随着城市化进程的加快,地铁建设成为各大城市解决交通拥挤的首选方案。但不可避免的总会有部分隧道要从已有建筑物如桥梁桩基或相邻通过,解决这一冲突的行之有效的方法为桩基托换技术。近年来桩基托换的跨度和托换吨位越来越大,在较复杂的桥梁下进行大轴力、大吨位的桩基托换工程难度大,技术问题日渐突出,亟待深入研究解决。本文以大轴力桩基托换的托换方式及托换体系、梁-柱接头连接形式、上部结构变形限值等三个关键技术为核心,并依托咸阳国际机场隧道穿越T3A航站楼主线桥桥墩桩基托换工程,进行了理论分析、模型试验分析及有限元仿真分析。主要研究内容有以下几个方面:(1)探讨了桩基托换技术的发展历程、分类、工程应用及其在桥梁工程中的研究现状;结合异形桥梁构造特点,提出了复杂异形桥梁大轴力桩基托换的关键技术问题。(2)研究了桩基托换的托换过程,提出了桩基托换的理论分析和计算方法,探讨了托换体系荷载转移机理。以国内某待建大轴力桩基托换工程为依托,结合其工程概况、结构特点和技术难点,确定了合理的桩基托换体系方案。(3)探讨了桩基托换接头的技术要点及连接形式;总结了影响接头性能的相关因素及技术;研究分析了植筋接头抗剪原理及其破坏模式。发展了节点连接界面抗剪承载能力的计算方法,对各方法及理论公式进行比较并指出其适用性,提出了改进的桩基托换接头抗剪切公式。(4)制作了桩基托换接头实体模型,进行了接头连接的抗剪切、抗滑移性能试验。分析了试验现象、试验过程和试验数据,得到了接头抗剪承载能力等性能指标,验证了改进的桩基托换接头抗剪切公式的可靠性,对实际工程进行了指导。利用大型有限元软件建立了抗剪连接接头计算模型,分析了接头的力学性能及破坏模式,对比试验结果,探讨了计算模型的合理性和理论公式的正确性。(5)基于异形桥梁空间分析理论及上部桥梁特点,利用有限元软件建立了上部异形桥梁的计算模型,确定了判断准则和支座位移工况,结合仿真分析和理论计算得到了桩基托换顶升和下沉时上部桥梁的变形限值。