高速铁路路基带帽单桩及桩筏结构承载力与沉降特点研究

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1、高速铁路路基带帽单桩及桩筏结构承载力与沉降特点研究第1章绪论1.1研究目的和意义由于桩後复合结构具有刚度大、承载力高、整体性好等特点，被广泛用于加固高速铁路路基下深厚软土地基。桩基础与搜板铺固连接后，按板可均化上部荷载传递到地基的分布形式，桩基可将荷载传递至地基土中相对持力层，可有效解决局部应力集中和整体沉降问题，适用于荷载较大，地基承载力较低的地基条件。由于桩按结构在建筑工程中应用较早，积累的实践经验也较多，相关理论研究也较为成熟，并形成了规范和规程，但高速铁路路基工程与建筑工程相比，其荷载形式、上部结构物刚度以

2、及沉降控制标准等均有较大差异，关于高速铁路桩按整体结构设计计算理论各方面的研究甚少，针对高速铁路路基荷载特点和结构特点，对桩沒复合结构的承载机理和控制工后沉降效果等为题进行分析与探讨具有现实意义。带帽单桩作为一种新的地基处理方法，因其具有施工进度快、噪声小、污染少、穿越土层能力强、现场施工方便、质量好控制、桩身耗材较低等特点而被广泛应用。随着综合考虑桩承载力和刚度(沉降)的桩基础设计方法的发展，研究带帽桩在轴向荷载作用下的荷载、沉降性能具现实意义。上虞地区大范围分布着深厚软土，而深厚软土由于其不良的物理力学特性，对

3、工程有极大的危害性，在深厚软土地区采用带帽单桩进行地基加固，其带帽单桩的柱长、桩型、桩的布置方式以及带帽单桩的荷载传递特性与一般软土地区的带帽单桩有较大的差别，从而影响带帽桩的承载力和沉降。随着新的桩型和施工工艺的发展，带帽桩的荷载传递规律出现新的现象。因此，对深厚软土地基中的带帽荷载传递和变形特性幵展研究具有理论意义和实用价值。1.2桩搜基础研究现状1.2.1带帽桩基荷载传递与沉降特性高成雷⑴基于复合地基桩、土共同承担荷载的基本原理和带帽刚性复合地基的结构特点，对荷载分担关系进行了系统的理论分析，提出了带帽刚性复

4、合地恶的布桩密度、荷载分担和桩体应力集中效应的评价方法和评价指标，明确了各指标的取值区间，推导了各指标之间的系列换算关系式。雷金波等[2]根据控制沉降设计理论，采用疏化桩间距的方法，在某高速公路深厚软基处理中设计并使用了带帽PTC管桩，探讨了PTC管桩在高速公路深厚软基处理中的适用性，详细介绍了PTC管桩的沉桩方法、施工工艺、施工技术要求及注意事项，最后指出应加强带帽PTC型控沉疏桩复合地基作用机理研究。雷金波等[3]基于沉降控制理论，分析了带帽控沉疏桩复合地基两种沉降计算模式。现场试验表明，桩帽间土体受伍后有一定

5、的影响深度，可采用桩帽间土体沉降计算模式来估算地基总沉降量及其工后沉降量。通过采取调整桩体中心间距或桩帽尺寸等措施，改变复合桩土应力比，配合预压措施，来进行带帽控沉疏桩复合地基优化设计，并应用于工程实践。刘天福等对带帽桩网复合地基加固机理进行了简述，并从复合地基和复合桩基两个方面分析了该类型复合地基的沉降计算方法，得出结论：复合地基模式中的两种方法(一种是面积置换率法，采用桩体截面面积/处理面积作为面积置换率；另一种是将桩体及桩帽下土体作为复合桩体进行计算，面积置换率取桩帽面积/处理面积)算得的沉降值偏小，随着荷载

6、水平的增大与实测值的误差越来越大。复合模量高估了桩体的作用，使得计算结果偏小。采用复合模量计算时，忽略了桩体与土体之间的不协调变形。第2章桩筏复合结构理论分析2.1薄板理论求解薄板弯曲问题时，如果薄板是等厚度的、单跨的、没有大孔口的，且支撑情况比较简单(每条边界全部简支、固定或自由)，那么用微分方程或变分法求解是可行的。对于基础板而言，用有限单元法计算是不会有什么困难的，仅是计算时间长短而已。用有限单元法求解薄板弯曲问题时，用一些离散的薄板单元代替原来的连续薄板，如图2-3所示。各单元只在结点互相连接，由于相邻单元

7、之间要传递力矩，故把结点视作刚接的。在进行桩筏基础共同作用分析的时候，往往侧重于建立合理的披、搜、土的模型，模型越来越复杂，可以反映各种各样的特殊情况，但是对计算参数的取值缺乏足够的重视和研究。这些参数中尤其以土的压缩性指标最难确定。有时采用何种沉降计算模型是次要的问题，压缩模量可靠程度决定了沉降计算结果是否准确。从目前的文献上看，在涉及到模量的取值时，似乎是一个非常简单的事情，往往以类似的一句话表达：采用地基土在自重应力及自重应力加附加应力作用时的压缩模量。釆用相应应力水平确定压缩模量的前提是能够获得土层的压缩曲

8、线。当桩很长时，自重应力加附加应力往往超过了常规压缩试验的应力范围，还需要进行高压固结实验。很遗憾地是，目前大部分地质报告仅仅提供艮,0.1~0.2,即100-200MPa应力水平下的压缩模量，只能够反映25ni左右深度处土的压縮性。2.2厚板理论2.2.1基本假定关于桩-搜基础的搜板分析，传统的方法是采用经典的薄板理论。该理论认为在板的厚度与板的横向尺寸相