路堤下素混凝土樁復(fù)合地基變形失穩(wěn)機(jī)理與注漿加固試驗(yàn)研究.pdf

1、在京滬高速鐵路、武廣客運(yùn)專線和鄭西客運(yùn)專線等各已建成和在建高速鐵路路基下軟基處理中廣泛引入了素混凝土樁和CFG樁等低強(qiáng)度剛性樁復(fù)合地基處理技術(shù)。然而目前剛性樁復(fù)合地基理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)際運(yùn)用，路堤下剛性樁復(fù)合地基上下共同作用工作性狀、計(jì)算理論等尚未成熟，關(guān)于其變形破壞模式和機(jī)理的研究還較少，尤其是在鐵路、公路等規(guī)范中仍無(wú)明確的相關(guān)條款規(guī)定路堤下剛性樁復(fù)合地基穩(wěn)定性計(jì)算分析方法，也缺少工程經(jīng)驗(yàn)支撐。此外，運(yùn)營(yíng)期間路堤下剛性樁復(fù)合地基

2、加固技術(shù)還較為缺乏。鑒于此，本論文以路堤下素混凝土樁復(fù)合地基作為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)學(xué)解析、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和長(zhǎng)期測(cè)試等方法，開(kāi)展路堤下素混凝土樁復(fù)合地基工作性狀、變形失穩(wěn)模式和機(jī)理及注漿加固方法等相關(guān)研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　首先，根據(jù)路堤下素混凝土樁復(fù)合地基荷載傳遞機(jī)理及其變形規(guī)律，把其分為路堤填土上層、綜合墊層、復(fù)合地基加固區(qū)、下臥層上層和下層5部分，將各部分作為相互作用的整體系統(tǒng)，在Alamgi

3、r等提出的復(fù)合地基變形模式的基礎(chǔ)上，考慮樁土相對(duì)滑移作用和樁間土沉降非同步性，由整體系統(tǒng)變形協(xié)調(diào)和應(yīng)力平衡條件，推導(dǎo)出了路堤下素混凝土樁復(fù)合地基整體系統(tǒng)的解析方法，并且采用有限元分析方法，分別從路基面總沉降、樁頂和樁底刺入量、變形模式、樁土摩擦力和樁土應(yīng)力比5個(gè)方面進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明本文解析方法能較好地反映路堤下素混凝土樁復(fù)合地基整體系統(tǒng)的工作性狀。
　　其次，通過(guò)離心模型試驗(yàn)，研究了路堤下素混凝土樁復(fù)合地基變形失穩(wěn)模式，分析了

4、樁跨徑比、樁間土壓縮模量和上部荷載對(duì)路堤下素混凝土樁復(fù)合地基沉降變形、樁頂和樁底刺入量、樁體應(yīng)變、樁土應(yīng)力比和樁體破壞模式的影響規(guī)律;根據(jù)路堤下素混凝土樁復(fù)合地基不同區(qū)域樁體的破壞特征和樁土相對(duì)位移狀態(tài)，提出了將路堤下素混凝土樁復(fù)合地基樁體受力分為拉彎區(qū)、彎剪區(qū)、壓彎區(qū)和承壓區(qū)4個(gè)不同區(qū)域，樁破壞模式有拉彎破壞、彎剪破壞、壓彎破壞、樁體刺入破壞、樁體向坡腳側(cè)移和傾斜及樁周土體繞流，說(shuō)明路堤下素混凝土樁復(fù)合地基不同位置的樁具有不同的受力狀

5、態(tài)和抗滑機(jī)理，并且會(huì)隨上部荷載、樁間土壓縮模量和樁跨徑比的變化而發(fā)生改變。
　　基于三維數(shù)值模擬計(jì)算方法，引入樁體功能破壞逐一退出機(jī)制，研究了路堤下素混凝土樁復(fù)合地基失穩(wěn)破壞機(jī)理，發(fā)現(xiàn)路堤下素混凝土樁復(fù)合地基越靠近坡腳的樁，其最大彎矩值和最大剪力值越大，樁體產(chǎn)生彎曲破壞先于剪切破壞，最靠近坡腳的樁體最先產(chǎn)生彎曲破壞，然后往里逐漸發(fā)生彎曲破壞，而不是設(shè)計(jì)中假設(shè)樁體同步產(chǎn)生剪切破壞，但是距坡腳一定距離后，樁以承壓受力為主，不再產(chǎn)生彎曲

6、破壞，數(shù)值計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了離心模型試驗(yàn)提出的路堤下素混凝土樁復(fù)合地基樁體受力分區(qū)的合理性。在此基礎(chǔ)上，在揭示路堤下復(fù)合地基各區(qū)域樁體受力特征及其狀態(tài)的條件下，提出了考慮樁體功能破壞退出機(jī)制的強(qiáng)度折減法路堤下素混凝土樁復(fù)合地基整體穩(wěn)定性分析方法。并針對(duì)樁跨徑比為3.0的基本模型C-1，由該穩(wěn)定性分析方法計(jì)算得路堤下素混凝土樁復(fù)合地基基本模型C-1安全系數(shù)為0.92，而未考慮樁體狀態(tài)直接采用強(qiáng)度折減法得出的安全系數(shù)為2.14，說(shuō)明該穩(wěn)定性分析

7、方法能充分考慮各樁受力狀態(tài)和抗滑機(jī)理，使計(jì)算結(jié)果更合理和安全。
　　然后，設(shè)計(jì)了一種油水隔離式漿液壓力檢測(cè)裝置，研制了一套實(shí)驗(yàn)室注漿模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，可提供0～1.0MPa之間可控注漿壓力，能夠模擬各種土體注漿過(guò)程。采用該系統(tǒng)進(jìn)行了飽和軟粘土注漿加固試驗(yàn)，提出了漿液飽和軟粘土中擴(kuò)散機(jī)制可分為鼓泡壓密球形擴(kuò)散、首次劈裂擴(kuò)散、被動(dòng)土壓力二次劈裂擴(kuò)散和后續(xù)劈裂擴(kuò)散4個(gè)階段，分析了注漿壓力、水泥漿液配比和模擬注漿深度等參數(shù)對(duì)漿液在飽和軟粘土中

8、擴(kuò)散機(jī)制和性狀的影響規(guī)律，完善了飽和軟粘土注漿啟劈壓力計(jì)算公式。從漿液擴(kuò)散性狀和改善飽和軟粘土孔隙率、壓縮模量和抗剪強(qiáng)度的綜合效果角度考慮，在模型注漿壓力設(shè)計(jì)范圍內(nèi)注漿壓力越大越好，水泥漿液水灰比存在最優(yōu)值，本文試驗(yàn)得出的水泥漿液水灰比最優(yōu)值為0.7。
　　最后，針對(duì)某新建客運(yùn)專線鐵路站場(chǎng)路基沉降問(wèn)題，通過(guò)站場(chǎng)路基鉆孔補(bǔ)勘，診斷了站場(chǎng)路基產(chǎn)生沉降原因。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)飽和軟粘土注漿加固試驗(yàn)得出的漿液擴(kuò)散規(guī)律與注漿壓力、水灰比和模擬