浅论刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与优化研究

《浅论刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉理工大学博士学位论文刚性桩加固软土地基的路堤荷载传递机理与优化研究姓名：芮瑞申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：夏元友20070501武汉理工大学博士学位论文中文摘要本文以路堤下刚性桩加固软土地基为研究对象。以两种加固方式——桩一网复合地基和桩承式路堤处理方式为研究内容进行了现场试验，通过理论分析与数值计算相结合的方法，对路堤荷载传递机理进行了深入的分析，提出了更为合理的分析模型，改进了理论计算公式，对两种处理方式的特性进行研究，对各自的设计参数进行了数值优化。主要工作内容如下：①依托项目在广梧高速公路上设置了管桩试验段，进行了PHC管桩加固软土地基的现场试验研究，分4段

2、分别设置2组不同褥垫层的桩一网复合地基和2组不同褥垫层的带桩帽桩承式路堤，进行路堤设置试验。通过对各处理方式下的孔隙水压力、沉降进行了数据处理分析探讨了路堤的土拱形成和破坏的机理。揭示了桩土共同工作以桩土应力达到峰值为分界点的两个阶段。对桩土应力数据进行处理，计算得到了桩土应力比与荷载分担比，探讨了两种不同的处理方式桩土应力和荷载传递所各自具有的特性。给出刚性桩加固软土地基路堤设计与施工的具体工程建议。②对于桩一网复合地基和桩承式路堤，分别提出了整体工作模型，以解释现场试验出现的变形和应力特性。对于桩一网复合地基，提出了整体工作的滑动刺入模型，很好的解释了桩体间歇性上刺入现象。对于

3、桩承式路堤，提出的压力拱模型，将稳定的受力结构假设为拱形结构。模型较好的解释了现场试验的应力和沉降表现出来的性质。③采用岩土工程数值分析软件FtAC30程序建立了路堤荷载传递的计算模型，绘制了位移和应力分布三维透视图，参照三维图，对路堤内部主应力和位移进行了分析，得到了拱效应分布图。对现有的计算模型和计算方法进行了总结，并在此基础上提出了刚性核弧(球面)拱模型，推导了荷载传递比和应力折减比公式，对Hewlett圆(穹顶)拱模型进行了改进。将各种方法的计算结果与现场试验测试结果进行了对比分析，验证了刚性核模型的合理性。④采用FLAC3D分别建立了桩一网复合地基和桩承式路堤的分析模型，

4、进行了三维流固耦合计算。探讨了两种处理方式桩顶界面的沉降特性和桩体应力的区别。桩承式路堤处理方式的总沉降量比桩一网复合地基形式减少约2／3。两种处理方式的桩体轴力值相当，桩一网复合地基存在桩身负摩阻力，轴力最大值出现在桩顶界面以下3／5桩长处。而桩承式路堤负摩阻力较小，轴力最大值可认为在桩顶附近。桩承式路堤对边桩抗弯抗剪强度提出了更高的要求。总体来说，桩承式路堤在加固效果上优于桩一网复合地基，而桩一网复合地基经济武汉理工大学博士学位论文性略好，施工较为方便。⑤通过对桩一网复合地基和桩承式地基的区分，对桩一网复合地基处理形式的褥垫层参数、桩距进行了多组数值试验。对加设桩帽的桩承式路堤

5、形式褥垫层参数、桩距、桩帽大小进行了试验研究。获得了两种不同方式设计参数的合理值范围，为工程设计提供参考。试验结果表明，对于桩一网复合地基，增大褥垫层填料模量、内摩擦角，并适当增加褥垫层厚度，可以减小桩土相对位移，取得较好的加固效果。褥垫层模量取80MPa～150MPa较为合适，褥垫层填料宜采用具有粘聚力的材料，刚性褥垫层厚度可适当取厚，桩间距不宜超过3．Om，取2．Om～2．5m左右为宜。而对于桩承式路堤，仅需要铺设土工格栅而不需要设褥垫层。合理桩距的范围仍为2．0m～2．5m。但取相同桩距，其加固效果要优于桩一网复合地基，当桩距取2．0m～2．5m时，桩帽面积与总面积的最优面积

6、比为0．25。关键词：刚性桩加固地基，荷载传递机理，现场试验，土拱效应，参数优化武汉理工大学博士学位论文AbstractInthispaper，softsoilfoundationsupportedbyrigidpileunderroadembankmentisstudied．Pile·netcompositefoundationandpiledembankmentarechosentestobjects．Throughfieldtestsandsimulatecalculation，theloadtransfermechanismofroadembankmentisanalyze

7、d．Characteristicsofthetwotreatmentsarestudiedthroughamorereasonableanalysismodelandimprovedformulas．Meanwhile，thedesignparametersofeachtreatmentareoptimized．Themaincontentsoftheresearchareasfollows：①PipepiletestsectionissetinGuangWuexpr