详情

原文传递刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与优化研究

论文题名：	刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与优化研究
关键词：	路堤;软土地基;刚性桩加固;荷载传递;土拱效应;参数优化
摘要：	本文以路堤下刚性桩加固软土地基为研究对象。以两种加固方式——桩-网复合地基和桩承式路堤处理方式为研究内容进行了现场试验，通过理论分析与数值计算相结合的方法，对路堤荷载传递机理进行了深入的分析，提出了更为合理的分析模型，改进了理论计算公式，对两种处理方式的特性进行研究，对各自的设计参数进行了数值优化。主要工作内容如下： ①依托项目在广梧高速公路上设置了管桩试验段，进行了PHC管桩加固软土地基的现场试验研究，分4段分别设置2组不同褥垫层的桩-网复合地基和2组不同褥垫层的带桩帽桩承式路堤，进行路堤设置试验。通过对各处理方式下的孔隙水压力、沉降进行了数据处理分析探讨了路堤的土拱形成和破坏的机理。揭示了桩土共同工作以桩土应力达到峰值为分界点的两个阶段。对桩土应力数据进行处理，计算得到了桩土应力比与荷载分担比，探讨了两种不同的处理方式桩土应力和荷载传递所各自具有的特性。给出刚性桩加固软土地基路堤设计与施工的具体工程建议。 ②对于桩-网复合地基和桩承式路堤，分别提出了整体工作模型，以解释现场试验出现的变形和应力特性。对于桩一网复合地基，提出了整体工作的滑动刺入模型，很好的解释了桩体间歇性上刺入现象。对于桩承式路堤，提出的压力拱模型。将稳定的受力结构假设为拱形结构。模型较好的解释了现场试验的应力和沉降表现出来的性质。 ③采用岩土工程数值分析软件FLAC<'3D>程序建立了路堤荷载传递的计算模型，绘制了位移和应力分布三维透视图，参照三维图，对路堤内部主应力和位移进行了分析，得到了拱效应分布图。对现有的计算模型和计算方法进行了总结，并在此基础上提出了刚性核弧(球面)拱模型，推导了荷载传递比和应力折减比公式，对Hewlett圆(穹顶)拱模型进行了改进。将各种方法的计算结果与现场试验测试结果进行了对比分析，验证了刚性核模型的合理性。 ④采用FLAC<'3D>分别建立了桩-网复合地基和桩承式路堤的分析模型，进行了三维流固耦合计算。探讨了两种处理方式桩顶界面的沉降特性和桩体应力的区别。桩承式路堤处理方式的总沉降量比桩-网复合地基形式减少约2/3。两种处理方式的桩体轴力值相当，桩-网复合地基存在桩身负摩阻力，轴力最大值出现在桩顶界面以下3/5桩长处。而桩承式路堤负摩阻力较小，轴力最大值可认为在桩顶附近。桩承式路堤对边桩抗弯抗剪强度提出了更高的要求。总体来说，桩承式路堤在加固效果上优于桩-网复合地基，而桩-网复合地基经济性略好，施工较为方便。⑤通过对桩-网复合地基和桩承式地基的区分，对桩-网复合地基处理形式的褥垫层参数、桩距进行了多组数值试验。对加设桩帽的桩承式路堤形式褥垫层参数、桩距、桩帽大小进行了试验研究。获得了两种不同方式设计参数的合理值范围，为工程设计提供参考。试验结果表明，对于桩-网复合地基，增大褥垫层填料模量、内摩擦角，并适当增加褥垫层厚度，可以减小桩土相对位移，取得较好的加固效果。褥垫层模量取80MPa～150MPa较为合适，褥垫层填料宜采用具有粘聚力的材料，刚性褥垫层厚度可适当取厚，桩间距不宜超过3.0m，取2.0m～2.5m左右为宜。而对于桩承式路堤，仅需要铺设土工格栅而不需要设褥垫层。合理桩距的范围仍为2.0m～2.5m。但取相同桩距，其加固效果要优于桩一网复合地基，当桩距取2.0m～2.5m时，桩帽面积与总面积的最优面积比为0.25。
作者：	芮瑞
专业：	岩土工程
导师：	夏元友
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文