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路堤荷载下刚性桩复合地基的力学性状研究
摘要
随着我国经济建设的快速发展,在深厚软土地基上修建的高等级公路越来越
多。刚性桩复合地基作为软土处理的一种手段,其主要特点有一次沉桩、工期
短、承载力大、处理深度深、经济合理且施工工艺容易控制等,在高等级公路路
堤软基处理应用中具有广泛的应用前景。
但是,由于现有的刚性桩复合地基的研究工作主要是针对钢筋混凝土承台等
刚性基础下的复合地基提出来的,将其应用于公路路堤等柔性基础下复合地基
时,其计算值往往与实际值有很大的差异,所以对柔性基础下复合地基的受力性
状和沉降特性进行研究具有重要的现实意义。
本文采用通用有限元分析程序,分别采用轴对称平面有限元方法
和平面应变有限元方法,考虑了桩土界面的摩擦接触,对柔性基础下的刚性单桩
复合地基和刚性群桩复合地基进行了数值模拟,并运用模拟的结果对影响复合地
基力学性状的因素进行了分析。单桩情况主要包括桩长、桩身压缩模量、基础厚
度、基础压缩模量、置换率、垫层刚度等等群桩情况主要包括,路堤高度、路
堤厚度、路堤压缩模量、桩体压缩模量、置换率等因素。重点探讨了基础刚度对
复合地基力学性状的影响。分析结果显示,柔性荷载下刚性桩复合地基的工作性
状同刚性基础下的情况有很大的区别,复合地基中的各个因素对其的力学性状有
着直接的影响,并提出了适用于刚性桩复合地基的基础相对刚度系数来比较基础
相对于复合地基的刚度。
最后将杭宁高速公路用性挂复合地基试验段的现场实测成果与本文的计算
成果进行了对比,证实通过有限元方法可以对柔性荷载下刚性桩复合地基的工作
性状做规律性的了解。
关键词路堤荷载基础刚度刚性桩复合地基力学性状有限元
人
帅
浙江大学硕士学位论文刘红岩年月
第一章绪论
,引言
概述
近些年来,随着经济建设不断发展,我国基本建设的规模愈来愈大。在土建、
交通、水利等工程建设中会经常遇到软弱地基,它不能满足建造建筑物的要求,
需要对软弱地基进行人工处理以满足工程建设的需要。
软弱地基主要是指由粘土或粉土颗粒含量极高的软弱土,或由孔隙率大的有
机质土、泥炭、松砂组成的土层,地下水位高,影响填土和构造物稳定或产生过
大沉降的这一类地基。软土是一种特殊土,它具有含水量高、压缩性大、内聚力
小、抗剪强度低、固结系数小等特点,反映在地基中出现排水不畅、透水性差、
具有较大的孔隙水压力、土骨架强度降低、承载力偏小,在荷载作用下,要经过
较长时间才能压缩稳定,而且会产生较大沉降及不均匀变形。因软弱地基土的内
摩擦角小,容易产生侧向位移而造成滑移失稳,加之承载力低,一般不宜作持力
层,需要进行人工处理和加固,以改善地基土的性质,提高地基的抗剪强度,减
少沉降和不均匀沉降,使其在上部结构荷载作用下不致发生破坏或出现过大变
形,保证建筑物的正常使用。
复合地基是软弱地基处理时常用的一种技术,从原理上讲,其适用性很广,
几乎可适用于所有的软弱地基。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土
体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区由基体天然地
基土体和增强体两部分组成的人工地基。它具有两个基本特点
加固区由基体和增强体两部分组成,是非均质、各向异性的
在荷载作用下基体和增强体共同承担外部荷载作用。
以上两个特点使复合地基既区别于未经处理的均质地基又区别于桩基础。
复合地基若按其基础刚度的不同可分为两类。一类是刚性基础下复合地基,
主要指工业民用建筑中所使用的钢筋混凝土刚性基础,其刚度远大于地基刚度,
基础在受力后变形很小,以致于可以忽略不计。这类复合地基,在我国已有较广
泛的应用。近年来,一些主要的研究工作也都集中在这方面,相应积累的经验较
多,己初步形成了相对完整的理论体系和设计体系口另一类是柔性基础下复合地
基,此类复合地基所承担的荷载是通过刚度相对小的多的路堤或堤坝传递的,其
刚度相对于地基而言差别不大。工程实测及模型试验均表明这类复合地基在受力
后变形和力学性状上与刚性基础下复合地基相比有较大的差异
前者由于基础的刚度较大,其垫层顶部的沉降基本相等,而后者垫层
第一章绪论
顶部沉降则不等,桩间土部分的沉降大于桩顶部分的沉降
在其它因素相同的情况下,柔性基础下复合地基的承载力要小于刚性
基础下复合地基,而沉降量则要大得多。此外,由于柔性基础刚度较小,因此垫
层的刚度对复合地基的性状会产生较大的影响。
目前对于柔性基础下复合地基的研究尚不充分,也还没有引起足够的重视。
在路堤等工程