高速铁路桩网结构加筋垫层变形影响因素研究

通过理论分析和有限元计算,对各种条件下桩网结构加筋垫层受力和变形进行系统分析,获得桩网结构体系中加筋垫层的受力变形特点和应力分布传递规律。加筋垫层对桩网结构桩、土应力分配影响明显,进而对桩网结构的整体受力和变形产生影响。研究了影响加筋垫层变形的主要因素,计算不同条件下垫层变形的规律,并结合桩头结构形式,分析垫层变形的特点。结合不同桩体结构与加筋垫层的相互作用机理,分析不同垫层结构及加筋体特性对加筋垫层荷载传递的影响规律。结合室内缩比例模型试验,验证了计算结果的可靠性和准确性。     

桩-网复合地基加固机理现场试验研究

通过在广东某环城高速公路深厚软土地基加固工程中设置桩—网复合地基试验段,研究路堤荷载下桩—网复合地基的工作机理,深入分析其沉降变形、荷载传递、桩土应力比、网的受力等性状。试验成果表明：桩—网复合地基可以有效减少沉降量,可以用于填土高、软土厚度大的路段;路堤荷载下管桩与桩间土沉降不协调,土工格栅调节桩土分荷比的作用非常明显;长桩区格栅上、下的桩土应力比相差较大,桩土应力比最大值接近80;未达到持力层上的短桩桩土应力在14-22之间比较小,格栅兜提作用随桩土沉降差增大而得到发挥;在传递荷载方面,格栅作用要强于土拱的作用,满载时各向桩顶传递30%左右的荷载,土工格栅应变最大仅为1%,且桩帽边缘处应变最大,桩间应变最小。     

路基加筋垫层土工格栅拉力计算方法研究

研究目的:土工格栅加筋垫层具有扩散应力、调整桩土应力比、提高地基承载力和减小不均匀沉降的作用,在铁路复合地基中得到了广泛应用,但目前格栅拉力的计算方法并不统一,因此有必要针对土工格栅拉力的计算方法展开系统研究,以期为铁路复合地基格栅垫层的设计提供参考。研究结论:以武广客运专线为工程背景,总结了不同格栅拉力计算方法,建立平面有限元分析模型,在考虑不同格栅模量的条件下,分析了路基填筑过程中地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比的变化规律。填土高度增加到一定程度后,地基面沉降、土工格栅受力及桩土应力比增加趋缓,格栅模量的增加使土工格栅受力增加明显,加筋垫层的使用可以有效地解决桩顶应力集中的问题,对地基沉降能起到较好的控制作用。     

基于离心模型试验的高强度桩复合地基桩间距效应分析

针对客运专线在软土和松软土地基处理中大规模采用高强度桩复合地基技术的应用情况,进行路堤荷载作用下不同桩间距的离心模型试验,分析桩间距的变化对高强度桩复合地基的荷载传递、破坏特点、桩土应力及垫层拉筋受力、地基沉降变形等工程特性的影响.试验数据表明:桩间距由3倍增至6倍桩径,高强度桩复合地基的沉降变形、桩土应力及比值、垫层拉筋受力等力学响应增大明显;随着桩间距的加大,高强度桩复合地基的桩顶和桩间土承受的应力均大幅提高,桩间距大于或等于5倍桩径后,桩顶垫层和桩间土先后达到极限状态,将产生显著的桩顶刺入变形和桩间土横向挤出变形,复合地基整体结构处于不稳定状态;垫层拉筋的受力沿横截面呈M形分布,峰值出现在两侧路肩附近位置的下方,与地基发生变形破坏的位置有较好的一致性.     

路基工程中CFG桩桩筏复合地基与桩网复合地基对比

京沪高速铁路路堤地段,地基处理采用了桩顶设置"桩帽+土工格栅+碎石垫层"的桩网复合地基与桩顶设置"碎石垫层+混凝土板"的桩筏复合地基两种CFG桩复合地基形式.对这两种复合地基的由来、桩土荷载调节原理、沉降计算方法以及我国的研究进展做了详尽的阐述.     

基于离心模型试验的软土地基路堤加筋垫层效应研究

为了考察软土地基路堤的加筋垫层效应,进行4组不同垫层结构处理软土地基的离心模型试验,测试软土地基的沉降变形、垫层拉力和路堤基底压力等数据.测试数据表明:设置加筋垫层能有效减小并匀化软土地基在上部路堤荷载作用下的沉降变形,约束地基水平变形,且刚性垫层的效果好于柔性垫层;柔性蛰层具有一定的匀化路堤基底压力的能力,基底压力的分布与垫层结构形式及路堤荷载的大小相关;随路堤荷载的增加,刚性垫层的水平拉力呈M形分布,柔性垫层筋带拉力由M形分布逐渐过渡为"锅底"状分布,若忽略地基的摩擦力,刚、柔性垫层中路肩下拉力可分别用静止土压力公式和朗肯主动土压力公式估算.     

路堤下桩承式水平加筋复合地基桩土应力比分析

桩承式水平加筋复合地基是"水平向增强体+竖直向增强体"的联合复合地基.计算路堤下复合地基桩土应力比的方法与刚性基础下的复合地基不同.路提由填土等散体材料组成,路堤下复合地基桩与桩间土之间的沉陷不一致,导致填土内部出现相对垂直位移,应力状态发生变化.由于复合地基桩土应力比发生变化及水平向增强体的提拉作用,可将大部分路堤荷载转移到桩体上,从而减小桩间土上部的压力,并使得路堤顶面的差异沉降减小.通过分析桩承式水平加筋复合地基及其上部填土的变形特点,推导出求解加筋垫层上、下方桩顶土压力、桩问土压力及桩土应力比的计算公式并分析了不同参数对桩土应力比的影响.     

水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基的土工离心模型试验研究

以达成铁路扩能改造工程新建段某工点为原型,设计5组基于水泥土搅拌法地基处理方案的室内土工离心模型试验,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌法不同布桩方式对斜坡软弱土地基的加固效果和对桩土荷载分担及加筋垫层筋带拉力的影响规律。分析表明:斜坡软弱土地基在构造上存在的不均匀性对路堤基底压力分布和桩土荷载分担等力学响应有明显影响,并随下坡一侧软弱土层厚度的增加会产生一定的卸载效应和桩土间压力调整加剧的现象;采用"上疏下密"不等间距的布桩模式,可调整桩土压力的分布,更好地适应地基软弱土层厚度的变化,提高地基加固的均匀性;加筋垫层筋带拉力受路堤荷载、软弱土层厚度和桩布置间距等因素的共同影响,分布形态表现出明显的非对称特点,最大值出现部位与斜坡软弱土地基可能产生的变形破坏位置有很好的一致性。     

土工材料与高速铁路路基工后沉降控制

通过桩网复合地基沉降变形、基底土压力等观测测试,分析桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点及沉降变形规律,探讨土工格栅等土工材料控制路堤工后沉降的效果及设计方案,并介绍了土工材料在路基工程其他方面中的应用。     

动载作用下桩网结构低路基双层土工格栅力学特性

研究目的:为研究列车动载作用下的土工格栅-桩间土-桩相互作用机理,建立桩网结构低路基加筋垫层双层土工格栅动力分析有限元模型,分析列车动载作用下的土工格栅的受力及变形规律。研究结论:(1)路基结构加筋垫层中,沿线路纵向方向的双层土工格栅其下层格栅拉力较大,列车荷载作用下,下层土工格栅的拉力增量较大;(2)上层土工格栅的竖向位移较大;沿路基横断面方向,上层土工格栅拉力较大,路基中心到坡脚的上、下双层土工格栅拉力的差逐渐减小;(3)列车荷载下的下层土工格栅拉力增量较大;(4)双层土工格栅能够减小其竖向位移和动荷载后格栅拉力的增量,进而减小沿线路纵向和沿路基横断面方向上的不均匀沉降,且较单层土工格栅更易发挥格栅的张力膜效应;(5)本研究可为铁路路基结构土工格栅工作机理分析提供思路和方法。     

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。     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。     

桩-网复合地基附加应力的Boussinesq-Mindlin联合解法

桩-网复合地基是近年来发展起来的一种有效的软土地基加固方法,通过桩-加筋垫层-桩间土三者协同作用,共同承担上部荷载,其相互作用机理复杂。在简要分析桩-网复合地基作用机理的基础上,应用Mindlin解和Boussinesq解推导出了复合地基中附加应力的计算公式。结合具体算例,计算复合地基的沉降变形量,计算结果与沉降观测数据吻合较好,可以为类似无砟轨道等对沉降要求严格的铁路工程复合地基沉降计算提供参考。     

桩网支承路基力学性能数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立桩网支承路基三维模型,分析桩间距、桩帽尺寸、软土层模量、下卧层模量和格栅模量等关键参数对桩网支承路基沉降、桩土应力、垫层上方应力、加筋网垫承担的应力、桩土荷载和格栅拉力等的影响。结果表明,桩土差异沉降受软土层模量影响最大,路基存在明显的应力集中即"土拱"效应,加筋网垫承担的竖向应力随下卧层模量、软土层模量和置换率的增大而减小,随格栅模量的增大而增大,两桩帽间格栅竖向变形近似呈悬索形状,上层格栅受到的拉力约为下层的0.4倍。     

桩网支承路基受力及加筋网垫变形现场试验研究

以武广客运专线DK2 059+560为试验工点,进行桩网支承路基的现场填筑试验,研究路基应力传递及格栅变形特性.研究结果表明:桩网支承路基结构的沉降量较小,是1种有效处理软土和松软土地基的方法;在垫层上方路基存在明显的土拱效应,本工点的土拱高度在1.6～1.9 m之间;桩间土存在一定反力;桩间土和桩帽应力分布不均匀,桩间土4桩形心处应力比2桩中点处略小,桩帽形心处应力相对角点处应力略小;桩帽附近垂直于桩帽边的格栅肋条应变略大,4桩形心附近格栅的应变略小,下层格栅的应变大于上层;边坡处格栅的应变大于路基中心处,上层格栅防止边坡滑动的作用更大.与英国、北欧、日本及德国规范的计算结果比较,试验工点的桩间土竖向应力和承担荷载比例实测结果与德国规范球形拱理论计算结果较为接近.     

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。     

海南东环线路基现场应力测试研究

路堤基底应力大小及分布形式,对地基沉降计算影响较大;复合地基垫层中土工格栅拉力大小是柔性拱作用效果的重要反应同时为土工格栅强度选择提供依据。海南东环线全风化花岗岩路基基底应力测试和复合地基垫层中土工格栅拉力测试表明:比例荷载法计算基底附加应力大于实测值,均布荷载计算值小于实测值,弹性土堤法和修正比例荷载法计算的附加应力接近实测值;土工格栅拉力实测值与日本规范法计算值接近,欧洲规范计算值明显大于实测值,目前国内土工格栅强度满足受力要求。     

国外加筋垫层桩支承路基计算方法分析

从荷载传递与分配、加筋垫层格栅的张拉力和路堤横向滑移3个方面介绍英国、日本、德国和北欧规程(手册)中有关加筋垫层桩支承路基的计算方法。分别采用这些计算方法对两个算例的加筋垫层格栅张拉力进行计算,发现计算结果相差较大。不同方法计算结果产生差异的原因是,各规范对拱效应、作用于桩间垫层上的荷载、垫层加筋体张拉力等的计算方法差异较大。建议结合我国铁路建设工程实际,对现有方法中存在的问题进行系统和有计划的研究,建立我国自己的加筋垫层桩支承路基的设计理论和方法。     

不同垫层结构形式复合地基的数值分析

复合地基的受力变形特性与垫层结构形式密切相关.采用ABAQUS软件,针对加筋碎石、水泥土垫层和混凝土板3种垫层结构形式和4种桩间距进行弹塑性数值分析.分析表明,混凝土板的桩顶附加应力较大,加筋碎石的沉降较大;3种垫层桩底平面沉降占总沉降的主要部分,沉降基本一致.桩间距s>2.0 m,碎石垫层的应力增长率显著减小,沉降显著增大;s>2.3 m,水泥土垫层和混凝土板应力增长率显著减小,沉降显著增大.计算结果可供设计复合地基垫层结构形式时研究参考.     

采用土工合成材料作软土地基浅层处理的试验研究

对土工格栅及土工格室加筋垫层处理软土地基进行现场试验,分析试验结果,比较有加筋砂垫层和无加筋砂垫层的软土地基变形性状,评价加筋砂垫层的作用及效果.