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《浙江大学》 2004年
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路堤荷载下复合地基沉降计算方法研究

李海芳  
【摘要】: 复合地基在工程中的应用不断得到发展,其沉降计算方法还不成熟。新近的研究成果大多是刚性基础下复合地基的试验和计算结果,只有少量的路堤和柔性荷载下复合地基的研究结果。高等级公路在软土地基的兴建,出现了桥面和桥头段沉降差引起的“桥头跳车”现象。加固软土路基的复合地基不同于刚性基础下设置垫层的复合地基,路堤为桩体的向上刺入提供了足够的空间,路堤荷载接近于柔性荷载,桩土应力比也将不同。目前还没有在柔性荷载下进行现场试验的方法,加强现场测试和计算分析是探讨路堤下复合地基工作性状的一种途径。 本文在假设的位移模式下,考虑桩土相互作用,通过力学推导,得到了路堤荷载下复合地基桩侧摩阻力、加固区桩间土压缩量和桩土应力比的解析表达式。根据桩侧摩阻力的解析解,给出了加固区压缩量的简化算法; 采用典型段法对复合地基沉降影响因素进行了三维有限元分析,避免了平面应变分析方法中对复合地基中桩体的不合理换算,以使计算模型在力学概念上更合理。在有限元分析的基础上,给出了基于天然地基沉降计算的复合地基沉降计算方法及相应图表。在进行复合地基沉降计算时,按通常方法计算路堤荷载下天然地基相应加固区和下卧层的压缩量。然后,确定7个修正系数,按推荐的方法计算复合地基相应区域的压缩量及总沉降。 对低强度桩复合地基处理桥头段软土路基进行了现场试验研究,对现场观测结果进行了分析,包括对载荷板及路堤下桩顶和桩间土的土压力及沉降、分层沉降、侧向位移和孔隙水压力观测结果的分析。现场原型观测表明,桩间土的沉降量大于桩顶的沉降量,填土中出现拱效应,填土荷载逐渐从桩问土向桩顶转移,桩土应力比逐渐增加。填土荷载下的桩土应力比的变化过程不同于刚性荷载板下的变化过程,其数值也远小于刚性荷载板下的桩土应力比。 由于采用了低强度混凝土桩复合地基,路基的沉降大大减少。现场测量结果表明,该复合地基的沉降量约为天然地基沉降量的1/3。更重要的是,采用了变桩长的方式协调桥台和路面不均匀沉降取得成功,路堤顶面的沉降基本上是均匀的。分层沉降观测结果和地表测量结果是一致的。分层沉降观测结果还表明,复合地基的主要压缩变形发生在加固区底部和下卧层顶部的一定范围内。
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