上世纪60~90年代,由于国内勘查、设计、施工等方面管理不善及技术水平落后等原因,使得修建中、小型桥涵刚性扩大基础时,存在未查明其地基是否会发生砂土液化的现象。致使在我国地震等强动荷载作用多发区域,常发生地基砂土液化,伴随着地基土体有效应力减小,地基承载力显著降低,最终导致桥台地基产生不均匀沉降。目前,国内对砂土液化造成桥台偏斜纠偏的研究仍十分薄弱。本研究针对液化砂土地基中赋存地下水的特点,及砂土液化的机理研发出一种适用于中、小型桥涵刚性扩大基础的膨胀体纠偏技术,该方法充分利用膨胀体具有遇水发生物理、化学反应后体积膨胀的特性,挤压膨胀体周围土使其孔隙率减小,进而抬升地基上方桥台基础达到纠偏的目的。并以膨胀体及其纠偏方法为研究对象,利用膨胀填料配合比室内试验、弹性力学理论、弹塑性力学理论、PFC3D颗粒流程序等,系统对桥梁墩台膨胀体纠偏方法分析,为桥涵墩台膨胀体纠偏方法提供理论依据。取得主要创新成果如下:⑴依托已有专利《桥台液化地基加固方法及加固膨胀体》并利用桩基工程相关理论,对膨胀体构造形式改进设计。结合实际工程条件概述膨胀体纠偏方法的具体操作流程和现场实施方式。将膨胀体设置为膨胀体壳体和膨胀体填料两部分,使用铝合金片材作为膨胀体壳体材料,设置膨胀体尖端构造,膨胀填料的最佳配合比是膨胀体纠偏的核心所在。通过室内试验对膨胀填料膨胀率研究,并确定四种膨胀填料。设置50k Pa和100k Pa两种应力作用下,对16组不同配合比的膨胀填料进行室内最佳配合比试验。最终,确定出室内最佳配合比为膨润土30%,生石灰38%,石膏16%,膨胀珍珠岩粉16%,同时,其对应的膨胀率是1.33倍。⑵对桥梁墩台膨胀体纠偏方法理论分析,从砂土地基地质情况出发对膨胀体纠偏加固基本原理阐述,基于弹性理论推导出膨胀体膨胀桩径的计算公式;利用膨胀体膨胀力推导出膨胀体的体积膨胀量计算公式;从试验得出的膨胀体膨胀量出发并应用孔隙挤密原理推导出膨胀填料使用量的计算公式,得出刚性扩大基础下桥台纠偏量与所需纠偏膨胀体用量之间函数关系;基于弹塑性理论推导出膨胀体径向挤密应力以及膨胀体径向膨胀应力;对膨胀体布置形式及间距进行理论分析,确定使用梅花桩形式布置膨胀体。⑶概述PFC3D基本特点、实际工程问题求解步骤、颗粒流模型计算基本假定、PFC3D建模方法、力与位移的关系、边界条件、初始条件、时间步长的确定、PFC计算基本思路、以及使用PFC对桥台膨胀体纠偏方法模拟相比于传统数值模拟方法的优势所在。⑷依托汕汾高速公路K23小桥工程实例,使用实测的地基资料、桥台基础资料、以及通过试验确定的膨胀体膨胀倍率,利用PFC3D颗粒流软件建立桥台基础、地基、膨胀体纠偏模型,使用8万多个球体分别对桥台基础、以及其下地基按照实际工程尺寸进行模拟试验,采用1.3万多个球体对膨胀体进行模拟。从模型整体位移云图、整体不平衡力云图、整体应力变化云图、以及Z方向位移、应力变化曲线、以及桥台位移曲线等方面对膨胀体纠偏方法进行分析。通过改变膨胀体根数以及设置膨胀体不同间距,对膨胀体纠偏性能研究,得出随着膨胀体数量的增加纠偏位移也在增加;随着膨胀体间距增大,膨胀体纠偏量逐渐减小;间距的变化对膨胀体纠偏效果的影响要远大于膨胀体根数的影响。