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管桩处理山区沟谷软弱地基的高填方拱涵受力特性与变形试验研究
| 论文题名： | 管桩处理山区沟谷软弱地基的高填方拱涵受力特性与变形试验研究 |
| 关键词： | 管桩处理软弱地基;沟谷地形;高填方拱涵;受力特性;变形特性;土压力集中系数;沉降变形 |
| 摘要： | 山区沟谷地形中常淤积大量的软弱土，公路高填方涵洞若直接修筑在沟谷底部的软弱土层上，将会出现地基沉降过大且沉降不均匀等问题，这会直接影响到构筑物的正常使用和整个工程的安全。目前较为常用的地基处理方法大多无法同时满足经济性和规范性的要求，这时管桩处理作为能够兼顾上述两条要求的地基处理方法将是工程的较优选择之一。但管桩所带来的问题则是会明显增强地基的刚度，加剧涵顶的应力集中，使得涵洞将要承受比理论更大的土压力，从而使涵顶更易出现开裂破坏。因此，如何平衡地基处理和应力集中所带来的问题值得重点研究。 本文考虑工程地区土体特性、地形条件、填土高度和不同管桩布设工况等因素，采用离心试验、数值分析等方法研究了拱涵受力特性和土体变形规律，主要研究成果如下： （1）管桩处理地基时应使涵侧管桩更长，复合地基管桩桩径越小、管桩桩距越大、涵侧管桩越长，土压力和涵顶土压力集中系数Ks越小，涵顶土层沉降差越小，等沉面越低，不同管桩布设工况下，等沉面高度为11.5m~16.9m；因此适当减小桩径、增加桩距和涵侧桩长，可以一定程度减轻涵顶应力集中所带来的影响。考虑到工程实际情况，建议管桩桩径取30cm~40cm，管桩桩距取2m~2.5m，涵侧桩长取15m~20m，经过验算，此管桩布置工况下的承载力均满足要求。 （2）相比于平地地形，沟谷地形下涵周各点的土压力、Ks和涵顶土体沉降均有所减小；沟谷宽度越大、沟谷坡度越小，土压力和Ks越大；建议采用管桩复合地基时，尽可能的保留原沟谷地形，建议沟谷宽度为2~5倍涵洞净跨，坡度大于45°。 （3）不同管桩布设工况对土压力、土体沉降以及结构应力的影响程度和填土高度呈正相关；Ks随填土高度的增加先增后减，并在15m时达到最大值；土压力和结构应力随填高增加而增大，大于20m后，涵洞某些部位拉应力大于材料抗拉强度。因此填土高度超过15m后，应对涵洞进行合理减荷，保证涵洞的安全性。 （4）提出管桩处理山区沟谷软弱地基的高填方拱涵土压力计算公式；各因素对Ks的影响顺序：沟谷坡度＞沟谷宽度＞涵侧管桩桩长＞管桩桩距＞填土高度＞管桩桩径。 |
| 作者： | 刘星越 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 冯忠居 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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