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高速铁路桩—网复合地基性状及设计方法研究

牛建东  
【摘要】: 在软基上修建高速铁(公)路需要解决工后沉降控制和提高施工速度两大技术难题。桩-网复合地基的推出为解决稳定性和工后沉降控制这两大技术难题提供了新的途径。目前该方法在工程上已经有-定应用并取得较好的效果,但研究偏少。 为此铁道部在京沪高速铁路进行了由一家设计院、两个工程局和三所高校共同参与的软土地基路桥设计参数特大型试验。本文以此高速铁路软土路堤昆山试验段为工程背景,对地基沉降、孔隙水压力、桩土应力比以及土工格栅应力、应变等项目进行系统测试、分析与总结,并在现场试验的基础上利用数值计算方法对桩-网复合地基的承载机理,稳定性及沉降规律进行研究,获取如下主要结论: (1)现场测试 确定桩-网复合地基现场测试项目、测试元器件的埋设方案、现场数据采集方案及测试频率;总结出一套针对高速铁路桩-网复合地基试验路堤的元器件埋设、测试方法及数据整理的方法并获得丰富、可信的现场实测资料,可供类似工程项目参考。 (2)测试分析成果 基于地表沉降、分层沉降、剖面沉降和侧向变形的观测数据得到桩-网复合地基的沉降和变形规律;基于孔隙水压力消散数据获得桩-网复合地基中地基土的固结特性;通过基底应力、桩-土应力比和加筋垫层中土工格栅应力应变的观测数据得到桩-网复合地基的承载机理和荷载传递机理。 (3)性状分析 针对桩-网复合地基中采用的不同桩型,提出了各自适合的平面应变等效方法;对于砂桩,桩体刚度采用面积等效方法,加固区地基土层水平向渗透系数必须进行等效计算;对于搅拌桩,桩体刚度采用刚度等效的方法。确定了数值模拟中地基土、筋材、筋-土和桩-土界面所采用的数值模型及各模型所需计算参数。通过模型效验,验证计算模型及参数正确。得到了桩-网复合地基加筋垫层中筋材拉力、界面剪应力和界面相对位移的变化及参数影响规律。 利用有限元强度折减法可以有效地解决桩-网复合地基稳定性分析问题,得到桩-网复合地基整个填筑过程安全系数变化规律、桩-网复合地基破坏机理及各组成部分对稳定性的影响规律,确定桩-网复合地基可以有效的改善路堤稳定性,提高填筑速率,缩短工期。 通过数值计算,对桩.网复合地基沉降规律进行研究,得到桩-网复合地基中地基土参数、桩长、桩体模量、桩的置换率、垫层弹性模量和筋材刚度等参数对总沉降量、加固区压缩量、下卧层沉降量及工后沉降的影响规律。确定桩-网复合地基中提高桩长、桩体模量及增加桩的置换率均可有效地减小和控制工后沉降,这些参数均存在临界值,超过参数临界值后再增加各参数量值,对控制工后沉降的作用有限。 (4)设计方法 基于实测数据和加筋垫层及稳定性计算结果,确定桩-网复合地基加筋垫层的设计参数——筋材抗拉刚度、筋材抗拉强度、加筋层数及筋土界面系数的取值范围和方法。根据沉降修正系数法,提出了桩-网复合地基沉降的计算方法,确定桩的设计参数——桩长、桩体模量、桩间距和桩径。根据以上结果,得到桩-网复合地基设计方法和步骤。


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