桩承式加筋路堤的现场试验及数值分析

对一桩体面积置换率为8.7 %的低置换率桩承式加筋路堤进行了现场试验及三维有限元分析。现场主要进行了桩、土荷载分担,孔压、沉降及侧向水平变形等内容的观测。将观测数据与常规设计方法及三维有限元分析结果进行了对比研究,在此基础上对设计方法的适用性进行了分析。研究结果表明,路堤填土的土拱效应造成荷载向桩体转移,这种荷载转移大幅度减小了在软土层中产生的超孔隙水压力。当填土高度大于2.5 m时,土拱效应的应力折减系数可用Russell和Pierpoint或Hewlett和Randolph提出的土拱效应分析方法进行计算,其结果与三维有限元分析也较相符,但在路堤高度较小时,只有Russell和Pierpoint方法与实测结果相接近。路堤施工过程中,实测的水平变形与沉降之比仅为0.2左右,这表明采用桩承式加筋路堤不仅可减小沉降,而且可减小水平向的变形,提高路堤的稳定性。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。     

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤受力性状比较复杂,土拱效应对路堤的承载变形性状具有重要影响。通过三维土拱效应模型试验,研究桩-土相对位移、路堤高度、桩帽净间距和水平加筋体拉伸强度等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明：土拱效应发挥程度与桩-土相对位移密切相关,存在一个临界桩-土相对位移使得桩土应力比达到最大值,该临界桩-土相对位移约为6～8 mm。路堤高度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小;桩帽宽度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小。设置水平加筋体能有效提高桩土应力比并减小路堤顶面沉降;路堤越低,水平加筋体对桩土应力比的提高作用及对路面沉降的减小作用越明显;水平加筋体拉伸强度越高,这种作用越明显。桩承式加筋路堤三维土拱效应等沉面高度与桩帽净间距之比约为3.5。     

路堤荷载下CFG桩复合地基沉降分析

分析了路堤荷载下CFG桩复合地基的变形机理，根据假定的沉降模式及桩侧摩阻力分布形式，推导出了考虑桩-土-褥垫层共同作用的简化沉降计算公式，结果与试验数据吻合较好。     

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制,建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下,改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响;当桩间距不大于4倍桩径时,加筋垫层整体基本保持完好,路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定,而桩间距达到6倍桩径后,桩顶刺穿加筋垫层,加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效,素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大;当桩间距达到4倍桩径时,素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象,最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏,当桩间距增大至6倍桩径时,桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。     

动荷载下桩承式路堤的承载特性及机制研究

对于桩承式路堤作用效应的研究目前主要侧重于对静荷载作用下桩土应力比和土拱效应等,较少考虑动荷载的影响,而车辆运行产生的动应力会对路堤中的土拱产生一定的影响,进而影响桩承式路堤的整体性能。为了分析静、动荷载作用下桩承式加筋路堤的性能变化,采用可视化模型试验和颗粒流数值模拟相结合的方法,对桩承式路堤在静载和动载下的应力传递和变形性状进行研究,分析动载作用下填土高度、桩帽、桩距、加筋形式、荷载频率的影响。试验结果表明,在动载下无筋路堤的桩顶的应力减小,而桩间的应力和位移增大,并且变化的幅度均比加筋路堤大,加筋材料的设置有利于减小动载的影响效应,但不同加筋形式下桩承式路堤的工作性状有所不同,受动载影响程度的大小主要与土拱效应的强弱有关。设置双层加筋时,因加筋材料与周围砂土形成半刚性平台,土拱效应减弱,故受动载影响的程度最小,单层加筋时,格栅设于桩顶上方10 cm比格栅置于桩顶受动载影响的程度明显减小,颗粒流的模拟结果验证了以上结果,并且进一步得出随荷载频率的增加、填土高度与桩净距的减小,动载的影响效应增大的结论。     

静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

现浇X形桩桩承式加筋路堤三维有限元分析

桩承式加筋路堤在高速公路软基处理中得到了广泛应用,但目前对其承载变形机制还缺乏深刻认识。结合南京长江第四大桥北接线段软基加固工程,基于数值方法对现浇X形桩桩承式加筋路堤中桩土沉降、桩土应力、桩身轴力及超静孔隙水压力的发展变化规律进行了分析。研究结果表明,受土拱效应影响,路堤填筑荷载主要由桩体承担,桩及桩间土土压力在路堤填筑过程中均逐渐增大,在软基固结过程中,桩顶土压力继续增大而桩间土土压力逐渐减小,最终趋于各自的稳定值;路堤填筑过程中桩身轴力增长较快,现浇X形桩桩身上部较大部分区段存在负摩阻力,桩身中性点位置经历了先逐渐上移、而后向下移动,最终趋于稳定的过程。     

双向增强体复合地基桩土应力比分析

针对双向增强体复合地基,由于桩体与桩间土变形不协调,导致路堤填土内部垂直变形有差异,应力状态发生变化。引入剪切位移法来分析路基填土中水平加筋体的变形和应力传递规律,在综合考虑填土力学性质（c, ）和水平加筋体作用的基础上,通过微元体平衡分析推导得到了桩土应力比、桩顶刺入量等计算公式。通过工程实例验证公式的可靠性,并综合分析了相关因素对桩土应力比的影响,得到了一些有益的结论。     

桩承式加筋路堤作用机理理论分析与数值模拟

软土地基上填筑高路堤常常面临地基承载力不足、沉降和不均匀沉降过大等问题。桩承式加筋路堤能够有效地解决这些难题。通过理论分析和有限元数值模拟,研究了路堤填土-加筋材料-桩体-桩间土之间的相互作用机理,讨论了路堤填土中的土拱效率、桩体效率、路堤底面差异沉降和筋材拉力的变化规律。研究结果表明,填土中的土拱效应和筋材张力膜效应能够有效地提高桩体效率,防止软土屈服;筋材内部拉力呈非线性分布,桩顶边缘处筋材拉力最大。     

新型桩板结构对高速铁路软基沉降控制作用离心试验

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降,是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式,以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟,重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明,在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板,可以使路基整体沉降减小12 %,并使路基整体沉降更加均匀;桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态,密度和含水率变化显著;加载作用对路基变形影响深度大于40 m。     

路堤挡墙与预应力管桩连接方法现场试验研究

采用预应力管桩（PHC）作为路基挡土墙基础,可发挥PHC桩质量保证率高、抗压性能好的优势,挡土墙承担水平荷载的要求也给PHC桩基础与基底的连接模式提出了问题。依托广东广清高速公路扩建工程进行现场试验,研究PHC桩基础分别采用有盖板的垫层式和无盖板的嵌入式承连挡土墙基底模式的作用机制。研究表明：垫层式与嵌入式连接的PHC基础桩间土均承担主要荷载,嵌入式连接外桩与桩间土应力比更大,是垫层式两倍左右,嵌入式内、外桩承载力发挥率差别更加明显;垫层式连接基础不能阻止墙体发生偏转,嵌入式连接通过桩体的约束作用控制墙体保持位置状态稳定;垫层式与嵌入式连接的挡墙受力主要表现为底板底面沿路基方向承受拉应力,在垂直路基方向底板底面未出现零压力区;两种连接模式墙体水平位移差别不大,桩间土是承担水平荷载的主体。     

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

桩与土工格栅联合作用对高速公路路堤地基承载力影响的有限元分析

针对目前国内采用桩与土工格栅联合作用加固高速公路软土地基的新方法,利用平面应变弹塑性有限元方法,建立路基的二维有限元模型进行数值分析计算。对人们普遍关注的土工格栅在提高地基承载力和稳定性方面的有效性进行分析,并研究在置换率相同情况下桩径和桩间距的变化以及在置换率变化条件下不同桩径和桩间距的选取对复合地基承载力的影响规律,为今后桩基的优化设计提供可靠的参考依据。     

路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

桩承式路堤承载特性的颗粒流模拟

现有的土拱效应计算方法中,由于采用的计算模型不同,计算结果差异很大。文中克服传统连续介质力学模型的宏观连续性假设,采用二维颗粒流程序（PFC）建立基于模型试验的细观数值分析模型,对桩承式路堤中土体接触力、应力分布、主应力方向、竖向位移进行分析,并比较计算和实测结果,研究土拱效应的荷载传递机制。同时,对不同桩帽、桩间距、填土高度、颗粒大小、摩擦角的情况进行PFC方法的参数敏感性分析。研究结果表明,桩承式路堤桩顶处局部范围可按弹性核考虑;土拱的分布型式受桩帽型式、桩净距、格栅的影响;实际土拱作用的影响范围主要集中在路堤底面以上约1倍桩净距的区域;土拱内部的竖向应力和水平应力均随深度非线性改变,桩土应力比随着荷载水平、土体内摩擦角、颗粒大小的增大而增加。     

水泥土桩与土工格栅联合加固沟谷软基机理研究

针对山区沟谷软基的特殊土质,并结合夯实水泥土桩和土工格栅在地基加固中的作用特点,提出用夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方案来处理沟谷软基,并利用平面应变弹塑性有限元数值分析方法,对这种地基的受力性状、作用机理进行了多方面研究。结果显示：土工格栅在其中起到类似抗拉膜的作用,以控制地基的不均匀沉降,可以减小路堤坡脚附近的侧向位移,增加地基的极限承载能力。桩间土对夯实水泥土桩有负摩擦力作用,使得桩身的最大平均有效应力位置处在桩体的中下部。格栅对路基沉降量的影响则较小。