水下悬浮隧道中的桩基拔出力学特性研究

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1、水下悬浮隧道中的桩基拔出力学特性研究XinghongJiang,KeLi摘要：水下悬浮隧道是一种结构复杂、施工要求高的新型隧道。长期以來，理论研究一直没冇应用实例。抗拔桩是一种具有重要研究意义的浮式隧道结构基础。本文从浮隧道电缆的布置形式，对在水中悬浮隧道桩基础的受力特点分析；结合数值模拟对桩基础的承载力和位移曲线变化特征分析（QS曲线）下不同的倾向。分析了极限状态下土体变形、塑性破坏区分布及其相关原因。得出不同倾角的位移作用下的承载力包络Illi线，以及结论300电缆布置的硏究成果具冇一定的指导意义的电缆排列角度浮隧道设置

2、和桩基加固处理合适的温度。关键词：浮式隧道；抗拔桩；位移倾角；极限承载力1•介绍水下悬浮隧道也被称为“阿基米德桥”，管状结构悬浮在水屮，在适当的深度，主要用于连接海峡、海湾、湖泊和其他管。浮式隧道作为一种新型的隧道结构，具有经济效益好、对外界环境影响小、污染少等优点，可作为水、电、通讯等管道。悬浮隧道，但仍处于研究阶段，由于水下环境复杂，施工要求高。当隧道管的浮力大于重力时，釆用张拉形式、腿熨或桩柱结构形式作为反力结构，是保持隧道稳左的基础。与压桩比较，抗拔桩应用范围较窄，研究成果较少，仅限于输电塔基础、桥梁基础、基坑工程、

3、地下工程等管道。浮隧道的桩身倾斜张力的研究成果更是稀疏，在数值模拟的基础上，本文对桩的承载特性不同的斜拉加载条件下与在淮河河上游的抗拔试验结果灌注桩在城西湖参考研究。在抗拔桩设计中，水中悬浮隧道桩基拔出力学特性研究，研究成果对浮动隧道张力腿布置形式的优化及参数设置具有一左的指导意义。Nomenclatureccohesion

4、rTstensilestrengthS$shearstrengthDdilationksshearstiffiiessAz03normalstiffiiessthenormalforceattime(t+Af)theshearforcevectoraltime(t+At)theabsolutenormalpenetrationoftheinterfacenodeintothetargetfacetheincrementalrelativesheardisplacementvectortheadditionalnormalst

5、ressadded(hieIointerfacestressinitializationthenormalstiffiiesstheshearstiffiiesstheadchtionalshearstressvectorduetointerfacestressinitializationtherepresentativeareaassociatedwiththeinterfacenodeShearstressofthehcontactgridinthedepthrangeofpilebodyDiameterofuplift

6、pileHeightdij^erenceofthebcontactelementgridDisplacementactionangleDisplacementofpHetop2.电缆布置形式冇多种形式的电缆布置在浮动隧道，但基本的横向和纵向安排可以概括为图1。有两种横向电缆布置，即直拉索布置（A型）和斜拉索布置（TypeB）。当电缆垂直排列，垂直荷载抵抗垂直和水平荷载通过锚索抗通过管道本身的电阻在拱形悬浮隧道水平排列或水平锚索在银行端电缆布置形式需要相当稳定的环境条件和固定的洋流的方向；当环境条件差和海流方向是斜拉索布置形式

7、采用待定。斜拉索可以提供水平和垂直方向的分力。垂直构件抵抗浮力,水平构件抵抗坏境效应产生的水平力。纵向电缆布置形式包括单缆布置（A型）和扇形电缆布置（TypeB）,如图1［图3所示］。单索形式为锚索与基础相匹配，这种形式具有一定的力传递模式，弹性支撑空间较大，隧道管弯矩较人。因此，对隧道管的施工要求较高，但地基只承受锚索的荷载，因此对基础施工的要求也随Z降低。扇形电缆布置形式为基础的熊多锚索和电缆隧道管内沿扇形。扇形电缆布置方式缩小了弹性支座的空间，降低了隧道管的弯矩值，从而降低了施工隧道管道要求。另一方面，由于基础承受多个

8、锚索的荷载，要求地基具有足够的承载力，从而提高基础的施工成本。TypeA(a)(b)Figi.CableArrangmutFormofFloatingTunnels(a；Transversalfonn,(b)Longitudinalform在复杂水域内修建隧道时，必须选择倾斜和扇形布置形式