樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù)開發(fā)與研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)交通運(yùn)輸資源的需求日益增大,高速公路和高速鐵路得到了大力發(fā)展。在高速公路和高速鐵路建設(shè)中,不可避免地要穿過一些不適宜修建路堤的不良地基(高壓縮性土、淤泥質(zhì)黏土和泥炭土等)。樁承式加筋路堤具有工期短和成本低的優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于上述基礎(chǔ)建設(shè)工程。但是,隨著樁承式加筋路堤工程應(yīng)用的增多,發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用于工程中仍存在一些不足,包括路堤沉降、不均勻沉降和側(cè)向位移過大,整體或局部路堤失穩(wěn)以及筋材效率低等。針對(duì)樁承式加筋路堤

2、傳統(tǒng)技術(shù)的不足,研發(fā)出了一種新型地基處理技術(shù)——樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù)。本文從理論研究、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三個(gè)方面對(duì)掛網(wǎng)技術(shù)作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于工程中的上述不足,研發(fā)出了樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù),提出了該技術(shù)的具體施工步驟,并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了定性分析。采用有限元法和兩階段法對(duì)掛網(wǎng)技術(shù)作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究,研究結(jié)果表明掛網(wǎng)技術(shù)可有效減小路堤沉降、差異沉降和側(cè)向位移,提高樁體荷載傳

3、遞效率。
　　(2)為了減緩路橋過渡段差異沉降,本文提出了一種包括掛網(wǎng)技術(shù)、傳統(tǒng)技術(shù)和加筋技術(shù)的聯(lián)合地基處理方法,并應(yīng)用于長安高速公路山西境內(nèi)MCK40+826大橋東側(cè)路橋過渡段。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析,研究了隨著路堤荷載的增加兩種工況下地基沉降、側(cè)向位移、筋材上下表面土壓力以及筋材變形的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著路堤填筑高度的增加,傳統(tǒng)技術(shù)工況下路堤沉降和側(cè)向位移增幅明顯大于掛網(wǎng)技術(shù);相對(duì)

4、于傳統(tǒng)技術(shù),掛網(wǎng)技術(shù)工況下土拱效應(yīng)對(duì)荷載傳遞的貢獻(xiàn)略有減小,但張拉膜效應(yīng)對(duì)荷載傳遞的貢獻(xiàn)顯著增大。
　　(3)針對(duì)樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù)受力特性,提出了筋材設(shè)計(jì)驗(yàn)算簡(jiǎn)化方法。同時(shí),分析了掛網(wǎng)技術(shù)中筋材—樁體—樁間土在路堤荷載作用下荷載傳遞機(jī)理。根據(jù)位移和應(yīng)力連續(xù)條件,將路堤填料和加固區(qū)視為整體考慮,將筋材視為具有一定剛度的薄板,基于大撓度薄板理論模擬筋材的撓曲變形,并考慮了土拱效應(yīng)和樁土相互作用,建立了路堤荷載作用下樁承式加筋路堤

5、掛網(wǎng)技術(shù)樁帽和樁梁兩種工況下受力模型。同時(shí),考慮到加固區(qū)土層分布的復(fù)雜性,采用有限差分法進(jìn)行編程計(jì)算,提出了掛網(wǎng)技術(shù)的理論計(jì)算方法。研究結(jié)果表明本文方法的計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近,證明了本文計(jì)算方法的合理性。
　　(4)通過數(shù)值模擬分析了樁承式加筋路堤掛網(wǎng)技術(shù)的工作特性。掛網(wǎng)技術(shù)建模時(shí),筋材與樁在樁頂處共結(jié)點(diǎn)模擬固定連接體系,通過對(duì)比分析數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),證明了數(shù)值建模的合理性。同時(shí),研究了掛網(wǎng)技術(shù)中不

6、同地基土彈性模量、不同筋材抗拉剛度、不同樁長、不同樁間距、不同樁體彈性模量和不同交通荷載條件下的作用機(jī)理和工作特性。最后,基于數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)掛網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)兩種工況下工程成本進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明:相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù),掛網(wǎng)技術(shù)能有效減小路堤沉降,提高路堤穩(wěn)定性,作用效果明顯,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
　　(5)通過建立二維流固耦合模型,系統(tǒng)分析了掛網(wǎng)技術(shù)中路堤沉降、差異沉降、側(cè)向位移、筋材軸力和超孔隙水壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律。最后,對(duì)掛網(wǎng)