高速铁路墩台群桩基础负摩阻力及沉降特性研究

高速铁路桥梁占线路总长的比例很高，甚至超过80%，且基本都采用群桩基础。在许多地区已投入运营的高速铁路，特别是东南沿海软土地区，因为外界环境变化，很可能导致桥梁墩台桩基础产生负摩阻力，引起下曳沉降，严重时会影响高速铁路的安全运行。本课题拟以穿越粘土、淤泥土层，并持力于粉砂中的高速铁路墩台群桩基础为研究对象；结合现场试验成果，以室内模型试验、数值仿真和理论分析为主要研究手段，揭示高速列车荷载作用下经历环境变化(主要考虑地下水位下降和附近大面积堆载)的墩台群桩基础的负摩阻力、下拉荷载、下曳沉降的变化规律，系统研究负摩阻力作用下桩侧摩阻力在桩端引起的附加应力和桩端压缩层厚度，发展能考虑桩基下曳沉降和适用于高速铁路墩台桩基础沉降计算理论及方法。本项目的研究成果可为高速铁路桥梁墩台桩基础的设计、施工和提出科学合理的沉降计算方法提供理论依据。

高速铁路墩台群桩基础对沉降的要求很高，一旦出现过大的总沉降或者差异沉降，维修和调整的成本很高。本项目主要研究正常运营的高速铁路，在环境变化（主要考虑地下水位下降和附近大面积堆载）条件下墩台群桩基础负摩阻力和沉降的发展规律，并提出合适的沉降计算方法。基于现场实测列车荷载传递到承台顶的动力时程曲线，确定了作用在桩基顶的动荷载大小和规律，结合国内外大量的现场和室内模型试验成果，分析了负摩阻力与工作荷载之间的相互关系，认为高速铁路列车动荷载在群桩基础上产生的累积沉降很小，在沉降计算过程中不需要考虑高速列车动荷载作用。结合现场堆载作用下的桥台桩基负摩阻力和室内模拟地下水位下降条件下群桩负摩阻力的变化规律成果，通过理论分析和计算，认为：工作荷载作用的群桩基础在环境变化条件下的沉降包括两部分：一部分是负摩阻力作为附加荷载引起的沉降，一部分是工作荷载作用点下移至中性点位置引起的沉降，结合群桩沉降计算方法，提出了正常运营的高速铁路在环境变化条件下的沉降计算方法。本课题所得的结论为高速铁路桥梁墩台桩基础的设计、施工和运营管理提供理论依据。