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高速铁路桩承式路堤中的桩帽效应分析

覃小纲  
【摘要】:随着近年来我国高速铁路工程的兴起,桩承式路堤在高速铁路线下工程中得到了推广和应用。已有研究表明,桩帽上方填土中的土拱效应、土工格栅的拉膜作用和桩帽下桩身与土体的共同作用是桩承式路堤承载机理的三个主要方面。目前,对结合高铁对线下结构的变形和承载要求,根据主要机理的工作关系,优化其中桩承式路堤的结构参数、提高其承载效能,进而指导设计施工等方面的研究水平还明显落后于广阔的工程实践的需要,进行深入研究具有迫切的现实价值。 本文针对的问题是桩帽覆盖率对高速铁路桩承式路堤工作机理的影响。在前人研究的基础上,结合京沪高速铁路李窑试验段的现场试验,首先分析了桩承式路堤的工作机理和特征。然后根据现场工程地质条件和设计施工参数建立了符合实际的单元体结构的有限元模型。最后针对桩帽直径和桩间距,进行了基于有限元的正交试验分析。本文得到以下主要结论: (1)现场试验结果表明,填筑期间是路堤结构沉降和地基表面土压力重分布的主要阶段:约60%的地基表面沉降和85%的桩土差异沉降发生在填筑期间;土拱系数在填筑期间由1.00降至0.24左右,填筑完成后稳定在0.22-0.24之间。根据试验结果推断填土中土拱高度约至桩帽上1.5m,为2.14(s-a)。土工格栅最大应变仅为0.4%,在桩土不同位置的差异应变在为0.1%内,加筋的作用微弱。 (2)有限元计算表明,等沉面高度约在桩帽上1.5m,该数据和填土中竖向应力的突变高度一致,填筑完成后土拱系数为0.231。土工格栅的拉膜作用并不明显。模型中的大变形和桩土界面折减系数对沉降、土压力和格栅应变的影响并不显著。 (3)有限元正交试验表明,扩大桩间距对桩间土的沉降影响显著,对桩顶沉降影响较小;扩大桩帽,能够在增大桩顶沉降的同时提高了桩间土沉降的稳定速率。极差分析表明,沉降对桩帽直径的敏感性高于桩间距,而土拱系数受两者影响相当。试验结果显示,2.5m桩间距和1.4m桩帽直径对沉降的控制优于现场试验中实际采用的1.7m桩间距和1.0m桩帽直径的参数组合。


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