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。     

桩-筏(网)复合地基桩土应力比现场测试研究

桩土应力比是刚性桩复合地基的一个重要设计参数,通过对沪宁城际铁路路基试验段CFG桩-筏(网)和PHC桩-筏复合地基桩土应力进行长期观测,分析了桩土应力变化规律,对桩土应力横向分布、桩间土应力变化、桩土应力比及荷载分担比等进行了对比研究。研究表明:桩土应力比与填筑荷载成非线性关系,与桩土相对刚度密切相关;桩土应力横向呈不规则锯齿形分布,桩顶应力集中现象明显,桩间土承载作用在填筑初期得到了充分发挥,桩土差异沉降迫使桩顶承受更多荷载,褥垫层和土工格栅调整了桩土荷载分担,揭示了路堤荷载作用下桩-筏(网)复合地基承载机制。     

考虑路堤-加固区相互作用的刚性桩复合地基沉降算法

为合理计算路堤荷载作用下刚性桩复合地基沉降,考虑路基填土中的土拱效应以及路堤-地基加固区竖向荷载传递的耦合特征,基于填土中内、外土柱界面摩阻力系数随深度线性发挥模式以及复合地基中桩土相对位移模式与桩侧摩阻力系数分布模式,采用微元体静力平衡原理,并考虑路堤-加固区-下卧层之间的应力连续与变形协调条件,推导出了路堤下刚性桩复合地基的桩土应力比、桩土沉降差、加固区沉降量的计算公式,定量反映了路基填高、填土及软土地基的黏聚力和内摩擦角、桩长、桩径、桩间距等多个主要因素。实例分析表明,加固区沉降量的计算值与实测值误差一般不超过15%;桩长对加固区沉降呈非线性影响;面积置换率、地基土内摩擦角与黏聚力对加固区沉降均具有线性的负相关影响特征,且沉降量受内摩擦角影响比黏聚力更敏感。     

基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析

为掌握垫层结构性能对基底压力和垫层筋带拉力的影响,设计了3种不同垫层结构的软土地基路堤离心模型试验,测试了在路堤荷载作用下的基底压力和垫层筋带拉力等数据。试验数据及分析表明,（1）随垫层结构性增强,路堤中心处的基底压力逐渐减小,路基面范围的基底压力分布由“中大边小”的凸型曲线逐渐变为“中小边大”的凹型曲线;（2）随垫层结构性的降低垫层筋带拉力减小,路堤土体也由静止稳定状态变为主动极限状态;（3）随路堤荷载增加,地基土体状态由弹性进入弹塑性直至塑性屈服,垫层筋带拉力的分布也逐渐由双峰的马鞍型向单峰的抛物线型转变。     

桩承式加筋路堤时效性数值模拟研究

利用有限元数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的时效性变化规律。通过无桩无筋、无桩加筋、竖向桩体及水平加筋联合使用3种情况对比研究,分析了路堤填土荷载作用下软土地基中超静孔隙水压力随时间的变化规律,探讨了路堤水平位移、沉降和工后沉降、筋材最大拉力及桩体荷载分担比随固结时间的变化规律。研究结论可为软土地基上路堤的设计和施工提供重要的参考。     

超大面积深厚软土桩-网复合地基承载性状模型试验研究

基于厦深铁路潮汕车站地基处理加固工程,完全参照原型的软土地基地层分布情况,设计了两种不同桩间距下的超大面积深厚软土桩-网复合地基物理模型试验,对荷载传递机制与不同桩间距下桩体荷载分担比、桩土应力比及地基沉降规律等进行了系统研究。结果表明,桩身轴力沿着桩身高度往下先逐渐增大到某一深度后又逐渐减小,随着桩间距增大,桩承担上部荷载的方式由摩擦桩逐渐向端承桩变化;随着桩间距增大,桩身中性点下移,桩身最大负摩阻力出现的位置下降,且其值减小;桩间距对桩-土应力比有显著影响,而对桩体荷载分担比影响较小;不同桩间距下,两桩中心桩间土与桩顶差异沉降均小于4桩中心桩间土与桩顶差异沉降;随着路堤填土荷载增加,土工格栅表现为拉应变逐渐增大,拉应变曲线刚开始比较平缓,后逐渐变陡,增大的速率先慢后快。     

采空巷道上方高速铁路桩板路基模型试验研究

桩板结构作为高速铁路采空区路基的复合地基,目前尚处于工程应用的探索阶段,缺乏相应的机制分析。以合福高速铁路（合肥－福州）上饶五府山车站采空巷道上方桩板结构路基为原型,通过物理模型试验获取桩的内力、土的应力、桩和承台板、土及采空巷道顶板的沉降三大类数据,得出了模型中桩和桩间土的内力分布、路基和采空区沉降规律。研究表明,荷载作用下桩顶处轴力最大,桩身轴力沿桩身逐渐减小,采空巷道段轴力恒定;桩侧摩阻力沿桩身不断减小,桩侧无负摩阻力,采空巷道部分桩侧摩阻力为0;桩土应力比与桩土荷载分担比变化规律相似,桩所分担的荷载随着荷载的增加逐渐增大直至一稳定值;承台板和桩间土的沉降均匀,沉降量很小;采空巷道和非采空巷道上方的路基沉降基本相同,采空巷道顶板最底端基本没有变形;模型中桩板结构对采空区路基加固效果良好。     

桩-网复合地基承载性状现场试验研究

桩-网复合地基是一种软弱地基处理方法,它能通过变形协调,充分发挥桩、网、土的各自作用,有效地控制工后沉降或差异沉降。为了解路堤荷载下桩-网复合地基工作机制,深入分析其沉降变形、荷载传递、桩土应力比和网的受力等性状,接桩体种类设计了两个试验区进行对比分析,研究成果表明,桩网复合地基可以有效减少沉降量;土工格栅的荷载传递能力强于土拱;土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘,仅为1 %,最小应变则出现在桩间。试验结果为桩网复合地基理论研究和优化设计提供了依据。     

桩-网复合地基承载及变形特性的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,通过有限元数值模拟的方法分析了路堤荷载作用下桩-网复合地基中土工合成材料刚度、垫层厚度、桩体模量以及桩间距对复合地基的荷载传递特性、桩-土应力比、路基的表面沉降及侧向位移的影响。总结、分析计算结果,获得了桩-网复合地基承载及变形的一些基本特性,如：增加土工合成材料刚度,可显著地减小桩-土差异沉降和路基侧向位移,并增加桩-土应力比;增加垫层厚度,可明地改善桩-土荷载分担比和桩-土应力比等力学性状。这些结果对桩-网复合地基的设计与施工具有一定的指导意义。     

基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析

为充分掌握斜坡软弱土地基在路堤荷载作用下的变形特性,寻求合理的地基加固措施,以新建达成铁路扩能改建工程某工点为原型,设计了5组基于水泥土搅拌法地基处理方案的室内土工离心模型试验。通过对试验数据的整理分析,结果表明：（1）针对斜坡软弱土地基的上、下坡侧分别采取不同的桩间距布设,可减小斜坡软弱土地基沿横向的差异沉降变形,提高地基加固的均匀性;（2）在斜坡软弱土地基的下坡一侧布设斜桩,具有较好的水平变形约束效果,但在竖向沉降控制方面表现略差;（3）斜坡软弱土地基下坡一侧产生的变形将引起上坡一侧产生相同方向的变形,并以水平变形的表现较明显,地基加固应以控制下坡一侧的变形为重点;（4）地基水平变形沿深度的变化规律因地基布桩疏密的不同而表现出先增大后减小的单峰型曲线和单调衰减的双曲线型两种形态。     

高速公路拓宽工程沉降控制复合地基优化设计

按沉降控制设计理论,结合有关公路设计规范、路面功能性和结构性的要求以及有限元法分析路基差异沉降引起路面附加应力的计算结果,提出了采用工后路基路拱横坡度变化小于等于0.45 %作为软土地基上高速公路拓宽工程的容许新老路基差异沉降控制标准。采用有限元法对佛山-开平高速公路拓宽工程标准断面进行分析,采用不同参数计算出水泥土搅拌桩复合地基的新老路基差异沉降。根据沉降控制标准,优化出既满足新老路基差异沉降控制要求,又效益最优的高速公路拓宽工程软土路基水泥土搅拌桩处理的设计参数,即工程水泥土搅拌桩采用面积置换率为8.9 %(对应桩间距1.6 m),桩长8 m,桩径为0.5 m,水泥掺入比为15 %;实际使用时,考虑桩土存在一定的不协调,可适当提高桩体面积置换率达10.1 %（对应桩间距1.5 m）。     

循环荷载作用下水泥土桩复合地基模型试验研究

设计并完成了循环荷载作用下水泥土桩复合地基的模型试验。对水泥土桩复合地基的竖向附加应力、桩土应力比、孔隙水压力及沉降等问题进行了研究讨论。结果表明,（1）水泥土桩加固饱和软基后发生了应力重分布;（2）循环荷载作用下复合地基桩土应力比受加荷周数、循环应力比和置换率等因素的影响较显著;（3）水泥土桩加固饱和软基降低了孔压值,减小了由于孔隙水压力的消散而产生的工后沉降;（4）水泥土桩复合地基在循环荷载作用下桩顶和桩间土变形并不协调,桩顶永久沉降小于桩间土永久沉降,且加荷周数越大这种趋势越显著。     

考虑基础刚度影响的风机梁板式桩筏基础模型试验研究

梁板式桩筏基础作为新型风机基础,前景广阔,适当优化结构,可节约成本。采用大型室内模型试验,研究了梁板式桩筏基础在不同筏板刚度情况下的受力变形特性,同时讨论了桩土荷载分担比的关系。研究表明,在工作荷载范围内,适当增大筏板刚度,桩平均轴力增加,外圈桩承担的荷载增大,内圈桩的轴力减小,环梁及肋梁弯矩减小,但继续增加刚度,对桩身轴力、环梁弯矩、肋梁弯矩的影响并不大;随着荷载的增大,土体承担的荷载比逐步增大,趋于稳值。随着梁板式基础刚度增加,基础内外差异沉降减少,但是达到一定刚度后再增加刚度对变形影响较小。梁板式基础刚度的变化会影响基底反力分布的均匀性,且存在一个最优刚度,使基础底部反力分布最为均匀,本次试验中12梁的梁板式基础基底反力比6梁和实体基础更均匀。桩基的分布和梁的分布存在相互影响,改变梁的分布会影响桩顶力,而桩基在梁底下又会使梁的应力产生重新分布。研究成果可为设计桩筏基础提供参考依据。     

盾构隧道施工对邻近承载桩基影响研究

针对苏州轻轨1号线成层非均质土地基,选用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,建立三维有限元数值模型,研究非均质土中盾构隧道施工对邻近承载桩基工作性状的影响规律。数值计算结果表明,随着成层非均质土中各土层软硬程度差异的增大,隧道开挖会在邻近承载单桩引起明显反弯点,且桩体沉降亦随之增大;位于上软下硬成层土中的承载单桩桩身正弯矩更大,且该正弯矩出现在桩身中上部的反弯点部位,而上硬下软成层土中的承载单桩下部出现更大的负弯矩;与均质土中同位置承载单桩相比,位于上软下硬成层土中承载单桩桩顶及桩端轴力均更大,而位于上硬下软成层土中承载单桩桩顶轴力则更小。不同竖向集中荷载作用下,非均质土中盾构隧道开挖引起的承载群桩中前桩水平位移沿桩身分布与同位置承载单桩重合,后桩挠曲程度小于承载单桩;盾构隧道施工对承载群桩内力的影响明显高于对变形的影响。     

高速拓宽软土路基差异沉降数值计算及监测分析

路基差异沉降控制是软土地区高速拓宽工程中的关键性技术问题之一,本文以北方某高速拓宽工程的试验段为例,运用ABAQUS软件进行了拓宽软土路基变形的有限元数值计算,并与路基现场变形监测数据进行对比分析,数值计算与实测结果基本吻合,结论一致地反映了路堤填筑初始阶段新路基的沉降速率较大,旧路基在填筑后期才产生较明显的附加沉降变形; 路基变形在拓宽侧呈现明显的"沉降盆"效应,新、旧路基的差异沉降是造成路基路面纵裂的主要因素; 桩端地基土呈现出较明显的侧向挤压效应,则表明采用带帽PTC桩复合地基中用于减沉时,桩端应置于具有较高承载力的有效持力层上。     

旋喷群桩复合地基承载特性的数值分析

旋喷桩加固软土地基在各种地基处理工程中得到了广泛应用。对旋喷桩的研究多数集中在其施工工艺的改进上,或者针对单桩的承载特性进行研究,而对旋喷群桩的承载特性则研究不多。根据工程实际情况,采用基于MIDAS-GTS的三维有限元分析技术,通过改变旋喷群桩的布置方式、桩弹性模量、桩长、桩径、桩距等设计参数及桩-土接触面等参数对旋喷群桩复合地基承载特性的影响进行了研究。研究表明：旋喷桩加固软土地基主要减小了地表至桩底深度范围内土体的竖向沉降,对桩底下方的土体沉降基本无影响;提高旋喷桩桩径及材料强度会提高复合地基承载能力;不同旋喷桩布置方式、桩-土之间是否设置Goodman接触面单元对地基承载能力基本无影响。     

带帽PTC管桩复合地基荷载传递试验研究

根据控制沉降设计理论,采用疏化桩间距的方法,在某公路深厚软基处理中设计并采用了带帽PTC（预应力薄壁混泥凝土）管桩。为了了解路堤下带帽PTC型刚性桩复合地基作用机理,更好地研究带帽PTC管桩复合地基沉降变形、荷载传递、桩土荷载分担比及桩土应力比等力学性状,在两种地质条件下进行了带帽PTC管桩复合地基现场足尺试验研究,得到了试验资料和一系列有益的结论。试验结果能够为带帽PTC管桩复合地基理论研究提供合理依据,并对其优化设计起指导作用。