依賴於施工方法和施工機械，通常來說，對於給定土層，同樣施工條件下，各樁的樁土接觸面粗糖度相差不大。而水平有效應力和土的剪下效能取決於鑽孔時間、鑽孔置空時間、饒注混凝土前孔內水壓力等土體現場應力條件以及施工的一些具體細節影響。
三、本文研究涉及的主要理論
饒明貴(2003)[3]對既有線旁鑽孔灌注樁施工方法進行了研宄，通過受力計算，結合相關地質條件，提出在一種可用於臨近既有線的鑽孔灌注樁的施工方法。羅鵬(2008)對鄰近既有線路橋樑挖孔樁基礎施工安全性分析進行了研宄。由於土溪左、右雙線大橋臨近既有土溪大橋，施工設計圖考慮施工時可能影響既有線橋基礎，因此將新建橋壤的柱基礎設計為鑽孔樁。經過施工方對現場勘察及力學分析後，決定將其改為挖孔樁施工。經實踐證明，此項措施不僅是安全可行的，還可大大節約成本。吳慶潤(2012)以上海某高架橋鑽孔樁工程為例，介紹了大直徑超深鑽孔灌注柱施工中高護筒、清障、分層鑽進、小鑽頭引孔等技術在鄰近既有鐵路施工中的應用。實踐證明，該技術可有效解決了施工中大直徑超深鑽孔樁施工，地質環境複雜等技術難題，為今後類似工程的施工提供了借鑑。朱建才(2012)進行了鑽孔樁施工對既有橋橋墩安全性影響試驗研宄，結果表明：鑽孔樁施工對周圍土體水平位移影響範圍一般在5倍樁徑範圍之內，引起的最大沉降量僅為5imn。對周圍土壓力和孔隙水壓力影響不大，新橋鑽孔樁施工對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鑽孔灌注柱施工過程。在此模擬方法中架護壁釆用由y = 12kN/rn3的自重應力產生的靜水壓力，並假定開挖過程中不透水。混凝土饒注過程採用全混凝土壓力，從底部開始換置泥眾。隨後，因新鮮混凝土而產生的靜水壓力被換成硬混凝土材料。oeder(2004) 首先利用軸對稱平面有限元分析了鑽孔灌注樁施工對附近既有降道造成的.影響。其進行了三種工況計算：前兩個工況未計入險道存在，第三個工況模擬降道的開挖後續效果。此後，該文進行了三維有限元計算分析，但由於其程式限制，僅模擬了幹鑽孔的樁基施工，未能分析伴有泥菜護壁過程的灌注柱施工過程。陳隆(2010) 使用Abaqus對灌注樁群樁施工進行模擬，考慮了泥裝護壁、混凝土硬化、分級載入等因素，得到考慮施工過程對灌注樁承載力的影響。李智彥(2013)採用三維數值模擬，對新建橋樑的鑽孔灌注樁施工進行計算，預測了灌注施工各施工條件下對周圍土體應力和變形的影響，並提出相應的施工建議。高曉燕(2015)運用Plaxis3DFoundation建立了某地鐵線樁板結構的鑽孔灌注樁施工三維有限元模型，採用應力釋放模擬了鑽孔樁施工。
四、本文研究的主要內容
本研究在國內外己有研究的基礎上，主要進行以下研究工作：(1)對己有文獻進行仔細研讀，深刻理解掌握灌注披施工對周圍環境及建築影響產生的作用機理，研宄國內外最新的相關成果。(2)闡述被動樁計算方法中的地基反力法計算理論。針對具體例項，分別使用地基反力法及有限元法計算，對兩種方法進行比較。(3)模擬灌注樁單樁施工過程，分析灌注樁施工引起的周圍土體位移及應力變化。(4)使用有限元軟體Abaqus模擬灌注樁群樁施工對臨近客運專線橋樑影響。解決模型計算分析中遇到的難題，如施工階段分步問題、土體本構模型引數選取問題、被動樁樁土接觸問題。藉助於有限元軟體的強大的非線性計算技術分析灌注樁施工對周圍土體乃至橋填-基礎系統的影響。
五、寫作提綱
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狀 14-17
1.2.1 灌注樁臨近既有樁基礎施工方法研究 14
1.2.2 灌注樁施工數值模擬研究 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 國內外被動樁研究現狀 17-23
1.3.1 現場測試法 17-18
1.3.2 室內試驗 18-20
1.3.3 理論分析方法 20-22
1.3.4 數值模擬法 22
1.3.5 研究現狀評述 22-23
1.4 研究工作內容 23
1.5 技術難點 23
1.6 研究方法與技術路線 23-26
2 土體側移作用下被動樁地基反力法與有限元法對比 26-40
2.1 被動樁地基反力法求解 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 基坑開挖對鄰近既有樁影響 30-38
2.2.1 模型資料 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 理論解與有限元數值解對比 35-38
2.3 小結 38-40
3 鑽孔灌注樁施工過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程主要難題 41-44
3.2.1 地應力平衡問題 41-42
3.2.2 有限變形問題 42
3.2.3 接觸問題 42-43
3.2.4 生死單元問題 43
3.2.5 空隙水壓力問題 43
3.2.6 混凝土硬化問題 43-44
3.3 灌注樁施工基本假定及建模過程 44-46
3.3.1 基本假定 44-45
3.3.2 灌注樁施工過程在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 模型引數選取 47-48
3.4.3 施工階段劃分 48-49
3.5 灌注樁對周圍土體影響研究 49-61
3.5.1 地應力平衡計算 49-50
3.5.2 樁孔開挖與灌注泥漿 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 61-62
4 灌注樁群樁施工對既有線橋墩-基礎影響研究 62-92
4.1 工程概述與評估位置選取 62-64
4.1.1 工程概述 62-63
4.1.2 評估點橋墩、承臺、樁基的佈置及尺寸 63-64
4.2 有限元建模 64-72
4.2.1 基本假定 64
4.2.2 引數選取 64-65
4.2.3 模型尺寸、網格劃分及邊界處理 65-68
4.2.4 荷載施工階段劃分及初始狀態位移計算 68-72
4.3 群樁施工對既有線樁基影響研究 72-84
4.3.1 施工過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 新線群樁施工對既有線承臺、墩臺位移影響研究 84-89
4.4.1 施工過程對橋墩、承臺位移的影響 84-86
4.4.2 各施工階段承臺—橋墩位移具體分析 86-89
4.5 施工過程既有線位移最大值對比 89-90
4.6 本章小結 90-92
5 結論與展望 92-94
5.1 結論 92
5.2 展望 92-94
參考文獻 94-98
六、目前已經閱讀的主要文獻
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