非埋式桩板结构路基水平承载试验研究

非埋式桩板结构广泛应用于我国高速铁路的建设工程中,尤其是山区陡坡段,但对该结构的水平承载特性缺乏相应的研究。以杭黄高铁陡坡段非埋式桩板结构路基为原型,通过水平承载模型试验,研究结构内力弯矩、土压力分布形式,分析结构变形规律以及路基破坏形式。研究表明:当非埋式桩板结构路基承受水平荷载时,结构内力变化以桩基为主,并且随着水平荷载的增加,桩基弯矩呈基本不变至稳步增长最后剧烈增大的趋势;结构变形以水平位移为主,最大水平位移达7.25 mm,承载板发生内高外低的翘曲变形;当水平荷载达到一定时,路基边坡发生浅层破坏与局部压溃破坏,桩板结构的桩基于桩顶处与滑动面附近产生裂缝。试验过程中,桩板结构整体稳定性良好,但在水平荷载超过一定范围时结构变形过大,因此在水平推力较大的地段应谨慎选用非埋式桩板结构路基。     

武广线高边坡陡坡地段桩板结构路基的设计理论探讨

研究目的:桩板结构路基是土质路基上无砟轨道的一种新型结构形式,本文结合武广线桩板结构路基的设计,初步探讨桩板结构路基的设计方法,希望能够为桩板结构路基的设计及应用提供参考。研究结果:桩板结构路基是高边坡陡坡地段地基加固的一种有效形式,通过计算,承载板挠度、桩基础承载力及其变形均满足了无砟轨道的控制指标要求,是桩板结构路基应用范围的一个新的突破。     

桩板结构路基的动力响应分析

桩板结构路基-无砟轨道结构是一种相对较新的结构。因此,结合变形控制条件对桩板结构的匹配和动力特性进行数值模拟分析是很有意义的。本文通过动力响应包括动变形、动应力和基面加速度等分析,讨论地基处理的范围和深度、桩端持力层的刚度等问题。研究表明,增大桩径和增大桩端持力土层的承载力或刚度均是降低变形的有效措施。根据断面竖向变形的影响范围,通过对承台两侧宽5 m、深10 m范围内的地基进行处理,对于减少变形是有效的。此外,本文提出的桩板结构-无砟轨道路基横断面尺寸可供设计参考。     

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。     

无碴轨道桩板结构路基离心模型试验研究

通过无碴轨道桩板结构路基的离心模型试验,研究了桩板结构路基的沉降特性以及桩土相互作用。研究结果表明桩板结构路基施工完成放置5个月后路基面沉降结束,基本达到稳定,通车运营12个月后路基面稳定;桩板结构路基的桩基属于长径比较大的钻孔灌注嵌岩桩,其荷载传递具有摩擦型桩的特性。     

架空式桩板结构动力特性原位激振试验研究

架空式桩板结构路基在非埋式桩板结构路基的基础上不再设置桩周路基填土,具有一定架空高度,有效减少了路基填料用量,降低了路基建设占地和缩减了施工周期。然而,由于板-土之间无直接传力,架空式桩板结构路基动力荷载传递模式发生改变,其是否还具有良好的动力特性尚处未知。因此,依托贵南高铁某架空式桩板结构路基试验段工程,开展了原位扫频激振试验。试验结果表明,在2～15 Hz变频动载作用下,架空式桩板结构路基动力响应随加载频率增加呈指数式增长规律,各项振动响应参数变化无峰值,反映在激振频率范围内架空式桩板结构路基未发生共振现象;承载板、托梁和桩基动应力总体上随激振频率的增大呈线性增长,架空式桩板结构主筋动应力从上部承载板至下部桩基呈较小增大规律,这说明架空式桩板结构路基能够有效地将上部动载产生的动应力通过承载板和托梁传递至桩基;架空式桩板结构路基综合动刚度随加载频率增加呈线性增大规律,对比非埋式桩板结构路基和传统土质填筑路基,架空式桩板结构路基具有更大的综合刚度,能有效抵抗外荷载引起的变形。综合变频试验结果可知,架空式桩板结构路基具有良好的受力与变形协调特性和振动特性。研究成果可为架空式桩板结构路基的...     

桩板路基结构扩体预制桩的承载特性试验研究

为了深入揭示桩板路基结构中引扩孔灌浆扩体预制桩的承载特性与荷载传递机制,研究预制桩扩体截面尺寸、桩顶承压方式以及截面组合形式对扩体桩中预制桩-扩体-周围土协同作用的影响规律,在2个试验区开展了9根试桩的静载荷试验。试验区A是内部管桩承载的5根扩径0～1 200 mm扩体预制桩,试验区B是内部管桩承载和全截面承载的2根小直径管桩扩体桩以及2根大直径管桩扩体桩。试验结果表明：外围水泥砂浆的设置可将内部管桩荷载有效传递至周围土体,提升整体承载性能,当水泥砂浆厚度由10 cm增加到25 cm时,同级荷载作用下桩顶沉降降低约44.3%～59.5%,但随水泥砂浆厚度的进一步增加,该变化趋势不明显,试验工况下外围水泥砂浆厚度的合理取值范围为15～25 cm;内部管桩承载工况下扩体桩中管桩-砂浆界面阻力呈两端大、中间小的分布模式,受内部管桩和周围土侧阻力综合作用,水泥砂浆厚度小于15 cm时可能在桩顶附近出现拉应力;全截面承载工况下管桩-砂浆界面阻力受桩顶等位移作用影响发挥相对较小,但随着深度增加呈逐渐增大的变化趋势,在整体承载性能上与内部管桩承载工况大体相当;内部预制桩直径的增加可显著提高扩体桩的承...     

桩板结构路桥过渡段的动力学仿真分析研究

研究目的:在西宝高铁项目路基设计过程中多处采用了埋入式桩板结构,为了判定其与桥梁连接处的过渡段的实际工程表现,对这些过渡段进行动力学仿真模拟计算,并将计算结果与一般传统过渡段进行对比分析.希望这种过渡段设计和仿真计算的方法能为今后的高铁路桥过渡段设计工作提供借鉴和参考.研究结论:(1)桩板结构过渡段的车体竖向振动加速度...     

无砟轨道跨涵洞桩板结构路基及过渡段设计

结合遂渝线无砟轨道路基综合试验段,以桩板结构路基段为研究对象,根据无砟轨道桩板结构路基段所经不同地形,在分析其结构特点和使用要求基础之上,研究了桩板结构路基、跨涵桩板结构路基及桩板结构路基过渡段的设计方法及理论,最终通过桩板结构路基强度、稳定与变形检测,进一步评价无砟轨道桩板结构路基的适用性。结果表明,桩板结构路基承载板长度以20～50m为宜,板与板之间设置宽度为2cm伸缩缝,设伸缩缝处的板与桩通过设置承台进行连接;对跨涵桩板结构特殊路段采用不等跨纵向桩间距方法(一般桩板结构路基纵向间距采用5.0～7.5m,跨涵工点采用10.0m)均满足铺设无砟轨道横向及竖向位移的设计要求;桩板结构路基过渡段采用搭板连接,进一步提高了桩板结构路基的抗裂性能。     

深埋式桩板结构桥隧过渡段动力特性研究

结合上海—昆明高速铁路某深埋式桩板结构桥隧过渡段动力响应现场试验,建立车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究深埋式桩板结构路基动力特性,评价其用作桥隧过渡段的过渡性能.研究结果表明:6种测试车型引起过渡区测点振动加速度最大值为3.77 m/s2,测点最大振动加速度随车速增大而增大,最大振动位移与车速没有明显相关性;隧道...     

铁路路基浅埋式桩板结构极限状态法荷载组合与配筋设计研究

我国铁路工程设计正从容许应力法向极限状态法转轨,2019年实施的《铁路路基设计规范(极限状态法)》缺少桩板结构极限状态法设计的荷载组合和配筋相关规定。桩板结构作为应用广泛的地基处理方式,有必要研究其极限状态法设计方法,为铁路路基设计全面转轨提供基础。通过系统研究浅埋式桩板结构极限状态法与容许应力法的荷载组合与配筋设计理论,采用有限元方法对瑞九铁路典型浅埋式桩板结构的荷载组合与配筋进行计算分析对比,主要结论为：(1)浅埋式桩板结构采用铁路桥涵极限状态法与铁路桥涵容许应力法荷载组合存在较好对应关系,设计方法转轨衔接流畅;(2)铁路桥涵极限状态法计算正截面承载力控制的板配筋量比铁路桥涵容许应力法计算配筋量多出约23%,安全余度存在较大差别;(3)浅埋式桩板结构采用建筑极限状态法设计存在组合值系数不明确、板抗剪安全余度低和裂缝控制配筋量低的问题,可靠度存疑,不建议采用。     

遂渝铁路无碴轨道桩板结构路基大比例动态模型试验研究

土质路基上的无碴轨道在国外高速铁路上已得到广泛应用,而在我国却处于刚起步阶段。桩板结构路基是土质路基上无碴轨道的一种新型结构形式,其设计及计算还不成熟。在遂渝铁路土质路基上无碴轨道综合试验段桩板结构设计方案的基础上,对此类结构进行大比例动态模型试验研究,希望为此类结构的设计及工程应用提供参考。     

岩质陡坡椅型桩板结构路基设计计算方法与分析

结合山区陡坡地段半填半挖路基工程,提出了椅型桩板结构与填料间相互作用的分析方法,建立了椅型桩板结构的平面刚架分析模型和计算方法,利用此方法对该结构的关键设计参数进行分析.计算结果表明:椅型桩板结构的内力极值出现于桩基与横梁的交接面、桩基与基岩的交接面附近;陡坡坡角在40°~70°时,椅型桩板结构的最优悬臂比例系数为0.4~0.6.     

客运专线无砟轨道桩-板结构路基

研究目的:为实现无砟轨道铁路严格的路基工后沉降控制,遂渝线无砟轨道综合试验段首次采用了桩-板结构路基方案,其工作机理、承载及动力特性需要研究.研究结论:桩-板结构路基是无砟轨道铁路一种新的路基结构形式,其承载特性和动力性能良好,且具有较好的经济性,适用于新建客运专线无砟轨道铁路中的工程地质条件复杂的低路堤和路堑地段以及两桥(隧)之间短路基、道岔区路基等特殊地段软弱地基加固,同时也可用于已建路堤的补强加固.     

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。     

高速铁路桩板结构路桥过渡段无砟轨道动力特性试验研究

桩板结构被广泛应用于我国高速铁路深厚软土地区地基处理,其对路基与桥梁间不均匀沉降控制具有显著效果,但针对桩板结构路桥过渡段上无砟轨道的结构动力特性却鲜有研究。以杭长高铁桩板结构路桥过渡段为研究对象,采用现场实车测试,分析不同行车速度下过渡段和相邻桥梁上无砟轨道结构动力特性及其差异。研究结果表明,随行车速度增加,钢轨和轨道板加速度呈指数增长,轨道板动位移呈线性增长;同一行车速度下,过渡段和桥梁上轨道结构振动无突变现象,差异性小;由行车测试数据拟合结果预测行车速度达到350 km/h时,过渡段上钢轨加速度约为2 324 m/s~2,轨道板动位移约为0.49 mm,轨道板加速度约为17.89 m/s~2。     

重载铁路路基斜向注浆挤密桩加强效果研究

在重载铁路既有线扩能改造及重载铁路路基加强的背景下,以重载铁路路基为研究对象,针对路基经斜向注浆挤密桩加强前后的静动力效果变化,运用有限元模拟软件Plaxis中的塑性分析计算模块和动力分析模块对其进行数值分析研究。研究结果表明经斜向注浆挤密桩加强后的重载铁路路基静力变形减少20%,动力响应值降低30%,表明斜向注浆挤密桩对重载铁路路基的加强效果明显,具有可行性。     

大直径嵌岩桩承载特性的试验研究

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地连结成为共同受力的整体结构。通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型非线性分布的。