桩承式加筋路堤的设计计算方法研究

【摘要】： 桩承式加筋路堤作为一种新型的地基处理技术，其具有可快速填筑施工，施工工期短，无须预压和二次开挖，能有效地控制地基的沉降和侧向变形，而造价与常规搅拌桩地基基本相当等突出优点，为建设在软弱地基上的路堤、堤坝、挡土墙、储油罐等提供了一种即经济又有效的解决方法，其应用范围和领域正在不断扩大，特别是需快速施工或者对沉降要求较严格的高速公路工程。但因其工作机理非常复杂，研究工作相对滞后，目前我国还没有相应的设计方法及规范，主要沿用常规复合地基理论和依靠经验进行设计，往往与实际有较大的出入，影响其应用的科学性，从而严重限制了它的应用。 本文首先从由路堤填料、加筋垫层、桩及桩帽、桩间土层和下卧持力层组成的桩承式加筋路堤整体受力体系分析着手，分别建立路堤填料的土拱作用、加筋垫层的兜提作用、桩土之间的摩擦作用、桩端持力层的支撑作用的分析模型及其基本微分方程，并以各部分应力连续和应变协调的边界条件，得到整体的分析模型及其联立方程组，获得了桩土沉降、荷载分担比、加筋体拉力、等沉面高度、桩身轴力、桩侧摩阻力等的计算方法。运用MATLAB计算工具，编制软件求解联立方程组，并以窗口界面的形式，快速方便求解。 其次，运用建立的分析模型及编制的软件，通过大量的计算，系统分析了桩承式加筋路堤的桩和桩间土沉降及其沉降差、路堤等沉面高度、桩体荷载分担比、加筋体的拉力、中性点位置、持力层等沉面深度等随各参数的变化规律，进一步探讨了桩承式加筋路堤各组成部分的相互作用的力学性状。 然后，选取三个典型的高速公路桩承式加筋路堤，埋设应力和变形的观测仪器，进行现场原型试验，通过大量的现场观测，获得了沉降，荷载分担，桩身轴力等随填筑荷载及时间的变化规律；同时应用FLAG计算软件，对其中的二个典型试验路段进行数值分析，获得其沉降、荷载分担、水平加筋体的应力与变形、桩身轴力、桩侧摩阻力等计算结果。并将分析模型、现场试验、数值分析三者的结果进行了比较分析，验证了分析模型基本能够反映桩承式路堤真实的工作性状，其计算结果具有一定的可靠性和工程实用性。 最后，从实际工程的设计角度出发，探讨了桩承式加筋路堤的设计思路及应用范围，并以分析模型的计算方法为基础，提出了桩承式加筋路堤的加筋垫层、桩帽、桩布置的设计方法以及沉降、承载力、整体稳定的计算方法，形成了一套较完善的桩承式加筋路堤的实用分析计算方法，部分成果已被纳入到交通部标准《公路软土路堤设计与施工技术指南》(报批稿)。