桩承式加筋路堤土拱及格栅受力模型试验研究

介绍了桩承式加筋路堤足尺模型实验装置,该实验装置利用PVC材料水袋模拟桩间软土,从而在一定程度上能够控制桩土差异沉降。路堤填筑过程中测试了路堤内部土压力以及格栅拉力,并且重点分析了桩帽和桩间不同位置处土压力以及格栅拉力随填筑高度的变化规律。实验结果表明,路堤在填筑过程中发生了明显的土拱效应,路堤填筑完成后桩土应力比约为8.46,土拱高度约为1.125倍桩间净距;单向土工格栅能够进一步将桩间上方土压力传递到桩顶上方;随着路堤填筑高度的增加,格栅拉力增长并不大,路堤横向滑移引起的格栅拉力可以忽略不计。     

桩承式加筋路堤土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤中存在土拱效应,它影响着路堤的荷载传递和沉降变形性状,桩土应力比是反应土拱效应的重要参数。本文通过模型试验,研究了桩土相对位移、路堤高度、桩梁净间距、桩梁宽度及水平加筋体等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明:①桩土应力比随桩土相对位移的发展而变化,存在上限值和下限值;②路堤高度与桩梁净间距之比越大,桩土应力比越大;桩梁宽度与桩梁净间距之比越大,桩土应力比也越大;③使用水平加筋体能提高桩土应力比,提高的幅度与水平加筋体拉伸强度有关;④当路堤高度与桩梁净间距之比小于1.4时,无论是否使用水平加筋体,路堤顶面均会出现明显的差异沉降;当路堤高度与桩梁净间距之比大于1.6时,路堤顶面不会出现明显的差异沉降。该研究成果可为桩承式加筋路堤设计提供有益的参考。     

加筋褥垫层在PCC桩复合地基中的影响研究

通过现场试验,测得了路堤下PCC桩复合地基桩土差异沉降及应力比随路堤填筑的变化过程线。试验表明,加筋褥垫层性质对桩土差异沉降以及应力比会产生影响;加筋材料不同的预张拉程度会产生前期增长型和后期增长型两种桩土应力比增长模式,提高预张拉程度对减小地基水平位移是有利的。此外,采用数值模拟方法对褥垫层中加筋材料抗拉强度及铺设层数和位置的影响研究表明,提高加筋材料的抗拉强度,对减小桩土差异沉降、提高桩土应力比是有利的;改变加筋材料铺设层数和位置也会产生一定的影响,但影响程度较小。     

基于混合试验的桩承式加筋路堤参数影响分析

桩承式加筋路堤的路堤土拱效应、加筋体张拉膜效应以及桩土地基承载效应之间存在着较为复杂的耦合效应,由于土拱效应随路堤加载与桩间土下沉的演化,目前的计算理论与方法难以真实地评价桩承式路堤荷载调节与沉降稳定的全过程。引入混合试验的技术思路,开发一套阵列式多活动门试验装置及桩土地基混合试验方法,实现加筋垫层路堤物理模型与桩土地基数值模型的适时数据交换,开展9组不同路堤高度与加筋体拉伸模量的参数影响试验。试验结果表明：所建立的混合试验方法能够较好地实现桩承式加筋路堤的全组件参与、全效应耦合工作性能模拟,大大地节省了试验成本和时间,为桩承式加筋路堤的长期承载性能演化以及沉降预测提供了一种新的试验手段。同心圆力学模型能够较为准确地评价路堤的最大土拱效应。当路堤高度较低时,采用拉伸模量较高的加筋体能够提高桩的荷载分担比。采用拉伸模量较高的加筋体,在不同的加筋高度条件下均能够显著地降低桩间土沉降与桩土差异沉降。随着路堤高度的增加,不同加筋体模量试验的桩、土荷载分担比趋于一致,采用地基反力系数法不能可靠地反映桩间土的真实承载机制。     

桩承式加筋路堤的三维有限元分析方法

桩承加筋路堤可以提高地基的承载力、减小沉降和不均匀沉降,减小路基和路堤的侧向变形,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,应用越来越广泛。本文使用非线性有限元软件ABAQUS进行了几何建模,对在路面荷载作用下的桩承式加筋路堤中加筋体拉应力、加筋体变形、路堤沉降、路堤侧向位移、桩身内力及桩身侧向位移的变化规律进行了分析。结果表明,桩承式加筋路堤的沉降区域主要集中在路堤正下方的加固区附近。加筋体的最大变形和最大拉力发生在桩帽边缘处;桩间条带区域是加筋体的主要受力区域。路堤最大侧向位移发生在坡脚处和其下方的地基土附近,容易使边桩承受很大的弯矩和剪力从而造成桩身的破坏。     

柔性桩承式加筋路堤桩土应力比分析

针对柔性桩承式加筋路堤,建立了路堤–网–桩–土相互协调共同工作的荷载传递模型,通过改进的路堤荷载传递模型和假定的柔性桩侧摩阻力分布模式分析了路堤土拱效应和桩土相互作用,根据平衡条件推导获得了新的可以考虑土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用三者耦合条件下桩土应力比及桩土差异沉降计算公式。通过工程实例的分析计算,验证计算模型的合理性,并分析了各因素与桩土应力比的关系。结果表明：网上、下桩土应力比均随路堤填土内摩擦角的增加先增大后减小,随桩体压缩模量、路堤填土压缩模量的增加而增大,随桩间土压缩模量、桩间距的增加而减小,且网下桩土应力比大于网上桩土应力比;网上桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而减小,网下桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而增大,网上、下桩土应力比差随土工格栅抗拉强度、路堤填土重度和填土高度的增加而增大。桩土应力比和桩土差异沉降理论计算值与工程实例实测值对应较好。     

冻融条件下加筋碎石桩复合地基路堤性状研究

制作了一套加筋碎石桩复合地基冷冻试验系统,开展了1组加筋碎石桩复合地基路堤冻融离心模型试验和1组未冻融的对比试验,以研究加筋碎石桩复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤在冻融条件下的性状。研究结果表明:冻融条件下加筋碎石桩复合地基在地基土未融化前,其桩顶和桩间土沉降基本一致,而在地基土全部融化后,桩间土沉降显著增大;冻融条件下路堤边坡基本保持初始坡度,路堤下地基沉降比较均匀,而未冻融组路堤边坡明显变缓,路堤下地基不均匀沉降明显;在复合地基和桩体均处于冰冻状态时,其桩顶和桩间土应力一致,当桩体先于桩间土融化后,桩顶应力减小而桩间土应力增大,而当地基土开始全部融化后,桩间土应力快速下降而桩顶应力快速增大,冻融条件下复合地基沉降稳定时的桩土应力比是未冻融条件下桩土应力比的2/3左右;冻融条件下由于路堤加载过程中桩顶周围土体处于冰冻状态,限制了桩顶侧向位移,而冻土层以下土体推动下部桩体向外位移,使得靠近路堤边坡下的桩体向路堤内弯曲,但弯曲变形量较小,而未冻融条件下的桩体则向路堤外弯曲且弯曲变形量较大;加筋碎石桩适合用于季节性冻土区湿地软土地基处理,其复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤整体性能较好。     

深厚软土层端承摩擦桩桩承式加筋低路堤现场试验

为揭示桩承式加筋低路堤的荷载传递机理及土工格栅的加固效应,选取武汉智能网联赛车道项目主赛道连接段某低路堤路段开展了一个承载单元的现场试验,分别测试了施工期桩帽顶部与格栅上层的土压力分布、路堤分层沉降、格栅应变与挠曲。数据分析表明：随着填土高度的增加,土拱效应与张拉膜效应逐渐发挥,桩帽顶部的土压力开始超过桩间土压力并在填筑结束后逐渐趋于稳定。在端承摩擦桩桩承式加筋低路堤的荷载传递机制中,桩间土承担主要荷载,占比62.23%,张拉膜效应仅占很小一部分,占总荷载的3.77%。土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘处,但最大值仅为0.195%,这表明土工格栅性能难以得到充分发挥。在该桩承式加筋低路堤中,两桩中心处的桩间土沉降要明显大于四桩对角线中心处。     

交通荷载作用下桩承式加筋路堤性能分析

为了研究交通荷载作用下桩承式加筋路堤的性能,采用FLAC3D软件建立桩承式加筋路堤的三维动力流固耦合分析模型,对比分析桩间距、路堤高度、格栅模量、桩体模量等对路面沉降及路基中孔隙水压力的影响。结果表明:随着格栅模量、桩体模量的增加或桩间距、路堤高度的逐渐减小,桩承式加筋路堤路面的工后沉降逐渐增大;随着桩间距、路堤高度、格栅模量的增加或桩体模量的逐渐减小,路基中累积的超孔隙水压力最大值逐渐减小。     

刚柔性桩复合地基加固双层软弱地基现场试验研究

为研究路堤荷载下刚柔性桩对深厚双层软弱地基的加固效果及其桩土荷载传递规律,结合连云港港某铁路软基处理工程,采用带帽预制方桩和带扩大头的双向搅拌粉喷桩联合加固,对路堤填筑过程及预压期内地表沉降、桩土差异沉降、深层水平位移、超静孔隙水压力、桩土应力比以及桩土荷载分担的变化规律进行了分析。结果表明:载荷试验中复合地基桩土应力比随外荷载增加而增加;地基变形发生在填土期,预压期内沉降变形继续并逐渐趋于稳定;填土荷载向刚性桩及搅拌桩桩顶集中,刚性桩桩顶应力增长较快;面积置换率为22.2%的预制方桩(含桩帽)承担了56.2%的荷载,但其承载力只发挥了不到18%;面积置换率和土质条件是桩土荷载分担比的主要影响因素。     

塑料套管混凝土桩承载试验及沉降计算方法研究

塑料套管混凝土桩(TC桩)是由预先打设在地基中的塑料套管内浇注混凝土组成的,适用于软土地基处理工程中,具有承载力高、施工速度快和成桩质量可靠等优点。通过TC桩承载力的模型和现场试验,研究了TC桩的工作性状,并考虑到路堤柔性荷载下刚性桩复合地基桩土存在沉降差,分别采用Mindlin应力解计算塑料套管桩群在复合地基中产生的附加应力,采用Boussinesq解计算地基土荷载产生的附加应力,叠加塑料套管桩群桩和地基土产生的附加应力,采用分层总和法计算复合地基沉降量。研究结果表明:TC桩承载力具有明显的时效性,其不同间歇期的承载特性有显著差别;所建立的TC桩沉降计算方法的计算值与实测值相一致。     

筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究

为了进一步明确筒桩桩承式加筋路堤的工作机制,在广州绕城高速公路九江—小塘段进行现场试验。试验结果证明,筒桩单桩竖向承载力大,均以刺入方式破坏,并且筒桩单桩复合地基承载力大,沉降小。筒桩桩承式加筋路堤荷载传递机制主要受"土拱效应"和"拉膜效应"控制,桩土应力比随路堤荷载以及桩顶与桩间土之间沉降差的变化而变化。路堤荷载下筒桩复合地基,总沉降小,桩帽上和桩间土上的土体存在沉降差,沉降差的发展可以反映土拱效应的发挥程度。另外,路堤荷载在地基土中产生的超孔隙水压力很小,且随深度迅速减小,地下6.0m处超孔压已接近0。路堤侧向变形小且随深度迅速减小,最大侧向变形发生在地下3.0～4.5m处。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

桩承地基处理大面积软基的现场测试及分析

为了解桩承地基的工作机理,对深圳机场停机坪大面积桩承地基处理区域的桩顶沉降、桩间土沉降以及孔隙水压力进行现场测试,并对测试结果进行详细的分析和比较。结果表明:桩承地基能够有效地减小地基总沉降和桩土沉降差,桩土沉降差在19～25 mm;路堤填土中存在明显的土拱效应,土拱高度集中在0.83～1.04倍桩净间距,平均为0.94的桩净间距;桩土沉降差与土拱效应发挥程度密切相关,桩土沉降差是产生土拱效应的前提条件。     

中低压缩性土地区桩承式加筋路堤现场试验研究

将桩承式加筋路堤技术应用于中低压缩性土地区高速铁路桥台和涵洞之间填方路基的处理,通过逐渐改变CFG桩桩长形成刚度均匀变化的地基加固区,严格控制线路纵向差异沉降。通过现场试验对桥台、涵顶和路基中心地基沉降进行了长期观测,同时对桩承式加筋路堤桩间土沉降、孔隙水压力、格栅上下表面土压力和格栅变形进行了长期监测分析。研究结果表明:桩承式加筋路堤可有效减小中低压缩性土地基沉降,总沉降小且很快趋于稳定;桩承式加筋路堤通过土拱效应和张拉膜效应将路堤荷载向桩帽传递,格栅下桩土应力比明显高于格栅上,张拉膜效应明显,格栅上桩土应力比接近1.0,土拱效应较弱;格栅在路肩处发挥的作用强于线路中心处。     

软土层未打穿的桩承式路堤现场实测研究

 以申苏浙皖高速公路为工程背景,对软土层未打穿的桩承式路堤进行现场实测研究。共选取2个管桩断面作为试验观测断面,在填筑时及填筑完成后对桩托板和桩间土上的土压力、路基沉降及下卧层沉降进行监测,并与软土层打穿时的实测结果作比较。研究表明：桩间距越大,桩体荷载分担比越小;软土层未打穿时荷载分担比为61.4%～75.5%,比打穿时小一些;软土层打穿与未打穿时的土拱高度都为桩托板净间距的1.0～1.4倍;软土层未打穿时桩土不均匀沉降比打穿时大;路堤填筑完成后的沉降约占总沉降的30.0%;下卧层沉降约占路堤总沉降的60.0%。将现场试验结果与4种理论方法的计算结果进行比较,评价各种方法的适用性。     

3D numerical study of the performance of geosynthetic-reinforced and pile-supported embankments

Geosynthetic-reinforced and pile-supported (GRPS) systems provide an economic and effective solution for embankments. The load transfer mechanisms are tridimensional ones and depend on the interaction between linked elements, such as piles, soil, and geosynthetics. This paper presents an extensive parametric study using three-dimensional numerical calculations for geosynthetic-reinforced and pile-supported embankments. The numerical analysis is conducted for both cohesive and non-cohesive embankment soils to emphasize the fill soil cohesion effect on the load and settlement efficacy of GRPS embankments. The influence of the embankment height, soft ground elastic modulus, improvement area ratio, geosynthetic tensile stiffness and fill soil properties are also investigated on the arching efficacy, GR membrane efficacy, differential settlement, geosynthetic tension, and settlement reduction performance. The numerical results indicated that the GRPS system shows a good performance for reducing the embankment settlements. The ratio of the embankment height to the pile spacing, subsoil stiffness, and fill soil properties are the most important design parameters to be considered in a GRPS design. The results also suggested that the fill soil cohesion strengthens the soil arching effect, and increases the loading efficacy. However, the soil arching mobilization is not necessarily at the peak state but could be reached at the critical state. Finally, the geosynthetic strains are not uniform along the geosynthetic, and the maximum geosynthetic strain occurs at the pile edge. The geosynthetic deformed shape is a curve that is closer to a circular shape than a parabolic one.     

Y形沉管灌注桩复合地基荷载变形特性

 Y形沉管灌注桩是根据国外先进的Y形桩设计理念结合国内传统沉管灌注桩的施工工艺研制出的一种新型沉管灌注桩。结合Y形沉管灌注桩在某高速公路桥头软基加固中的应用,根据理论计算和现场静载试验,得出同等截面积的Y形桩比圆形桩的侧表面积增加了50%左右,证明Y形沉管灌注桩侧摩阻力可以显著提高,从而在等工程量的前提下可以大幅提高桩基的承载能力;根据其工作机制分析,表明Y形桩是一种以摩擦为主的摩擦桩或端承摩擦桩。通过现场监测,对Y形沉管灌注桩复合地基的桩土应力比、表面沉降、土体侧向变形等变化规律进行研究,并分析桥头软基加固效果;监测资料和现场静载试验表明,Y形沉管灌注桩复合地基具有承载特性好、可显著减小地基的沉降量、路基工后沉降小的特点。根据技术经济比较,表明Y形沉管灌注桩比其他复合地基方法有一定的优势,具有施工质量可靠、加固效果显著、经济合理的特点,可以在同类工程中推广应用。     

塑料排水板处理软基山体填筑施工监测分析

原地表沉降及边桩水平位移速率常作为路基施工中软土地基稳定性监测的控制指标.通过对上海某植物园塑料排水板(PVDs)处理后的软土地基在园林山体填筑过程中的监测数据进行分析,包括原地表沉降、边桩水平位移、边桩竖向位移、孔隙水压力、分层沉降以及深层水平位移,研究适用于园林山体填筑过程中稳定性控制指标及预警值.     

桩承式加筋路堤受力机理及沉降分析

作为一种经济、有效的软土地基处理方法,桩承式加筋路堤在国内外已开始使用。把单桩处理区域及上部路堤等效为圆桩体,采用弹塑性有限元法分析了瞬时加载后地基中超静孔隙水压力的分布特征及消散过程,研究了加筋格栅的受力和路堤的沉降特性等,分析了桩长、桩间距及桩托板大小对桩体荷载分担比和路堤沉降的影响。研究结果表明,打桩后桩体所受荷载向下传递,地基中的初始最大孔隙水压力出现在桩端以下土层。打穿软土层情况下,路堤的沉降量决定于浅部桩间土的压缩,而未打穿情况下,路堤的沉降量决定于桩端以下软土层的压缩。桩长是控制路堤沉降的最主要因素,其次是桩间距和桩托板尺寸。最后对一个工程实例进行了分析。