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毛乌素沙漠高铁螺杆桩复合地基沉降特性研究
| 论文题名： | 毛乌素沙漠高铁螺杆桩复合地基沉降特性研究 |
| 关键词： | 螺杆桩;复合地基;数值模拟;参数设计;承载性能 |
| 摘要： | 新建榆林至鄂尔多斯高速铁路位于陕西省北部和内蒙古自治区西南部，地表广泛分布风积沙，是我国真正意义上的“第一条沙漠地区高速铁路”。由于风沙地基的承载力较低，为满足高速铁路设计规范中，时速为350km/h无砟轨道工后沉降的设计要求（≤15mm），本文拟采用螺杆桩桩网复合地基方法对风积沙路段进行处理。在结合以往工程经验并通过数值模拟和理论计算，得到了高速铁路螺杆桩单桩及螺杆桩桩网复合地基的作用机理、沉降特性及承载特性等内容。主要研究内容与结论如下： （1）依托实际工程项目，利用ABAQUS有限元软件，建立螺杆桩及等截面直杆桩（CFG桩）单桩模型，通过数值模拟计算，对比二者在沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力等方面的性能差异。结果表明：同等工况下螺杆桩在承载性能方面具有较大优势，螺杆桩相比于等截面直杆桩单桩极限承载力提高了大约45%。螺杆桩单桩承载力满足设计要求。 （2）通过模拟研究了螺杆桩桩身参数对螺杆桩承载力的影响。结果发现：当土层参数一定时，螺牙倾角与螺纹叶片端部厚度参数变化对桩身承载力影响较小，螺距、叶片厚度和螺杆段长度占比改变对承载力影响较为明显。 （3）选取工程线路某一典型断面，依据实际情况建立三维数值分析模型，从沉降与桩土应力两方面，研究路堤荷载作用下螺杆桩桩网复合地基的工作性能。发现随着路堤填筑高度的增加，路基整体沉降与桩土之间差异沉降均随之增大，并均在路堤中心处达到最大值;桩土之间的应力比与荷载分担比同样随着填筑高度的增加而不断增大。并通过计算得出工后沉降为11.06mm，满足设计要求。 （4）在研究桩网复合地基各种关键设计参数下复合地基的受力与变形时，发现对于本工程而言：复合地基适宜桩距为4D~5D，桩长为12~14D：螺纹段长度占比k取0.6~0.7，复合地基的整体沉降受桩帽尺寸影响不是十分显著，可取桩帽尺寸为1m，并且垫层厚度的增大能够明显缓解桩顶应力集中效应，有助于减小桩土之间不均匀沉降。 （5）最后对比分析了CFG桩-网复合地基、螺杆桩桩-网复合地基、CFG桩筏复合地基三种不同地基处理形式的受力、沉降变形及工作性状。得到螺杆桩桩网复合地基相比较于普通CFG桩桩网结构在沉降控制方面具有良好效果，相较于桩筏基础，桩网结构能产生土拱效应，更能发挥桩间土承载能力，设计更为合理。 |
| 作者： | 郝杰 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 马学宁;牛新泽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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