中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理研究.pdf

1、盡管樁網(wǎng)復(fù)合地基已在高速鐵路建設(shè)中大量應(yīng)用，但其理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范沉降計(jì)算理論，在中等壓縮性土地基上修建高速鐵路其計(jì)算沉降通常不滿足設(shè)計(jì)要求，因此在我國(guó)武廣、鄭西、京津、京滬等無(wú)砟軌道客運(yùn)專線建設(shè)中均采用了大量的CFG樁和鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)等地基加固措施。鑒于現(xiàn)有中等壓縮性土地基加固處理技術(shù)尚不成熟，短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的相關(guān)研究成果較少，導(dǎo)致高速鐵路路基工后沉降控制和施工規(guī)劃仍存在很多不確定因

2、素。
　　本文針對(duì)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞規(guī)律及地基沉降機(jī)理研究中存在的核心問(wèn)題，主要依托柳州—南寧客運(yùn)專線樁網(wǎng)復(fù)合地基工況，以理論分析和解析計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)各種室內(nèi)試驗(yàn)、離心機(jī)模型試驗(yàn)、原位測(cè)試、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等手段，掌握了中等壓縮性土的物理力學(xué)特性，并結(jié)合路堤樁土應(yīng)力和地基變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，全面深入的分析了地基沉降特性和附加應(yīng)力傳遞規(guī)律，建立了路堤樁土荷載分擔(dān)和地基側(cè)向變形的解析計(jì)算模型，優(yōu)化了變形參數(shù)的選取，

3、提出了適用于中等壓縮性土地基的沉降計(jì)算方法和預(yù)測(cè)方法，為國(guó)內(nèi)同類型地基沉降控制和加固處理提供借鑒。
　　在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了中等壓縮性土地區(qū)原位測(cè)試以及原狀樣物理力學(xué)特性試驗(yàn)，掌握了地基基本物性（壓縮特性、固結(jié)特性、強(qiáng)度特性、脹縮特性、微結(jié)構(gòu)特征）和力學(xué)參數(shù)（強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)）。為了耦合中等壓縮性土在K0固結(jié)狀態(tài)下變形響應(yīng)的協(xié)調(diào)性，開(kāi)展了高圍壓K0固結(jié)及一維固結(jié)試驗(yàn)，分析了K0固結(jié)狀態(tài)下壓縮模量及壓縮指數(shù)的響應(yīng)特征，建立了

4、響應(yīng)特征參數(shù)間的關(guān)系，研究了壓縮模量及K0的發(fā)展規(guī)律，探討了經(jīng)驗(yàn)公式用于預(yù)測(cè)K0的適用性。為了考察測(cè)量方法對(duì)中等壓縮性土變形參數(shù)取值的影響，利用配置局部位移傳感器（軸向和徑向）的三軸測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了多組固結(jié)排水、固結(jié)不排水三軸剪切試驗(yàn)，分析了測(cè)量方法對(duì)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的影響，研究了小應(yīng)變范圍泊松比、剛度的變化特征。
　　依托現(xiàn)場(chǎng)柳南客運(yùn)專線建設(shè)，開(kāi)展了樁網(wǎng)復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，并選取短樁離心模型試驗(yàn)作為輔助測(cè)試手

5、段，獲取了樁土豎向沉降、側(cè)向位移、樁土應(yīng)力分擔(dān)、孔壓消散、格柵應(yīng)變以及附加應(yīng)力分布等特性，檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)了短樁樁網(wǎng)加固中等壓縮性土地基效果，研究了復(fù)合地基樁土荷載傳遞機(jī)理和沉降變形特性?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，路堤施工期間由于產(chǎn)生樁土差異沉降，使得土拱效應(yīng)和拉膜效應(yīng)形成并發(fā)展，大部分上覆荷載由樁體承擔(dān);樁體荷載分擔(dān)比隨著路堤填高的增大而分段增大，其分段臨界填高對(duì)應(yīng)6倍樁間距;樁體荷載分擔(dān)比隨著面積置換率和樁長(zhǎng)的增加而增大，因此減小樁間距能夠有效控制地

6、基沉降;樁體底端以下2m左右下臥層孔隙水壓明顯增長(zhǎng)，證實(shí)了樁體可以將大幅上覆路堤荷載傳遞至下臥層，從而使樁長(zhǎng)范圍樁間土附加應(yīng)力降低;地基反力系數(shù)隨著沉降的增加而減小，加固工點(diǎn)的地基反力系數(shù)低于未加固工點(diǎn);路堤填筑完成后，地基反力系數(shù)k可以達(dá)到0.69～1.57 KN/m3，它隨著面積置換率的增大而減小。
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)荷載傳遞監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了正三角形布樁土拱效應(yīng)、拉膜效應(yīng)以及地基反力作用對(duì)荷載傳遞的影響?；贖ewlett&Rand

7、olph(1988)正方形布樁土拱模型，針對(duì)中等壓縮性土地基修建粗粒土路堤工況，通過(guò)引入塑性狀態(tài)系數(shù)α、樁間土應(yīng)力分布系數(shù)β等參數(shù)，對(duì)正三角形布樁的土拱拱頂和拱腳的塑性狀態(tài)進(jìn)行判斷，建立了滿足樁土單元體豎向荷載平衡的解析方程，實(shí)現(xiàn)了編程求解土拱荷載分擔(dān)問(wèn)題;假設(shè)格柵上下豎向應(yīng)力均勻分布(β)，首次引入地基反力作用，通過(guò)與上部土拱效應(yīng)相耦合，建立了加筋墊層格柵局部單元體受力平衡方程，數(shù)值求解了格柵拉力大小。分析了各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)樁體荷載分擔(dān)比

8、的影響，并參照實(shí)測(cè)結(jié)果討論了國(guó)內(nèi)外已有樁土荷載計(jì)算模型對(duì)于中等壓縮性土地基的適用性。
　　基于點(diǎn)荷載Boussinesq側(cè)向位移解，推導(dǎo)了路堤荷載下泊松比小于0.5時(shí)地基側(cè)向位移解析解。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)側(cè)向位移并聯(lián)合側(cè)向位移解，提出了反算樁網(wǎng)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的方法。為了證實(shí)此方法的可行性，選取了由4處監(jiān)測(cè)工點(diǎn)組成的全比例路堤模型試驗(yàn)段作為對(duì)照試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)地基變形分析發(fā)現(xiàn)，CFG樁加固能夠有效減小地基沉降和側(cè)向變形，側(cè)向變形可以作為評(píng)估

9、樁網(wǎng)復(fù)合地基外部穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較和匹配，在解析解基礎(chǔ)上反算確定了等效彈性模量，對(duì)各種方法等效彈性模量對(duì)樁土應(yīng)力比的影響進(jìn)行了評(píng)估。最后反算樁土應(yīng)力比與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，有效地驗(yàn)證和評(píng)價(jià)了本文提出方法的可靠性。此外，通過(guò)考慮現(xiàn)場(chǎng)側(cè)向變形的應(yīng)變水平，并與室內(nèi)土體三軸試驗(yàn)的剛度—應(yīng)變曲線相匹配，可以較好地解決解析計(jì)算中等效彈性模量的取值問(wèn)題。
　　探討了樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降計(jì)算方法對(duì)于中等壓縮性土沉降計(jì)算的適用性