缩短路基桩板结构数值模拟的设计周期

成都地铁路基桩板结构QC小组PAGE2014年度优优优秀质量量管理理小组申报材料课题名称：缩短短短路基桩桩板结结构数值值模拟拟的设计计周期期小组名称：成都都都地铁路路基桩桩板结构QC小组活动时间：200011年9月－2013年6月中铁第五勘察设设设计院集集团有有限公司司二〇一四年五月月月目录TOC\o"1-1"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc382838729"一、工程概况111HYPERLINK\l"_Toc382838730"二、小组概况222HYPERLINK\l"_Toc382838731"三、选题理由333HYPERLINK\l"_Toc382838732"四、现状调查444HYPERLINK\l"_Toc382838733"五、设定目标777HYPERLINK\l"_Toc382838734"六、原因分析888HYPERLINK\l"_Toc382838735"七、要因确定999HYPERLINK\l"_Toc382838736"八、制定对策2222HYPERLINK\l"_Toc382838737"九、实施对策2223HYPERLINK\l"_Toc382838738"十、效果检查3336HYPERLINK\l"_Toc382838739"十一、巩固措施施施39HYPERLINK\l"_Toc382838740"十二、总结及今今今后打算算400PAGE36一、工程概况本工程位于成都都都地铁2号线一期期工工程正线线终点点与二期期工程程林家大大堰站站间路基基区间间部分（图图1）。路基段段右右正线里里程YDK4444+3550..00～YDK4455+2112..60，线路长862..660m；左正线线里里程ZDK4444+4000..00～ZDK4455+2007..606，线路长807..6606m。图1成都地地地铁2号线二期期工工程经干干院站站～林家家大堰堰站区间间地理理位置示示意图图如图2右正线YYDKK44++350～+696、左正线ZDK4444+4000～+696与既有一一期期工程出出入段段线并行行，右右正线YDK4444+6996～+770上跨既有有一一期工程程出入入段线。一一期期工程终终点段段为出入入段线线，由独独立墩墩柱式桩桩板结结构、U型槽结构构、明明挖段围围护结结构及隧隧道结结构等不不同类类型结构构构成成，且地地层较较差，导导致二二期工程程起始始区间段段路基基工程设设计条条件复杂杂困难难。为实实现2号线二期期工工程软弱弱段路路基在与与既有有结构物物良好好衔接前前提下下的纵横横向稳稳定性、刚刚度度均匀性性、耐耐久性和和减振振性，控控制路路基的不不均匀匀沉降、工工后后沉降等等问题题，采用用桩板板结构路路基是是比较可可靠的的选择。为为满满足现场场施工工图纸需需求，在在保证桩桩板结结构路基基设计计质量的的前提提下提高高出图图速度显显得尤尤为重要要。图2成都地铁铁2号号线二期东东东延线起起始区区间平面面示意意图二、小组概况1.小组简介介介成都地铁路基桩桩桩板结构QC小组成立立于2011年4月，主要要为为提高成成都地地铁2号线二期期东东延线困困难条条件下与与既有有结构物物衔接接的桩板板结构构路基设设计效效率，而而进行行的小组组活动动。小组组自成成立以后后，小小组各成成员在在QC小组活动动中中，能相相互启启发、深深入思思考、共共同提提高；该该小组组的成立立和活活动，对对激发发各小组组成员员的工作作积极极性、创创造性性，提高高技术术水平，控控制制工程质质量起起到了重重要作作用。QC小组成员员情情况见表1。表1QC小小小组成员情情况况表小组名称成都地铁路基桩桩桩板结构QC小组注册时间2011年4月月月QC小组编号QC-201333-344小组人数12人活动次数12次课题编号KT-201333-344QC教育人均60小时小组类型攻关型活动日期2011年9月月月～2013年6月成果日期2013年7月月月活动出勤率90％序号姓名年龄性别组内职务技术职称文化程度小组分工1时洪斌33男组长高级工程师博士研究生方案策划2张成钢53男技术顾问教授级高工大学本科技术指导3邓文庆48女技术顾问高级工程师大学本科技术指导4黄微30女组员工程师大学本科方案实施5刘婷33女组员工程师大学本科方案实施6张贵财31男组员工程师大学本科方案实施7唐沛43男技术顾问教授级高工大学本科技术指导8丁新红47男技术顾问高级工程师大学本科技术指导9莫万远35男组员高级工程师大学本科协作实施10冷长明33男组员工程师大学本科协作实施11董艳辉35女组员高级工程师硕士研究生协作实施12张文博27男组员工程师大学本科协作实施制表：时洪斌日期：2011年4月5日2.活动时间间间（20111..9～20133..6）活动项目活动时间（200011..9～20133..6）2011年2012年2013年9月10月11月12月1月2月3-4月5-6月7-8月9-10月11-12月1-2月3-4月5-6月P选择课题现状调查设定目标原因分析要因确认制定对策D对策实施C效果检查A巩固措施总结及今后打算算算图例：计划进度实际进度度图3QC小小小组活动甘甘特特图制图：刘婷日期：2013年6月30日三、选题理由分院专业建设要求分院专业建设要求现场施工图纸需求设计条件复杂困难设计过程复杂、出图流程较多掌握路基桩板结构的设计方法，应对软弱、湿陷、岩溶及过渡段路基的设计；在保证设计质量的前提下，提高设计效率，保证现场施工供图时间。地铁施工一般工程复杂、工期短，路基部分又需要有沉降观测期，导致路基施工工期紧张，施工对设计供图周期要求较高。业主要求120天内出施工图。成都地铁2号线一期工程终点段为出入段线，由独立墩柱式桩板结构、U型槽结构、明挖段围护结构及地下隧道结构等不同类型结构构成，导致二期工程起始区间段路基工程设计条件复杂困难，设计周期较长。路基桩板结构设计过程涉及建模、受力分析、结构检算、配筋、出图、院内复核、审核、审定、总体院会签、监理院咨询和强审等过程。其中数值分析过程缓慢，成为拖延出图时间的主要原因。选定课题图4选题理由由评价价图制图：时洪斌日期：20111年9月10日四、现状调查1.桩板结构是是一一种新型轨轨轨下基础础结构构，兼有有桩基基工程与与梁板板结构的的优点点，具有有能有有效控制制基础础沉降、加加快快施工进进度等等优势，目目前前已在国国内外外得到了了一定定的工程程应用用，但没没有对对应的详详细专专项设计计规范范。目前前的桩桩板结构构设计计主要依依据桥桥梁设计计的相相关规范范及《铁铁路工程程地基基处理规规范》进进行。2.桩板结构路路基基不同与一一一般土质质路基基，对专专业接接口要求求较高高，互提提资料料直接影影响桩桩基和承承载板板的设计计。而而相关专专业的的接口资资料又又需要较较长的的确认时时间，涉涉及地质质、线线路、轨轨道、桥桥涵、限限界、接接触网、通通信信等专业业。3.进行桩板结结构构设计时对对对结构的的数值值模拟不不确定定因素较较多，既既无经验验参考考也无成成熟专专项数值值模拟拟软件可可用，导导致数值值模拟拟时间较较长。配配筋检算算、CAD制图等后后续续设计程程序及及内外审审流程程也会占占用较较多的设设计时时间，影影响设设计周期期。4.2011年年年4月1日路基桩桩板板结构开开始进进行初步步设计计，初步步设计计实际用用时150天完成，虽虽虽然滞后后了计计划周期期，但但最终按按业主主要求周周期完完成了设设计任任务。下下一阶阶段施工工图设设计由于于工期期较紧业业主要要求周期期确定定为120天。从图5所示初步步设设计和施施工图图设计周周期对对比图可可以看看出，施施工图图实际设设计周周期要控控制在在120天内才能能完完成设计计任务务。图5初步设计计和施施工图设设计周期期对比比图制图：张贵财日期：2011年9月16日初步设计各设计计计环节周周期统统计如表2所示。表2桩板结构构初步步设计周周期统计计表序号检查项目计划周期(天)实际周期（天）滞后时间（天）1资料互提151722数值模拟3065353配筋检算101774CAD制图81245院内审核7926院外审查30300合计10015050业主要求160制表：张贵财日期：201111年9月166日根据统计表画出出出饼图见见图6，可以看出出数数值模拟拟占据据了总设设计周周期的43.33%。依据业主对下一一一阶段施施工图图设计120天的要求求，原原150天的设计计周周期会滞滞后30天，严重重影影响现场场施工工供图需需求，完完不成设设计任任务，必必须缩缩短桩板板结构构设计周周期。图6桩板结构构初步步设计周周期饼图图制图：张贵财日期：2011年9月17日5.QC小组再再再对桩板板结构构各设计计环节节滞后时时间进进行统计计分析析，得到到影响响因素调调查统统计表（表表3）。表3影响桩板板结构构设计周周期因素素的调调查统计计表序号检查项目频数（天）频率（%）累计频率（%）1数值模拟3570%70%2配筋检算714%84%3CAD制图48%92%4资料互提24%96%5院内审核24%100%合计50制表：张贵财日期：201111年9月200日根据统计表画出出出排列图图见图图7，可以看出出总总滞后时时间的的70%是数值模模拟拟阶段产产生的的，所以以缩短短桩板结结构设设计周期期的关关键在于于缩短短数值模模拟阶阶段的设设计周周期。图7影响桩板板结构构设计周周期因素素的调调查统计计排列列图制图：张贵财日期：2011年9月22日五、设定目标1.目标设定依据现状调查可可可以看出出：不不论桩板板结构构实际设设计过过程中的的各阶阶段周期期调查查统计，还还影影响桩板板结构构设计周周期因因素的调调查统统计，都都反映映出在QC小组可控控的的范围内内数值值模拟阶阶段是是影响设设计周周期的症症结所所在。在在其他他阶段周周期水水平保持持不变变的情况况下，如如图8所示，如如果果数值模模拟阶阶段能够够缩短短30天就能满满足足桩板结结构总总的设计计周期期控制在120天，满足足业业主要求求。所所以设定定目标标为：桩板板结结构路基基设计计数值模模拟阶阶段周期期缩短短30天。图8数值模拟拟周期期目标设设定柱状状图制图：时洪斌日日期：20111..10..1552.目标设定依依据据（1）路基桩板板结结构的设计计计得到了了各级级领导、院院总总工、集集团总总工的高高度重重视，各各项技技术条件件可以以得到最最大的的满足。设设计计过程中中准备备邀请院院内外外桥梁、路路基基专家参参与指指导及咨咨询工工作，为为桩板板结构的的选型型设计及及结构构检算提提供坚坚实的技技术保保障。（2）依据既有有的的桥梁、桩桩桩基及混混凝土土结构设设计规规范，借借助有有限元分分析软软件可以以建立立合理的的桩板板结构模模型进进行多工工况分分析计算算。（3）桩板结构构数数值模拟周周周期与人人员、软软件、数数据、计计算方法法、技技术支持持等各各方面相相关，通通过对各各环节节的优化化，加加上初步步设计计的经验验积累累，在现现有65工天的基基础础上缩短短到35天，达到到周周期缩短30天的目标标是是可以实实现的的。综上所述,成成成都地铁铁路基基桩板结结构QC小组能达达到到预期目目的。六、原因分析针对影响桩板结结结构数值值模拟拟周期的的因素素，小组组采用用头脑风风暴法法进行了了多次次讨论，广广泛泛收集设设计人人员、设设计专专册、各各级工工程技术术专家家的意见见，集集思广益益、畅畅所欲言言、相相互启发发、相相互补充充。同同时对资资料进进行整理理分析析，绘制制了因因果图（图图9），利用用因因果图从从人、机机、料、法法、环环五个方方面进进行原因因分析析，并找找出末末端因素14个。图9影响桩桩桩板结构数数值值模拟周周期因因素分析析因果果图制图：时洪斌日期：2011年11月15日七、要因确定根据“因果图”分析的的末端端因素，运运用用要因验验证计计划表，针针对对末端因因素逐逐一确定定验证证标准及及制定定验证方方法，进进行要因因确认认。要因因确定定见表4。表4要因验证证计划划表要因验证计划表表表序号末端因素验证方法验证标准负责人验证时间1缺少软件培训调查分析所有设计人员熟熟熟练掌握握数值值模拟软软件，考考核结果果优秀秀率≥80%。时洪斌2011.1111.1662无技术要求书调查分析数值模拟前有详详详细的结结构设设计技术术要求求。时洪斌2011.1111.2003无现场施工概念念念现场验证设计人员对模型型型有空间间概念念，并知知晓施施工完后后的结结构形态态。时洪斌2011.1111.2554模拟软件不当现场测试软件应能全面分分分析结构构的主主要受力力状态态，并能能进行行不同工工况受受力分析析，前前后处理理方便便，且计计算速速度较快快。软软件综合合评分分＞15分。黄微2011.1111.3005电脑配置低现场测试满足计算和图形形形显示要要求。黄微2011.1111.1886无对应模拟软件件件数据接接口现场测试数据处理软件和和和数值模模拟软软件有接接口，可可以直接接读取取。张贵财2011.1222.1557地勘资料不详尽尽尽调查分析满足结构细部设设设计要求求，参参数可靠靠详尽尽。设计计质量量评定90分以上。张贵财2011.1222.98线路平纵资料表表表达不清清晰调查分析平纵断面能够清清清晰标示示结构构所处线线路位位置、线线间距距及轨道道标高高。刘婷2011.1222.2009限界资料不完整整整调查分析满足《地铁限界界界标准》规规范范要求，能能够够清晰标标示结结构物周周边已已有或已已规划划的结构构物的的限界条条件。刘婷2011.1222.22210规范标准参考不不不当调查分析规范标准适用桩桩桩板结构构设计计。刘婷2011.1222.10011设计方法不当现场测试设计方法适用桩桩桩板结构构设计计。与《铁铁路路工程地地基处处理技术术规程程》要求求一致致。冷长明2011.1111.20012参数选取方法不不不当现场测试参数选取应涵盖盖盖多种组组合工工况，对对结构构形式进进行比比选，对对具体体几何参参数进进行优化化，技技术经济济指标标综合评评分>8分。冷长明2011.1222.12213缺少咨询条件调查分析在数值模拟遇到到到困难时时能够够得到有有利的的咨询。项项目目例会能能达到到每月1次。莫万远2011.1222.25514与外院技术交流流流欠缺调查分析与其他有相似设设设计的设设计院院人员保保持联联系，及及时交交流设计计中遇遇到的问问题。每每月例会会不少少于1次。莫万远2011.1222.188制表：时洪斌制表日期期：20111..11.1166末端因素1：缺缺缺少软件件培训训序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间1缺少软件培训调查分析所有设计人员应应应该熟练练掌握握数值模模拟软软件，考考核结结果优秀秀率≥80%。时洪斌2011.1111.166确认过程：初步设计后对888名设计人人员员进行数数值软软件主要要功能能掌握程程度测测试，统统计分分析测试试结果果如下表表：表5设计人员员培训训考核表表姓名时洪斌黄微刘婷张贵财莫万远冷长明董艳辉张文博得分9265687385809088考核结果优秀及格及格良好良好良好优秀良好优秀率25%注：不及格（＜＜＜60），及格格（60~669分），良良好好（70~889分），优优秀秀（90~11000分）制表：时洪斌制表日期期：20111..11.1166确认结论：经确确确认考核核结果果优秀率25%，达不到到确确认标准80%，因此是要要因因。末端因素2：无无无技术要要求书书序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间2无技术要求书调查分析数值模拟前有详详详细的结结构设设计技术术要求求。时洪斌2011.1111.200确认过程：经过调查分析，数数值模拟前有有详细的结构构设计技术要要求。如下：：成都地铁路基桩桩桩板结构构应满满足一期期独立立墩柱式式桩板板结构、U型槽结构构、明明挖段围围护结结构及地地下隧隧道结构构等不不同类型型结构构的限界界要求求，与既既有结结构物良良好衔衔接。另另外还还应满足足如下下量化目目标要要求：表6设计技术术要求求位移目标强度检算目标裂缝检算目标桩基均匀沉降量≤15mm差异沉降量≤5mmσ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm托梁——σ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm承载板竖向挠跨比≤1/1455板端竖向转角小于1.5‰（rad）σ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm技术要求书如图图图10所示。另另外外，还有有项目目设计事事前指指导书和和设计计原则（图图11）。图10初步设设设计技术要要求求图11初步设设设计事前指指导导书和设设计原原则确认结论：数值值值模拟前前有详详细的结构构设设计技术术要求求，非要因。末端因素3：无无无现场施施工概概念序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间3无现场施工概念念念现场验证设计人员对模型型型有空间间概念念，并知知晓施施工完后后的结结构形态态。时洪斌2011.1111.255确认过程：由于设计人员对对对桩板结结构路路基现场场没有有太多概概念，现现场调查查发现现，已向向设计计人员提提供了了带有工工程实实例的相相关书书籍（图12）、施工工现现场位置置的图图片（图13）及参考考模模型（图14）。参考书籍：图12参考书书书籍现场照片：工程位置工程位置图13现场照照照片参考模型图：图14桩板结结结构MidaassCiiviil计算模型型确认结论：设计计计人员对对模型型建立了了空间间概念，并并知知晓实地地位置置及施工工完后后的结构形形态态，非要因因。末端因素4：模模模拟软件件不当当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间4模拟软件不当现场测试软件应能全面分分分析结构构的主主要受力力状态态，并能能进行行不同工工况受受力分析析，前前后处理理方便便，且计计算速速度较快快。软软件综合合评分分＞15分。黄微2011.1111.300确认过程：桩板结构数值模模模拟可采采用三三种计算算方法法：①基于平面面应应力条件件的力力矩传递递法；；②基于平面面应应力条件件的结结构力学学求解解器计算算法（SMssoolveer）；③基于桥梁梁结结构计算算有限限元软件Ansyyss分析法。现场从有效性、实实用性、误差差大小、可操操作性四个方方面来评价基基于上述三种种方法的三种种模拟软件如如表7所示。表7模拟软软软件分析评评价价表方法名称性能类别力矩传递法SMsolverAnsys有效性○○◎实用性△△○误差大小○○○可操作性○○○综合得分101014*备注：◎5分分分，○3分，△1分制表：黄微制表时间间：：20111..11..300通过对三种模拟拟拟分析软软件进进行评价价，之前采用用的Ansyys得分最高高为14分，力矩矩传传递法和和SMMsoolvver都为10分。无论论哪哪种软件件综合合得分都都小于于15分，说明明目目前用到到的软软件在进进行桩桩板结构构数值值模拟方方面都都不是最最优的的。模拟拟软件件的选择择，影影响设计计效率率和周期期。目目前使用用的Ansyys软件在前前处处理和边边界条条件设置置上不不容易上上手，设设计人员员不容容易掌握握，易易导致数数值模模型的错错误，影影响后续续设计计计算。确认结论：软件件件综合得得分都都小于15分，缺少少更更加有效效的分分析软件件来提提高数值值模拟拟效率，是要因。末端因素5：电电电脑配置置低序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间5电脑配置低现场测试满足计算和图形形形显示要要求。黄微2011.1111.188确认过程：数值模拟所用电电电脑都为为奔腾腾双核E58000联想扬天天系系列商用用电脑脑，计算算和图图形显示示性能能优良，在在处处理桩板板结构构模型上上配置置足够。后后期期处理较较大数数值模型型时，对对显示较较慢的的电脑还还可以以通过增增加内内存、升升级显显卡得到到解决决。设计计人员员使用的的两款款电脑联联想扬扬天M660000N和联想扬扬天A460000K详细配置置如如图15和图16。图15联想扬扬扬天M660000N配置图16联想扬天A460000K配置确认结论：数值值值模拟所所用电电脑都为为主流流配置商商用电电脑，可可以满满足计算算和图图形显示示要求求，对设设计周周期不起起决定定性作用用，非非要因。末端因素6：无无无对应模模拟软软件数据据接口口序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间6无对应模拟软件件件数据接接口现场测试数据处理软件和和和数值模模拟软软件有接接口，可可以直接接读取取。张贵财2011.1222.155确认过程：现场测试发现，不不论Ansys还是MidassCiviil软件，都有有强大的图形形和数据接口口（图17和图18），可以与与其他主流前前后处理软件件对接；即便便是非主流小小软件处理的的数据格式，也也可以通过编编写程序进行行数据提取及及格式转换，为为数值模拟直直接提供输入入数据。图17Annnsys图形和数数据据接口菜菜单图18MiiidasCCiviil图形和数数据据接口菜菜单确认结论：数据据据处理软软件和和数值模模拟软软件接口口丰富富，数据转转换换、输入入和输输出方便便。非非要因。末端因素7：地地地勘资料料不详详尽序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间7地勘资料不详尽尽尽调查分析满足结构细部设设设计要求求，参参数可靠靠详尽尽。设计计质量量评定90分以上。张贵财2011.1222.9确认过程：调查分析地勘资资资料发现现，大大部分关关键桩桩基位置置都有有钻孔图图。结结合一期期工程程的地勘勘资料料，可以以保证证水文地地质情情况的可可靠性性。地勘勘资料料满足设设计要要求。地地勘报报告如图19所示，设计计质量评定定如图20所示，总总平均分分为94.6分>90分，地勘勘资资料评定定为优优秀。图19桩板结结结构段路基基地地勘报告告图20设计质质质量评定卡卡确认结论：地勘勘勘资料比比较详详尽，满满足设设计要求求，设计质量量评评定94.6分>90分。非要因因。末端因素8：线线线路平纵纵资料料表达不不清晰晰序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间8线路平纵资料表表表达不清清晰调查分析平纵断面能够清清清晰标示示结构构所处线线路位位置、线线间距距及轨道道标高高。刘婷2011.1222.200确认过程：调查分析发现，总总体院开放的的线路平纵表表达方式容易易引起误解，且且没有提供线线间距资料。在在多方协调下下，线路专业业提供了线间间距表，认为为是可以解决决线路数据问问题的。线路路和轨道专业业联系单如图图21所示，线路路资料问题容容易解决不构构成控制性因因素，不影响响结构受力条条件的输入。图21线路和和和轨道专业业联联系单确认结论：现场场场通过联联系单单互提资资料，可可以明确确桩板板位置线线路和和轨道技技术要要求，非要要因因。末端因素9：限限限界资料料不完完整序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间9限界资料不完整整整调查分析满足《地铁限界界界标准》规规范范要求，能能够够清晰标标示结结构物周周边已已有或已已规划划的结构构物的的限界条条件。刘婷2011.1222.222确认过程：调查分析发现，如如路基桩板结结构现场位置置图所示（图图22），限界资资料涉及既有有一期结构物物、新增疏散散平台、漏缆缆护墩和接触触网基础等，限限界资料直接接影响了路基基面的设计宽宽度，及结构构的受力分析析。设计过程程中各专业限限界资料不完完整，部分预预留结构及既既有结构具体体位置没有实实测具体值，只只能估算，不不满足《地铁铁限界标准》规规范要求。不不能够清晰标标示结构物周周边已有或已已规划的结构构物的限界条条件，影响建建模，对数值值模拟起控制制作用。图22路基桩桩桩板结构现现场场位置图图确认结论：通过过过调查分分析，未未满足《地地铁铁限界标标准》规规范要求求，达达不到确确认标标准，是要要因因。末端因素10：：：规范标准准参参考不当当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间10规范标准参考不不不当调查分析参考规范标准适适适用桩板板结构构设计。刘婷2011.1222.100确认过程：经调查分析，桩桩桩板结构构设计计参考规规范主主要有《铁铁路路桥涵地地基和和基础设设计规规范》（TB1000002..5--20005J4664--20005）、《铁铁路路工程地地基处处理技术术规程程》（TB1001106--20010J110788-22010）、《铁铁路路桥涵钢钢筋混混凝土和和预应应力混凝凝土结结构设计计规范范》（TB1000002..3--20005J4662--20005）、《混混凝凝土结构构设计计规范》（GB5000010--20010）等。依依据据《高速速铁路路路基非非埋式式桩板结结构理理论与实实践》和和《高速速铁路路无砟轨轨道桩桩板结构构路基基理论与与实践践》两本本专著著，桩板板结构构设计主主要参参考桥梁梁相关关规范设设计，现现采用的的主要要规范可可以满满足桩板板结构构的设计计要求求。确认结论：参考考考规范标标准明明确，适适用于于桩板结结构设设计，非要要因因。末端因素11：：：设计方法法不不当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间11设计方法不当现场测试设计方法适用桩桩桩板结构构设计计。与《铁铁路路工程地地基处处理技术术规程程》要求求一致致。冷长明2011.1111.200确认过程：目前钢筋混凝土土土结构设设计常常采用的的有两两种理论论体系系：一是是《铁铁路桥涵涵钢筋筋混凝土土和预预应力混混凝土土结构设设计规规范》采采用的的容许应应力法法；二是是《混混凝土结结构设设计规范范》等等大多数数规范范采用的的概率率极限状状态法法。理论论上采采用极限限状态态法对桩桩板结结构进行行设计计较容许许应力力法更为为经济济、合理理。鉴鉴于铁路路列车车荷载具具有特特殊性，对对列列车活载载的动动力特性性认识识局限性性，列列车与桩桩板结结构路基基系统统动力响响应问问题涉及及到机机车车辆辆、轨轨道结构构和桩桩板结构构等各各部件的的基本本力学参参数和和几何参参数，计计算理论论和计计算过程程均非非常复杂杂，此此外，铁铁路工工程结构构的可可靠度设设计理理论还不不成熟熟，虽然然目前前国内已已取得得了一些些研究究成果，但但这这些成果果发展展到实用用阶段段还有相相当大大的工作作量。因因此，目目前桩桩板结构构设计计仍宜采采用容容许应力力法。确认结论：地铁铁铁桩板结结构设设计方法法采用用容许应应力法法，与规规范一一致，非要因。末端因素12：：：参数选取取方方法不当当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间12参数选取方法不不不当调查分析参数选取应涵盖盖盖多种组组合工工况，对对结构构形式进进行比比选，对对具体体几何参参数进进行优化化，技技术经济济指标标综合评评分>8分。冷长明2011.1222.122确认过程：经调查分析发现现现，目前前桩板板结构方方案对对比只采采用了了几个选选定的的结构方方案进进行对比比分析析，参数数的选选取只依依靠《铁铁路工程程地基基处理技技术规规程》（TB1001106--20010J110788-22010）16.22..4的建议值值和和经验参参考值值来选取取（图图23），没有有采采取科学学有效效的参数数选取取方法，也也没没有采用用技术术和经济济指标标评价。参参数数选取方方法直直接影响响数值值模拟比比较方方案的设设计效效率，起起控制制作用。图23《铁路工工程地地基处理理技术规规程》的的参数建建议值值确认结论：参数数数选择具具有改改进空间间，没没有进行行优化化设计，影影响响模型的的建模模和计算算分析析，是要因。末端因素13：：：缺少咨询询条条件序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间13缺少咨询条件调查分析在数值模拟遇到到到困难时时能够够得到有有利的的咨询。项项目目例会能能达到到每月1次。莫万远2011.1222.255确认过程：通过调查分析可可可知，当当数值值模拟过过程中中遇到困困难时时，只能能求助助书本和和软件件相关案案例及及说明书书，解解决问题题带有有盲目性性。但但可以通通过院院内专业业间协协调，请请求桥桥梁专业业协助助解决MidaassCiiviil数值模拟拟过过程中遇遇到的的难题；；而且且项目例例会达达到了每每月一一次，起起到了了很好的的技术术交流作作用（图24）。图24项目例例例会记录表表确认结论：项目目目例会达达到了了每月1次，解决决了了技术交交流和和咨询问问题，非要要因。末端因素14：：：与外院技技术术交流欠欠缺序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间14与外院技术交流流流欠缺调查分析与其他有相似设设设计的设设计院院人员保保持联联系，及及时交交流设计计中遇遇到的问问题。每每月例会会不少少于1次。莫万远2011.1222.188确认过程：经调查分析，院院院内设计计人员员设计经经验有有限，接接触桩桩板结构构较少少，和其其他铁铁路设计计院间间的相关关交流流较少。但但通通过各级级领导导及专业业总工工的协助助疏通通，就专专业技技术问题题在设设计院间间的交交流合作作是可可以实现现的。另另外，成成都地地铁监理理设计计院每两两周召召开一次次项目目例会（图图25），由总总体体院和各各工点点院参加加，也也为项目目组与与外院的的技术术交流提提供了了便利条条件。图25成都地地地铁例会会会议议纪要确认结论：每月月月2次的例会会，可可以提供供与外外院技术术交流流的机会会。非非要因。通过上述分析，得得出：影响桩桩板结构数值值模拟周期的的要因如图26。影响桩板结构影响桩板结构数值模拟周期的主要原因图26影响桩桩桩板结构数数值值模拟周周期的的要因分分析图图八、制定对策根据以上要因确确确认，小小组根根据5W11HH的原则，进进进一步研研究对对策，采取取切切实可行行的措措施，并明明确确专人负责责实实施，具体对策策如如下表：表8对策实施施表序号要因对策（What）目标（Why）措施（How）地点（Where）责任人（Who）完成时间（When）①缺少软件培训对软件使用进行行行集中培培训所有设计人员应应应该熟练练掌握握数值模模拟软软件，考考核结结果优秀秀率≥80%。制定培训计划表表表进行集集中培培训，课课程结结束后进进行考考核。办公室时洪斌唐沛邓文庆2012.1...16~~1..26②模拟软件不当找到最适合桩板板板结构的的数值值模拟软软件软件应能全面分分分析结构构的主主要受力力状态态，并能能进行行不同工工况受受力分析析，前前后处理理方便便，且计计算速速度较快快。软软件综合合评分分＞15分。从有效性、实用用用性、误误差大大小、可可操作作性四个个方面面来评价价基于于平面应应力条条件的模模拟方方法（力力矩传传递法和SMssoolveer），Ansyys和MidaassCiiviil三维求解解器器方法，确确定定最优模模拟软软件。办公室张贵财刘婷丁新红2012.1...18~~2..15③限界资料不完整整整明确桩板结构的的的限界条条件满足《地铁限界界界标准》规规范范要求，能能够够清晰标标示结结构物周周边已已有或已已规划划的结构构物的的限界条条件。（1）收集、整整理理影响路基基基桩板结结构设设计的限限界条条件。（2）依据限界界条条件确定桩桩桩板结构构的几几何尺寸寸，确确定数值值模拟拟几何模模型、类类别。施工现场办公室黄微冷长明2012.1...20~~2..20④参数选取方法不不不当对参数进行优化化化组合参数选取应涵盖盖盖多种组组合工工况，对对结构构形式进进行比比选，对对具体体几何参参数进进行优化化，技技术经济济指标标综合评评分>8分。（1）对比确定定桩桩板结构的的的基本形形式。（2）对几何参参数数进行多因因因素多水水平的的正交试试验，确确定参数数最优优组合，形形成成对比方方案。施工现场办公室刘婷莫万远2012.2...1~22.228制表：刘婷制表时间间：20122..1.115PAGE63九、实施对策实施对策一：对软件使用进行集中培训负责人：时洪斌日期：2012.1.16~1.26措施：实施对策一：对软件使用进行集中培训负责人：时洪斌日期：2012.1.16~1.26针对设计人员对对对MidaassCiiviil软件使用用不不熟练的的问题题，进行行集中中培训，培培训训主要涉涉及桩桩板结构构数值值模拟的的如下下方面：：1.CAD中中中明确模模型的的几何尺尺寸，边边界条件件。2.定义模型型型特征值值（材材料、截截面等等）3.建模：先先先建立节节点后后建立单单元（复复制、平平移、切切割等）4.连接边界界界条件：：确定定模型构构件间间建立连连接（一一般弹性性连接接、刚性性连接接等）5.支承边界界界条件：：确定定支承类类型6.建立静力力力荷载工工况（自自重、轨轨道重重、收缩缩徐变变、整体体升温温、整体体降温温、顶板板升温温、横向向摇摆摆力、制制动力力或牵引引力、离离心力、短短轨轨力或伸伸缩力力）7.移动荷载载载分析（移移动动荷载规规范-车道-车辆-车辆荷载载组-移动荷载载工工况）8.输出分析析析模拟结结构图27MidddasCCiivil软件界面面对桩板结构数值值值模拟过程程中中涉及的的软件件功能，有有针针对性地地制定定软件培培训计计划，如如表9所示，并并在在培训结结束后后进行总总结与与考核。表9软件培训训计划划表时间地点培训内容主讲人2012.1.18上午路基所329midasCCCiviil有限元分分析析的基本本过程程桥梁专业下午路基所330midasCCCiviil建模功能能桥梁专业1.19上午路基所329边界条件桥梁专业下午路基所330荷载与分析控制制制桥梁专业1.20上午路基所329结果与输出桥梁专业下午路基所330midasCCCiviil配套软件件介介绍桥梁专业1.21上午路基所329桥梁移动荷载分分分析北京迈达斯技术术术有限公公司下午路基所330施工过程分析北京迈达斯技术术术有限公公司1.22上午路基所329温度问题北京迈达斯技术术术有限公公司下午路基所330结构动力分析北京迈达斯技术术术有限公公司1.23上午路基所329结构稳定分析北京迈达斯技术术术有限公公司下午路基所330抗震分析北京迈达斯技术术术有限公公司1.24上午路基所会议室总结与考核北京迈达斯技术术术有限公公司制表：时洪斌制表时间间：20122..1.117实施效果：通过对软件使用用用集中培培训后后，再次次对设设计人员员进行行考核，评评分分结果如如下：：表10集中培培培训后设计计人人员考核核表姓名时洪斌黄微刘婷张贵财莫万远冷长明董艳辉张文博得分9585929095939590考核结果优秀良好优秀优秀优秀优秀优秀优秀优秀率87.5%注：不及格（＜＜＜60），及格格（60~669分），良良好好（70~889分），优优秀秀（90~11000分）制表：时洪斌制表时间间：20122..1.224考核结果表明：：：所有设设计人人员都能能熟练练使用MidaassCiiviil软件进行行桩桩板结构构数值值模拟分分析，考核核结果优秀秀率为87.55%。小目标验证：通过集中培训，软软件使用考核核优秀率提高高到了87..5%，大于80%，目标实现现！实施对策二:找到最适合桩板结构的数值模拟软件负责人：实施对策二:找到最适合桩板结构的数值模拟软件负责人：张贵财日期：2012.1.18~2.15采用三种计算方方方法：=1\*GB3①基于平面面应应力条件件的力力矩传递递法（图28）；=2\*GB3②基于平面面应力条件件的结构力力学求解器器计算法（SMssolveer）（图29）；=3\*GB3③基于桥梁梁结构计算算有限元软软件Ansyys或MidaasCiivil分析法（图图32）。通过过上述三种种方法对比比分析相互互验证，得得出桩板结结构内力。计计算出桩板板结构的内内力包括：：桩基的轴轴力、弯矩矩、剪力；；顶板的横横向弯矩、纵纵向弯矩，为为桩和顶板板的配筋提提供依据。在在完成桩板板结构内力力检算的基基础上，进进一步验算算，桩基抗抗压、抗弯弯强度，相相应的桩基基配筋；板板的抗弯、抗抗冲切、抗抗剪强度，相相应的顶板板配筋。计算结果显示前前前两种方方法计计算的弯弯矩相相差较大大，这这是因为为SMMsoolvver未考虑结结构构的空间间效应应，将整整个空空间结构构简化化成平面面应力力计算，尤尤其其是在桩桩与板板的结合合处这这种简化化方式式将导致致桩板板分担弯弯矩失失真，不不易采采用；而而结构构力学计计算的的过程中中按照照桩板的的面积积比进行行刚度度的调整整之后后更接近近于实实际情况况，但但是上述述两种种方法都都无法法求解桩桩板结结构的空空间效效应，所所以需需要引入Ansyys或MidaassCiiviil等三维求求解解器进行行求解解。采用有有限限元软件件对桩桩板结构构进行行分析，结结果果显示较较接近近实际情情况，可可以指导导实际际工程设设计。现现将模拟拟方法法按照平平面二二维和空空间三三维分述述如下下：1.基于平面应应力力条件的模模模拟方法法（力力矩传递递法和和SMssoolveer）图28力矩分分分配法计算算示示意图图29SMSolvveer结构力学学求求解器桩板结构为多自自自由度超超静定定结构，受受力力分析时时不仅仅要考虑虑桩土土间的相相互作作用，还还要考考虑温度度应力力以及桩桩基不不均匀沉沉降等等的影响响，分分析过程程较为为复杂。对对桩桩板结构构进行行力学计计算前前可以加加以简简化，用用一个个简化的的结构构计算模模型来来代替实实际结结构。按等刚度原则，把把空间的桩板板结构分别按按纵向、横向向转化为平面面框架结构进进行分析，同同时结构自重重恒载与列车车活载简化为为均布荷载作作用在平面杆杆件上。（1）纵向：对对承承台板受力力力、变形形以及及桩的纵纵向受受力、变变形进进行分析析（图图30）；（2）横向：对对托托梁受力、变变形以及桩横横向受力、变变形进行分析析（图31）。图30纵断面面面计算简图图及及荷载分分布示示意图图31横断面面面计算简图图及及荷载分分布示示意图先分析纵向体系系系，得到到承台台板的内内力和和桩顶的的纵向向弯矩、纵纵向向力；根根据承承台板支支座处处的竖向向力，计计算出托托梁的的荷载，然然后后分析横横向体体系；根根据纵纵向体系系和横横向体系系的分分析结果果可求求得桩顶顶荷载载，对受受力状状态下的的桩基基进行设设计计计算。2.Ansysss和MidaassCiiviil三维求求解解器方法法图32ANSSSYS和MidaassCiiviil软件界面面采用Ansysss或MidaassCiiviil有限元元软软件以梁梁单元元建立四四跨一一联桩板板结构构内力计计算模模型（图33），为消消除除边界影影响，计计算模型型为三三联，选选取中中间联为为研究究对象；；计算算模型中中不考考虑地基基土对对托梁及及承载载板的支支承作作用。采采用“m”法计算桩桩基基础的等等效刚刚度矩阵阵，并并通过一一般弹弹性支承承（模模拟基础础弹性性）在桩桩梁固固接处施施加托托梁边界界条件件；托梁梁及承承载板采采用空空间梁单单元模模拟，桩桩头与与承载板板或托托梁连接接支点点位置采采用一一般弹性性支承承，承载载板、托托梁及桩桩刚性性连接位位置采采用刚性性弹性性连接模模拟，搭搭接位置置采用用一般弹弹性连连接模拟拟。为为考虑地地震力力影响，模模型型中添加加反应应谱分析析。桩板结构设计计计计算流程程：首首先建立立桩、托托梁、承承载板板整体三三维数数值模型型，添添加边界界条件件及荷载载，运运行有限限元分分析后得得到桩桩顶纵向向力和和纵向弯弯矩，据据此结合合钻孔孔灌注桩桩的容容许承载载力确确定各段段桩基基长度；；然后后依据各各段地地层情况况采用用Pile软件计算算桩桩基础的的等效效刚度矩矩阵，代代替数值值模型型中的桩桩基础础，模型型简化化为板梁梁结构构；再计计算桩桩头最大大轴力力、最大大弯矩矩，承载载板最最大轴力力、最最大弯矩矩、最最大剪力力，依依据容许许应力力法对桩桩基和和承载板板进行行强度配配筋和和裂隙检检算；；最后进进行位位移和变变形分分析。图33桩-托托托梁-板结构三三维维数值模模型实施效果：从有效性、实用用用性、误误差大大小、可可操作作性四个个方面面来评价价基于于上述三三种方方法的四四种模模拟工具具如表表11所示。表11模拟拟拟工具分析析评评价表方法名称性能类别力矩传递法SMsolvvverAnsysMidasCCCiviil有效性○○◎◎实用性△△○◎误差大小○○○◎可操作性○○○○综合得分10101418选定方法否否否是*备注注注：◎5分，○3分，△1分，根据据综综合得分分来选选定方案案。制表：张贵财制表时间间：20122..1.220通过对四种模拟拟拟分析工工具进进行评价价，MMidaasCivvill的综合得得分分最高为18分，Ansyys为14分，力矩矩传传递法和和SMMsoolvver都为10分。小目标验证：通过不同软件的的的对比分分析，进进行综合合评分分，结果果只有有MidaassCiiviil的综合得得分分（18分）＞15分，所以以优优选MidaassCiiviil为数值模模拟拟软件。目目标标实现！！实施对策三:明确桩板结构的限界条件实施对策三:明确桩板结构的限界条件负责人：黄微日期：2012.1.20~2.20措施：（1）收集、整整理理影响路基基基桩板结结构设设计的限限界条条件。桩板结构的几何何何模型除除满足足钢筋混混凝土土结构的的设计计要求外外，还还应根据据现场场情况满满足各各种限界界要求求。如图34～37各专业限限界界要求主主要以以联系单单和会会议纪要要形式式提供，限限界界资料整整理如如下：图34漏缆护护护墩基础限限界界资料图35接触网网网基础限界界资资料图36疏散平平平台基础限限界界资料图37一期工工工程基础限限界界资料（2）依据限界界条条件确定桩桩桩板结构构的几几何尺寸寸，确确定数值值模拟拟几何模模型、类类别。根据一期边坡情情情况、漏漏缆护护墩和接接触网网限界资资料，桩桩板结构构外侧侧半宽确确定为为2.1m。另据内内侧侧一期结结构物物和疏散散平台台限界要要求，桩桩板结构ZDK4444+4000～+424，YDK4444+3550～+374段内侧半半宽宽确定为2.1m，不设置置疏疏散平台台，为为异形板板；其其余段落落内侧侧半宽为2.6m，为标准准板板。桩板板结构构横断面面如图图38所示。图38路基断断断面图实施效果：将各专业对路基基基桩板结结构设设计过程程中的的限界要要求进进行统计计，绘绘制路基基结构构断面图图，确确定路基基面宽宽度，承承台板板宽度，最最终终确定了了桩板板结构整整体边边界尺寸寸，异异形板位位置。结结构限界界分析析评价如如表12所示，桩桩板板结构边边界尺尺寸考虑虑了各各种限界界条件件，并满满足《地地铁限界界标准准》的规规定。表12结构构构限界分析析评评价表限界条件规范要求漏缆护墩基础限界接触网基础限界疏散平台基础限界一期工程基础限界《地铁限界标准准准》√√√√制表：黄微制表时间间：20122..2.220小目标验证：通过搜集整理各各各专业和和现场场限界条条件，确确定了桩桩板结结构整体体边界界，并满满足《地地铁限界界标准准》的规规定。目标实现现！！实施对策四:对参数进行优化组合实施对策四:对参数进行优化组合负责人：刘婷日期：2012.2.1~2.28措施：1.确定结构构构形式（1）桩基依据《铁路桥涵涵涵地基和和基础础设计规规范》，钻钻钻孔灌注注桩的的中心距距不应应小于2倍成孔桩桩径径；承载载板边边缘至最最外一一排桩的的净距距，当设设计桩桩径d>1m时，不得得小小于0.3d，且不得得小小于0.5m。综合考考虑虑，桩基基沿线线路中心心对称称双排布布置方方式不满满足要要求，宜宜采用用沿线路路中心心单排布布置，间间距6~7m。（2）托梁①独立墩柱式（图图39-a）：无托托梁，桩基基与承载板板直接相连连接，承载载板直接固固接于桩上上。②托梁式（图3339-b）：中支支点点处桩基基钢筋筋穿过托托梁锚锚固于承承载板板中，使使得桩桩基、托托梁及及承载板板在桩桩基位置置处三三者固接接；边边支点处处桩基基与托梁梁固接接，板梁梁间搭搭接。③复合式（图3339-c）：中跨跨采采用独立立墩柱柱式，边边跨为为托梁式式。三种构造形式的的的桩板结结构具具有共性性又各各有其特特点，其其中，独独立墩墩柱式板板体为为双向板板，视视支撑情情况可可以任意意方向向共同受受力，边边支点处处宜设设计成悬悬臂，长长期活载载作用用下在边边支点点悬臂处处易产产生较大大折角角，对钢钢轨受受力不利利，并并影响行行车平平顺性；；由于于托梁的的存在在，托梁梁式和和复合式式桩板板结构极极大简简化了承承载板板受力，降降低低了桩基基与承承载板连连接处处的应力力集中中，另外外由于于托梁的的横向向连接作作用，也也增强了了桩板板结构的的横向向刚度与与抵抗抗不均匀匀沉降降的能力力。综综合分析析，复复合式桩桩板结结构构造造简单单，受力力明确确，运营营性能能好。（a）独立墩柱柱式式（b）托梁式式（c）复合式图39桩板结结结构主要结结构构形式（3）承载板①连续式：连续续续式承载板板的的构造措措施中中不设置置温度度缝和沉沉降缝缝，一联联结构构的跨数数可超超过100跨，长度度超超过千米米（图图40）。②分联式：分联联联式承载板板结结构一联3~6跨，联与与联联之间设设构造造缝，减减少温温度变化化和桩桩基不均均匀沉沉降对结结构的的影响（图图41）。图40连续式式式桩板结构构图41分联式桩桩板板结构桩板结构最终结结结构形式式如表表13所示，确确定定单排分分联复复合式桩桩板结结构为优优选结结构形式式。表13桩板结结结构形式确确认认表项目方案方案分析结论结构形式桩基布置1.双排布置（线线线路中心对对称称）（矩矩形布布置，三三角形形布置）2.单排布置（沿沿沿线路中心心）托梁布置1.独立墩柱式式桩基与承载板直直直接相连连接，承承载板直直接固固接于桩桩上。2.托梁式中支点处桩基钢钢钢筋穿过过托梁梁锚固于于承载载板中，使使得得桩基、托托梁梁及承载载板在在桩基位位置处处三者固固接；；边支点点处桩桩基与托托梁固固接，板板梁间间搭接。3.复合式中跨采用独立墩墩墩柱式，边边跨跨为托梁梁式。承载板布置1.连续式（不不设设置温度缝缝缝和沉降降缝）2.分联式（一一联联3~6跨，联与与联联之间设设构造造缝，减减少温温度变化化和桩桩基不均均匀沉沉降对结结构的的影响）制表：张文博制表时间间：20122..2.552.几何参数优优化化对承台板跨度LLL、承台板板高高度H和托梁高高度h进行正交交试试验尺寸寸优化化，构建建三水水平三因因素正正交试验验表。采用技术术指指标（承承载板板最大正正弯矩矩、负弯弯矩，托托梁最大大正弯弯矩、负负弯矩矩）和经经济指指标（混混凝土土、钢筋筋用量量、总造造价）作作为目标标函数数。正交交试验验表如表14：表14正交交交实验表因素LHh水平160.61.0280.81.23101.01.5计算方案111121223133421252236231731383219332制表：张文博制表时间间：20122..2.110实施效果：如表15所示，对9个计计算方案案分别建建模分分析对比比目标标函数并并评分分，确定定计算算方案3技术性和和经经济性综综合得得分最高高为10分，为最最优优方案。最最终终承台板板跨度度L=6m、承台板板高高度H=1..00m和托梁高高度h=1..55m。优化后后的的几何参参数如如图42所示。表15正交交交试验方案案分分析评价价表计算方案目标函数123456789技术性△◎◎△◎○○△◎经济性◎○◎◎○○○○○综合得分6810686648选定方法否否是否否否否否否*备注：◎5分分分，○3分，△1分，根据据综综合得分分来选选定方案案。制表：张文博制表时间间：20122..2.112a.A-A剖剖剖面b.B-B剖剖剖面c.C-C剖剖剖面d..D-DD剖面面图4222桩板结构构几几何模型型（单单位：m）小目标验证：通过正交试验方方方法对复复合式式桩板结结构参参数进行行了优优化设计计，所所选参数数达到到了技术术和经经济最优优，综综合得分分为10分＞8分。目标标实实现！十、效果检查1.活动后的的的目标实实现情情况对影响桩板结构构构数值模模拟周周期的要要因进进行了对对策实实施后，在在此此基础上2012年3月3日开始了了桩桩板结构构的施施工图设设计，实实际2012年6月25日完成了了桩桩板结构构施工工图各阶阶段设设计工作作，共共计115天。详细细各各阶段周周期统统计如表16所示。表16桩板结结结构施工图图设设计周期期统计计表