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。     

桩承式加筋路堤中土拱形态及荷载传递机理的数值分析

通过建立平面应变条件下桩承式加筋路堤土拱形态分析的弹塑性有限元模型,对桩承式加筋路堤中的土拱形态进行有限元数值模拟,并分析加筋对桩帽-土荷载分担特性的影响。计算结果表明:平面应变条件下桩承式加筋路堤中的土拱形态为半椭圆,土拱高度小于无筋桩承式路堤。土拱高度随路堤高度的增大先增高后稳定不变。加筋刚度对土拱高度的影响较小。加筋将桩间土承担的路堤荷载向桩帽上转移。由加筋传递到桩帽上的竖向应力随桩间距和加筋刚度的增大而增大,随桩帽宽度的增大而减小。     

路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验研究

桩承式加筋路堤与路堤填土加筋技术联合应用于黄土地区路桥过渡段,减小路桥过渡段差异沉降和桥头跳车现象。通过 现场试验 对桩承式加筋路堤中心轴和路肩对应位置处格栅上、下表面桩顶和桩间土土压力、桩间格栅变形以及加筋路堤各断面格栅上、下表面土压力和格栅变形进行监测分析,研究结果表明：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顶转移,从而可有效减小桩间土荷载;桩承式加筋路堤中心轴处路堤荷载转移主要以土拱效应为主,以张拉膜效应为辅,而路肩处格栅张拉膜效应较显著,路堤荷载传递由土拱效应和张拉膜效应共同完成,格栅在路肩处发挥作用效果大于路堤中心轴处;路堤加筋技术在桥台附近减载作用明显,随着距桥台距离的增加,减载作用逐渐减弱。     

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。     

桩承式加筋路堤土拱效应的缩尺模型试验研究

通过缩尺模型试验,主要研究桩承式加筋路堤中正方形布桩的桩帽净间距、路堤填土性质对土拱效应的影响,分析填土黏聚力和桩帽间距对土拱效应的影响及其随附加荷载变化的规律。研究结果表明:(1)路堤填土的黏聚力使填土中土拱效应增强,桩帽上的土压力增大,而桩间土土压力减小;与黏聚力为0的填土相比,填土内黏聚力不等于0时,桩体荷载分担比增大,在相同荷载条件下桩间土和路堤表面的沉降均减小。(2)填土的成拱条件应与黏聚力无关,土拱高度应该大于1.0倍且小于1.5倍的桩帽净间距。(3)桩帽间距越大,土拱效应越弱,桩体荷载分担比越小。(4)不管路堤填土是否具有黏聚力以及桩帽净间距如何变化,桩承式加筋路堤中桩帽边缘处的土压力均大于桩帽中心处的土压力。     

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。     

桩承式路堤土拱效应分析的改进有限元模型

土拱效应在桩承式路堤中的桩土荷载分担方面具有重要作用。本文提出了一个改进的三维有限元模型来模拟土拱效应。该模型利用不同刚度的弹簧来模拟桩与桩间土,不需建立桩与土体模型,提高了计算效率。结合现场试验及其他学者提出的理论证明了模型的有效性。通过改变路堤分布荷载以及路堤填料的内摩擦角进行对比试验,数值分析结果表明,土拱存在最大、最小两个临界拱高,且不同位置的桩间土体受土拱效应影响不同。等沉面高度与土拱最大拱高并不完全一致,土拱效应的产生滞后于沉降差。在不同路堤填土内摩擦角情况下,路堤填土的应力及沉降分布基本不变,随着路堤填土内摩擦角的增大,路堤沉降有效减小。研究结果可为工程设计人员提供有益的参考。     

桩承式路堤中的静动力土拱效应

为了从更深层次理解土拱效应的工作性状,在总结桩承式路堤土拱效应中等沉面、桩体荷载分担比等问题的基础上,比较了几种桩体荷载分担比的计算方法,阐述了动荷载在桩承式路堤中的传递机理,分析了土拱效应发挥程度对动应力的影响,最后给出桩承式路堤中动应力的计算方法。研究结果表明:等沉面与土拱高度可用临界填土高度进行归一化描述,临界填土高度与桩间净距呈线性关系;桩体荷载分担比的大小与工况有关,几种计算方法有各自的适用条件;陈云敏的计算方法与实测值拟合度较高;动荷载的传递也受土拱效应的影响,随着动荷载循环次数的增加,土拱效应存在先强化后弱化的现象。     

桩承式加筋路堤的改进设计方法研究

具有深厚软土层的路堤若采用桩承加筋式复合地基,可提高地基承载力,减少路堤不均匀沉降,也可布置成疏桩,降低工程成本,在国内外得到越来越广泛的应用,但还没有可靠实用的设计计算方法,且现有的设计均忽略了桩间土的承载作用,这与工程实际有很大差别。基于三维土拱效应,改进Hewlett土拱效应算法,得到桩承式路堤的桩土荷载分担比,进而考虑加筋体影响以及桩间土承载作用,推导桩土应力比计算式,并将此式应用于路堤的设计。     

刚性桩加固高速公路软基土拱效应现场试验研究及其与解析解的比较

用刚性桩处理高速公路软基能减小路堤沉降,提高路堤稳定性,缩短工期。土拱对路堤的承载变形性状有重要影响,到目前为止,对路堤中土拱效应的研究还不深入。本文结合某高速公路刚性桩处理软基试验段,实测了路堤填筑过程中及填筑结束后一段时间内桩帽、桩间土土压力及相应的沉降,分析了桩土沉降差、路堤高度、桩间距、桩帽大小等因素对土拱效应的影响,并与现有的几种土拱效应计算方法进行了比较。结果表明:①土拱效应的发挥程度与桩土沉降差密切相关;②当路堤较高,桩间距较小,桩帽较大时,桩体荷载分担比较大;③根据Hewlett&Randolph及陈云敏改进的土拱效应计算方法所得到的桩体荷载分担比与实测结果比较接近。     

基于系统分析的桩网复合地基荷载效应定量评价模型研究

目前对桩-网复合地基的设计主要存在两点不足,一是计算路堤底桩土荷载分担时需要假设土拱高度,二是对桩间地基土反力的定量评价偏于保守。针对这两个问题,重点分析了路堤荷载作用下土拱效应与加筋薄膜效应,根据堤底桩土相对位移得到计算的土拱高度,推导土拱效应与薄膜效应共同作用下路堤荷载在桩与土之间的分配计算公式;考虑刚性桩桩顶与桩端位置的桩土相对位移以及桩周土对桩侧作用摩阻力存在中性点,根据应力、位移连续性条件,建立桩-网-土联合作用的桩承式加筋路堤的荷载效应计算模型并给出求解方法,通过3个工程实例对该方法进行合理性验证。结果表明,具备一定刚度的桩端下卧层时,采用本模型的计算结果与实测值比较接近,可为工程应用借鉴。     

桩承式路堤中土拱效应的改进Hewlett算法

桩承式路堤的承载机制即路堤在路堤荷载以及外部荷载的共同作用下，路堤内部力的传递与分布情况，而土拱效应是路堤承载特性与各组成部分相互作用的综合反映，因此分析桩承式路堤的承载机制，最重要的就是研究其土拱效应。在对Hewlett的平面和空间土拱效应计算方法作必要阐述基础上，对Hewlett空间土拱效应下塑性点出现在桩顶时的边界条件作了改进，得到改进后的桩土荷载分担比计算式。并用改进后的计算方法、Hewlett的方法分析桩土荷载分担比随桩帽宽与桩心距之比、桩心距与路堤高度之比、路堤填料内摩擦角的变化规律，并进行比较分析。最后通过与实测数据和数值分析结果的对比，验证该改进算法的可靠性与可行性，可供工程设计时参考。     

桩承式路堤中土拱效应可视化模型试验研究

桩承式路堤中土拱的形态还未得到统一认识,进一步开展土拱效应的研究对桩承式路堤中荷载传递规律分析有重要科学价值。首先简要介绍了桩承式路堤中土拱效应可视化的室内模型试验装置、试验材料以及测试元件的布置情况,然后采用该可视化试验装置进行变化路堤高度与桩间距的10组模型试验研究,以分析桩承式路堤中沉降的分布规律与竖向应力的分布特点。试验结果表明:变化路堤高度与桩间距的比值将显著影响桩承式路堤中土拱效应的发挥,在该平面土拱效应室内试验中,当h/(s-a)≤1.0时,路堤中没有应力重分布的现象,表明此时土拱效应没有产生;当1.0h/(s-a)1.5时,土拱效应未完全发挥;当h/(s-a)≥1.6时,达到了完全成拱的条件,路堤填土的竖向应力分布存在两次拐点,与HewlettRandolph模型结果中的分布规律相似。模型试验结果还表明,路堤表面的差异沉降随着路堤高度的增加而逐渐减小,当路堤高度与桩净间距的比值大于1.6时,路堤表面的差异沉降基本为0。最后,根据土拱效应完全产生时的模型试验结果,推导了平面土拱的内拱与外拱高度的表达式,并基于土拱厚度不均匀的实际情况,采用试验结果对HewlettRandolph平面土拱理论进行修正,研究发现修正的HewlettRandolph方法能更好地与试验结果相吻合。     

加筋形式对桩承式路堤工作性状影响的试验研究

对无加筋和采用不同加筋材料、加筋层数下桩承式路堤的工作性状进行了三维模型试验研究,侧重分析了桩土应力比、应力折减系数、填土中竖向应力分布、地基沉降等内容。结果表明加筋材料的设置有利于荷载向桩顶的转移,可有效减小沉降,但不同加筋形式下桩承式路堤的工作性状有所不同。使用单层或双层土工布时,路堤的荷载传递机理主要是填土的土拱效应和加筋材料的拉膜效应,但拉膜效应发挥相对较晚。使用双层格栅时,加筋材料与周围砂土形成半刚性平台。单层格栅的作用介于两者之间。试验结果与常规拉膜效应设计方法的对比表明,若假设荷载只由相邻桩间的加筋材料条带承担,计算的拉力将偏大,过于保守。     

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。     

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。     

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。     

桩承式路堤土拱数值模拟中路堤土本构模型的选择

数值模拟方法已成为研究桩承式路堤中土拱最重要的手段,其关键在于路堤填土要采用合理的本构模型。建立桩承式路堤平面土拱分析的弹塑性有限元模型,考虑摩尔-库伦模型（MC）、硬化土模型（HS）和小应变硬化土模型（HSS）3种不同的路堤土本构模型,用有限元方法模拟不同路堤土本构模型下桩承式路堤中的土拱形态和土拱效应。计算结果表明：3种不同路堤土本构模型下平面土拱的形态都是半个椭圆。路堤土采用HS和HSS模型,获得的土拱形态、效应和桩帽-土差异沉降相同。较之HS和HSS模型,路堤土采用MC模型时计算得到的桩帽-土差异沉降较小,桩帽荷载分担比略大。当路堤高度较小时,采用MC模型获得的土拱远小于HS和HSS模型下的计算结果。土拱效应的数值模拟中路堤土可采用简单的MC模型,但土拱形态的数值模拟中路堤土宜采用HS模型。     

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。     

路堤荷载下双向增强复合地基荷载分担比及沉降计算

针对路堤荷载下双向增强复合地基受力变形特性,以单桩有效影响范围内的路堤与复合地基为分析对象,引入大挠度环形薄板考虑加筋垫层的“柔性筏板效应”与“拉膜效应”,同时通过假定桩土相对位移模式,考虑地基成层性,从而建立了路堤、水平加筋体、桩体、桩间土协调变形三维模型,获得了路堤荷载作用下双向增强复合地基的荷载分担比及沉降计算方法。采用某工程试验数据对该计算方法进行验证,同时分析了路堤高度、桩帽宽度、筋材抗拉模量对中性点位置、桩土差异沉降以及复合薄板中面最大拉应力的影响,结果表明该方法所求得的荷载分担比及沉降与实测值较为接近,证明了其合理性。