路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基理論與應(yīng)用研究.pdf

1、剛性樁復(fù)合地基具有施工質(zhì)量易控制、施工速度快、工后沉降及不均勻沉降小、處理深度大、復(fù)合地基承載力大、造價(jià)比較適中等優(yōu)點(diǎn)，在高速公路軟基處理中得到了重視，并有初步的應(yīng)用，但是缺乏系統(tǒng)的理論分析。本文分析了剛性樁復(fù)合地基加固高速公路軟土地基的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，指出目前需要解決的關(guān)鍵問題。通過理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基的性狀進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容如下： (1)首先總結(jié)了傳統(tǒng)的剛性樁復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀，指出

2、了路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基和一般建筑物下剛性樁復(fù)合地基(復(fù)合樁基)的不同之處，分析了加固軟土地基的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基需要解決的問題。 (2)利用軸對(duì)稱的有限元計(jì)算模型，分析路堤荷載剛性樁復(fù)合地基中不帶樁帽和帶樁帽剛性樁單樁性狀，計(jì)算結(jié)果表明路堤填料中存在“等沉面”和“土拱效應(yīng)”的現(xiàn)象；計(jì)算結(jié)果還顯示樁帽尺寸的大小與樁間距之間的比例關(guān)系是控制樁體荷載分擔(dān)的關(guān)鍵因素，而樁端土層性質(zhì)的變化對(duì)其影響不大。利用多拱理

3、論，分別給出了樁間土應(yīng)力和樁帽上部土體應(yīng)力的解析解，推導(dǎo)了有加筋材料作用下的樁體荷載分擔(dān)比的計(jì)算公式，同時(shí)給出了筋材的應(yīng)力和變形計(jì)算公式，并討論了樁體荷載分擔(dān)比隨各種因素的影響規(guī)律。模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果驗(yàn)證了本文提出計(jì)算公式的正確性。 (3)建立了路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基樁-樁帽-土共同作用的有限層-有限元方程，并編制了相關(guān)計(jì)算程序。通過典型算例的計(jì)算得出了如下主要結(jié)論：通過柔性荷載和剛性荷載作用樁土共同作用的對(duì)比分析，得出

4、了兩種荷載作用的樁帽(承臺(tái))下土體反力分布特征有很大的不同，剛性荷載作用下樁帽下土體反力呈現(xiàn)出邊上大的典型分布特征，而柔性荷載作用下，土體反力呈現(xiàn)出邊上小，中間大的分布特征，特別是在在樁帽上部荷載水平較小的情況下尤為突出；在相同的樁帽荷載作用下，柔性荷載下樁的側(cè)摩阻力的發(fā)揮程度要大于剛性荷載下的情況，變形特性也具有相同的特點(diǎn)，且樁帽下土體荷載分擔(dān)比要小。 (4)PTC預(yù)應(yīng)力管樁施工過程中的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：海相軟土中PTC預(yù)應(yīng)力管樁

5、采用錘擊法施工會(huì)產(chǎn)生較大的超孔隙水壓力。管樁的樁徑、樁長(zhǎng)以及有無樁靴對(duì)孔壓及其消散規(guī)律都有很大的影響。單樁施工引起的孔壓在初期消散較快，其后逐漸緩慢；群樁引起的孔壓消散速率則緩慢得多。單樁和群樁施工后不同時(shí)間的樁周土體的現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探試驗(yàn)表明，樁體施工后導(dǎo)致樁周具有強(qiáng)結(jié)構(gòu)性的連云港天然沉積土的結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致樁周土強(qiáng)度的降低，而且該土層強(qiáng)度短期內(nèi)很難恢復(fù)。對(duì)典型軟土層，錐尖阻力比主要在0.5～0.9范圍內(nèi)變化。 (5)多組PTC

6、預(yù)應(yīng)力管樁靜載試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析表明，樁帽對(duì)單樁復(fù)合地基的承載力有明顯的提高作用，增幅達(dá)18﹪。通過靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變的對(duì)比分析，顯示兩種測(cè)試方法的結(jié)果具有相當(dāng)?shù)囊恢滦?。打樁后不同時(shí)間的高應(yīng)變測(cè)試結(jié)果表明，海相軟土中PTC預(yù)應(yīng)力管樁的承載力隨時(shí)間在增長(zhǎng)，且增幅較大，單樁極限承載力增幅均大于50﹪?？偨Y(jié)了路堤荷載下剛性樁復(fù)合地基中負(fù)摩阻力問題，對(duì)土體沉降采用Terzaghi一維固結(jié)理論，在假設(shè)樁及樁周土體變形規(guī)律的基礎(chǔ)上得到了樁體軸力和變形

7、的計(jì)算公式，與一個(gè)工程實(shí)例的測(cè)試結(jié)果具有良好的一致性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，提出了連云港地區(qū)考慮樁間土強(qiáng)度時(shí)間效應(yīng)的系數(shù)μ樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度λ的取值范圍，給出了合理的路堤荷載剛性樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法。 (6)從剛性荷載和柔性荷載作用下的剛性樁復(fù)合地基沉降不同特性出發(fā)，分別提出了樁間土應(yīng)力減小比法、位移模式法和等沉面法等沉降計(jì)算方法。利用所提方法分別對(duì)PTC預(yù)應(yīng)力管樁和CFG樁處理的試驗(yàn)段進(jìn)行了計(jì)算，并與實(shí)測(cè)結(jié)果和其它計(jì)算方法進(jìn)行

8、了對(duì)比分析，探討了本文所提方法的合理性和適用范圍。 (7)探討加載方式對(duì)路堤沉降性狀的影響，采用考慮流變的Merchant土體本構(gòu)模型解釋了沉降-時(shí)間曲線與加載方式的關(guān)系，分析了瞬時(shí)加載、線性加載和分級(jí)加載情況下沉降的發(fā)展規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了符合各自沉降和沉降速率變化特征的指數(shù)、Gompertz和分段Gompertz預(yù)測(cè)模型，多個(gè)工程實(shí)例的預(yù)測(cè)和分析證明了所提的預(yù)測(cè)模型的科學(xué)性和實(shí)用性。從路堤荷載作用下地基的水平向應(yīng)變的特征和