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桩承地基路堤荷载传递机理的研究

强小俊  
【摘要】:桩承地基由水平加筋垫层、桩体、桩帽及桩间地基土共同组成,是一种新的软基处理方法。桩承地基主要通过路堤填土中的土拱效应和水平加筋体的拉膜效应将上覆大部分路堤荷载传递到桩上,再由桩传递至下卧持力层,从而减小了路堤的总沉降和差异沉降。同时,水平加筋体的抗拉作用可减小路堤的侧向变形,提高路堤稳定性。由于桩帽的设置,可增大桩的布置间距,相比常见的复合地基,提高了桩身强度的利用率,具有良好的经济性。正因上述特点,桩承地基在国内外软基处理工程中逐渐得到了推广应用。 桩承地基工作机理复杂,目前理论研究远落后于工程应用,设计理论还不完善。因此,对桩承地基体系的工作机理进行深入、系统的研究,将有助于设计方法的完善和施工工艺的改进,具有重要的理论和工程实际意义。 本文首先通过模型试验研究了桩承地基在路堤荷载作用下的受力工作特性和沉降规律。具体分析了桩土沉降差、桩间土性质、桩帽大小、水平加筋体等因素对土拱效应和沉降特性的影响。 其次,对模型试验进行了数值模拟,并与模型试验结果进行对比分析。着重分析了桩帽大小、路堤填土的内摩擦角和粘聚力、水平加筋体的强度和铺设层数等因素对土拱效应和土拱高度的影响。结果表明,桩帽的加大、水平加筋体的铺设、路堤填土内摩擦角和粘聚力的提高均有利于土拱效应的增强和土拱高度的减小。通过对模型试验的数值模拟,确定了土拱的大致高度和水平加筋体铺设层数的合理取值范围。 然后,综合考虑了路堤填土为粘性土、水平加筋体以及桩与桩间土相互作用等因素,建立了土拱效应计算模型,并利用该模型对几组模型试验和几个具体工程算例进行了对比分析。结果表明,计算结果与模型试验结果、现场实测结果较为吻合,验证了本文分析模型的合理性。通过本文分析模型对具体工程实例进行参数分析,初步确定了路堤填土的内摩擦角、粘聚力及桩帽面积置换率的合理取值范围。 最后,通过对两个桩承地基工程实例的现场观测数据的总结分析,得到了沉降、桩顶应力、桩间土应力、孔隙水压力、桩土应力比及荷载分担比等随填土高度的变化规律,并将实测结果与本文分析模型计算结果进行比较。结果表明,分析模型计算结果与现场观测结果基本吻合,进一步验证了本文分析模型的合理性。


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