大范围软土一级公路水泥土搅拌桩路基沉降数值模拟

以一级公路湛江大道存在的大范围软土为工程背景,针对公路路基极易引发沉降和路面不均匀沉降等施工难点,开展大范围软土一级公路路基沉降规律数值模拟研究。利用Midas/GTS软件,建立路堤-地基-水泥土搅拌桩的有限元模型,研究设桩及不设桩2种工况下路基沉降变形规律以及桩弹性模量、桩长、水泥土搅拌桩面积置换率对路基沉降的影响。研究结果表明:使用水泥土搅拌桩处理软土地基能够有效降低工后沉降,桩体弹性模量及桩长对工后沉降影响较小,选取面积置换率时需要综合考虑沉降控制效果和经济成本。     

水泥土排桩加固重载铁路路基的数值分析

研究目的:随着对铁路运输能力要求的提高和重载铁路的发展,铁路机车车辆轴重增大、运量增加、速度提高,铁路路基病害问题日益突出,因此需要探索一种在线路运营条件下路基结构的快速加固方法。本文采用基于Mohr-Coulomb的理想弹塑性模型对水泥土排桩加固重载铁路路基进行数值模拟,明确水泥土排桩对重载铁路路基变形的控制作用、加固效果以及水泥土排桩加筋对加固重载铁路路基的影响。研究结论:通过对水泥土排桩加固重载铁路路基的数值分析,得出以下结论:(1)路基顶面最大沉降值在重车线路中心线处;(2)水泥土排桩能有效地控制路基面的沉降和路基坡面的水平位移,并随着水泥土排桩排数的增加,对路基变形的约束作用越来越明显;(3)水泥土排桩加筋后明显的分散了水泥土排桩受到的拉应力,有效地提高了水泥土排桩的整体性;(4)加筋水泥土排桩是一种有效的加固方法,可以应用于重载铁路路基在运营条件下的快速加固。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

高速公路夯实水泥土桩复合地基工程特性敏感因素分析

基于非线性有限元方法,建立了高速公路夯实水泥土桩复合地基几何模型,分析了多种因素对夯实水泥土桩复合地基工程特性的影响,提出了在满足承载力前提下以变形控制为主,应综合考虑多方面因素,尤其要考虑桩体模量、地基土模量、路基填筑高度(即荷载水平)和长径比等因素对复合地基变形的影响,对夯实水泥土桩复合地基的设计和布桩优化,及其在高速公路中的应用和推广有重要的参考价值.     

新建合宁铁路改良膨胀土填筑路基沉降规律研究

结合合（合肥）宁（南京）客运专线改良膨胀土填筑路基试验段,根据膨胀土地基上填筑路基的不同基底处理方式、不同边坡防护形式来设置观测断面,通过埋设沉降板、路基边坡变形观测桩,对路基沉降及变形进行观测,研究膨胀土地基的沉降变形、主要影响因素及改良膨胀土路基的变形规律,预测工后沉降。通过对比分析,发现改良膨胀土填筑路基成型初期沉降受载荷以及天气影响明显,随着时间的推移,变形逐渐趋于稳定,路基成型后期受天气影响不显著,路基表现稳定。说明石灰改良膨胀土具有良好的工程性质,改良灰土填筑路基具有良好的水稳定性和抗变形能力,从而为全线设计施工提供了依据。     

大准铁路路基病害调查及沉降变形分析

针对大准(大同—准格尔)铁路的路基病害进行了初步调查,并选取K36+486段路基为研究对象,应用数值模拟方法对大准铁路路基沉降变形的规律和发生机理进行了分析。结果表明:大准铁路路基的主要病害为翻浆冒泥和路基沉降变形;路基在列车荷载下出现不均匀沉降,沉降量沿路基中心向两侧逐渐减小;路肩出现了隆起变形,这可能是引起路肩开裂的原因。研究结果对相似路基病害的规律和发生机理提供了参考及借鉴。     

软土地区新建城市轨道交通线路路基对邻近既有线路路基水平变形的影响分析

依托东部沿海软土地区某城市轨道交通路基帮宽工程,利用同济大学L-30土工离心机进行土工离心模型试验,研究既有CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基路基在邻近堆载作用下土体和桩体的水平变形规律。利用有限元数值模拟方法,研究既有路基和新建路基的不同加固形式对既有路基水平变形规律的影响。研究表明:在邻近堆载的作用下,软土地区城市轨道交通线路路基坡脚外2 m土柱的水平变形呈现"弓"型变化规律,随埋深增加,水平变形先增大后减小;路基CFG桩复合地基中的CFG桩的水平变形呈现漏斗型变化规律,桩顶水平位移最大,随埋深的增加,水平变形逐渐减小;新建路基中桩基的存在,可有效减小既有路基的水平位移;在CFG桩桩顶增加筏板,能将CFG桩的水平变形规律由漏斗型改变为"弓"型,同时减小桩体的最大水平变形。     

桩网支承路基结构的模型试验方法

针对桩网支承路基结构的受力变形特点,结合相似理论,建立了几何相似比为1:6、应力比为1:1的模型试验系统,包括相似条件、模型箱、试验材料、加栽系统和传感器等内容.重点解决了试验中遇到的难点,包括格栅边界条件处理、格栅拉力和沉降测试方法以及加筋网垫变形形状的测试方法等问题.试验方法的建立为开展桩网支承路基结构的模型试验奠定了基础.     

水泥掺量对搅拌桩复合地基沉降的影响分析

在兰州至中川机场城际铁路建设中采用水泥掺量为12%,16%,20%的水泥土搅拌桩进行地基处理并观测其沉降,运用双曲线法、三点法、Asaoka法预测复合地基的沉降,研究水泥土搅拌桩复合地基的沉降发展规律及沉降控制效果。结果表明:相同路堤荷载下水泥掺量越高,复合地基沉降越小,沉降控制效果越好,复合地基的最终沉降也越小;从满足本线运营的技术经济角度考虑,推荐采用水泥掺量12%的水泥土搅拌桩处理饱和黄土地基;从满足铁路适当提速对路基沉降的要求考虑,水泥掺量为12%,16%,20%的水泥土搅拌桩复合地基可分别在速度160,200 km/h的Ⅰ级铁路及250 km/h有砟轨道铁路的路基工程中应用。     

客运专线无砟轨道桩网结构模型试验研究

无砟轨道线路状态的调整只能通过扣件系统进行,其对轨下的基础沉降、差异沉降及弯折变形提出严格要求。为了研究在经过桩网结构地基加固后的土质路基上修建的无砟轨道是否满足要求,在室内进行了桩网结构大比例模型试验研究,测试在填筑和循环载荷试验情况下的路基沉降、基床动应力、桩顶与桩间土土压力,以及桩的应力应变分布等数据。研究表明:①桩网结构累积沉降值较小,能满足无砟轨道对工后沉降25.0 mm的要求;②桩网结构中的网具有荷载分担作用,桩起竖向增强作用,桩土应力比约为2.45;③桩的承载力由桩侧摩阻力与桩端支承力共同贡献,当地基中存在软土层时,桩侧有产生负摩阻力的趋势,中性点位于软土层下部交界面处。     

交通荷载作用下土体黏弹塑性疲劳本构模型

路基工后沉降是路基填土在车辆动荷载及其自重作用下发生蠕变引起的,因此研究土体在交通荷载作用下的蠕变特性对预测路基工后沉降有较大意义。为利用流变力学理论成果,将车辆动荷载和路基土自重荷载简化的组合荷载做等效处理。基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中常值黏性元件,即得到一种土体黏弹塑性疲劳本构模型。当组合荷载上限应力大于土体临界动应力时,模型为分数阶西原模型,可反映土体破坏型疲劳变形规律;反之,则为反映土体稳定型疲劳变形规律的广义Kelvin模型。结果表明:该模型能较好地描述交通荷载作用下土体疲劳变形特性,对试验数据拟合的相关系数在0.91以上。     

砾类土在循环荷载作用下的变形影响因素试验研究

砾类土是新疆铁路和公路常用的路基填料,为了控制和减小砾类土路基的沉降,首先需要明确各因素对该类路基在循环荷载作用下的变形影响规律。通过动三轴试验研究围压、初始静偏应力、循环荷载作用频率、循环荷载大小和固结比对砾类土累计塑性变形的影响规律,得出其累计塑性应变随着初始静偏应力、循环荷载大小的增加而增大,随着围压、荷载作用频率和固结比增加而减小。同时计算各影响因素对累计塑形应变的极差,得出影响因素对累计塑形应变影响的大小。在路基施工时,可以通过提高路基的围压,同时使路基充分固结来减小路基的营运沉降。提出一种针对砾类土应变较小时的塑性累计变形模型,并验证模型的正确性,可为新疆砾类土路基的设计和施工提供参考。     

桩网支承路基结构中土拱效应及网垫受力的模型试验研究

基于相似理论,对桩网支承路基中心土拱效应进行8组模拟试验。测试桩顶轴力、桩土及路基不同高度处应力、格栅拉力和桩间土沉降随路基高度、外荷载变化特性,探讨格栅受力后变形。结果表明:加筋网垫上方竖向应力与以球形拱理论为基础的德国规范计算结果较为接近;加筋网垫下方桩间土承担竖向应力随路基高度、上覆荷载增加而增加;黏性土路基成拱效率略低于砂土路基;对于两层格栅组成的加筋网垫,下层格栅承担土拱效应竖向应力引起拉力大于上层格栅,位于桩帽之间并垂直于桩帽边格栅拉力大于平行于桩帽边格栅拉力;格栅初始松紧状态对土拱成拱效率有一定影响;格栅受力后平面变形形状近似呈悬索状。研究成果可为我国桩网支承路基结构加筋网垫相关规范提供参考。     

长螺旋泵压CFG桩加固客运专线软土地基工程应用研究

研究目的:石武客运专线河南段郑州及周边地区土层以饱和粉土、粉细砂、饱和软粘土为主,施工过程中出现了地面沉降、桩周土体开裂等问题;为解决这一工程建设中出现的难题,研究采用长螺旋泵压CFG桩复合地基技术加固软土地基的施工方法,控制地表沉降变形,提高客运专线路基的工程质量。研究结论:通过对采用长螺旋泵压CFG桩复合地基技术加固软土地基施工方法的研究,提出了施工工艺流程和施工要注意的要点,并对施工过程中可能出现的技术问题进行了分析,提出了可采取的控制措施,实践验证此方法取得了较好的效果,可为类似工程提供借鉴。     

水泥搅拌饱和黄土复合地基桩土荷载分担研究

兰州至中川机场城际铁路工程沿线大多地段属于饱和黄土地基,承载力低,压缩性大,无法满足设计要求,采取水泥土搅拌桩复合地基进行加固,通过现场实测路堤荷载及刚性承载板下水泥土搅拌桩复合地基中桩土荷载分担情况。结果表明:随着路堤填筑高度及时间的增加,桩体、桩间土的应力都增大,桩体的应力大于桩间土的应力;相同的路堤填土荷载下,二灰掺量16%的复合地基中最大桩顶应力272.5 kPa,对应桩间土应力45.5 kPa;二灰掺量12%的最大桩顶应力166.3 kPa,对应桩间土应力为69.3 kPa。随着二灰掺入量的增加,路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比增大,二灰掺量16%时的最大桩土应力比为5.57,是二灰掺量为12%的2.34倍;刚性基础下桩土应力比随荷载的变化呈现出凸单峰曲线。复合地基中桩体应力集中系数的值随着荷载的增加而逐渐增大,桩间土应力减小系数随着荷载的增加而减小。     

碎石桩复合地基若干问题的理论分析

本文在考虑桩 -土相互作用的基础上 ,根据桩 -土侧向变形协调及竖向变形相等的条件 ,应用弹性理论导出了线弹性状态下桩体及桩周土的应力 -应变关系 ,得出了桩体材料屈服时桩 -土应力比的计算式。利用摩尔 -库仑屈服准则导出了桩周土处于极限平衡状态时 ,桩体和桩周土竖向变形的表达式 ,并导出了碎石桩极限承载力计算式。讨论了桩 -土应力比、竖向应变与置换率及桩周土变形模量的关系。同时指出 :用碎石桩加固软土地基其加固效果比较明显。但用碎石桩来加固土的变形模量大于 8MPa的地基 ,加固效果不很明显 ,且是十分有限的。并建议对于碎石桩加固的软土地基应该按控制沉降量设计法来代替传统的控制承载力设计法来进行设计计算。为验证本文方法的正确性 ,通过工程实例 ,将本文计算结果与实验结果进行了对比 ,对比表明 :本文方法有较高的精度     

无砟轨道-路基结构相似模拟试验研究

基于量纲分析法,设计模型与原型比例为1:4的无砟轨道-路基变形相似模拟试验平台,采用中砂、细砂模拟路基材料,掺膨润土砂浆模拟无砟轨道混凝土材料。通过底部节段变形板的设置实现不同路基变形波长的模拟,通过竖向调整装置实现沉降、上拱等不同路基变形量的模拟。依据上述方法搭建的试验平台实测的变形曲线与仿真分析所得的计算曲线能够较好地重合。试验表明,波长较短时,沉降传递至上层时峰值衰减越明显,波长越长时,沉降峰值衰减越小。     

桩筏基础路基地基应力测试研究

研究目的:附加应力是路基地基沉降分析中非常重要的参数,附加应力计算方法不同,计算结果差异较大。本次研究拟通过现场测试了解桩筏基础路基地基应力分布规律。研究结论:(1)桩筏基础路基地基实际应力小于计算值是沉降计算误差产生的原因之一;(2)桩筏基础路基地基加固存在临界桩长;(3)地下水位以下土层自重应力计算采用浮容重是合理的。     

CFG桩-网复合结构软基加固技术及其实际应用

研究目的:探讨有关CFG桩加固软土地基的设计、施工等方面的问题。研究方法:通过CFG桩-网复合结构加固上海某高速铁路试验段深厚软土地基的工程实例,对该法处理软土地基的设计方法、施工工艺、质量检验方法及注意事项进行了详细的阐述,并对其加固软基机理进行了较为深入的分析和探讨,对两种不同桩长的加固效果、在路堤荷载下的沉降变形规律、土工格栅的应力应变等进行了相关试验和现场测试研究。研究结果:桩长为27 m穿透软土层的CFG桩-网复合结构,填筑施工完成8个月后能满足高速铁路(有碴轨道)对软土路基承载力和工后沉降5 cm的要求,为应用CFG桩加固技术进行深厚软基处理的设计、施工与质量检验等提供了可靠的数据和参考依据,为我国在软土地区修建客运专线积累了宝贵的经验。