预制预应力混凝土管桩复合地基可以有效地减小地基沉降,提高地基承载力;已经被广泛地应用于高速公路、民用建筑、港口、海堤等工程建设中。但理论研究的相对滞后,必然会制约其发展的空间和速度。本文针对目前地基处理中以控制工后沉降为目标的发展趋势,对高速公路路堤荷载下预应力管桩复合地基的沉降特性和与之相关的桩土应力比、荷载传递规律等受力性状进行了系统地研究和分析。 现场试验研究能客观地反映预应力管桩复合地基的加固效果及工作机理。本文首先结合杭州湾跨海大桥南岸接线高速公路预应力管桩处理段,分析了现场的地质条件;对预应力管桩沉桩过程、上部路堤填土施工过程中孔隙水压力、地表沉降、深部分层沉降、深部水平位移、桩顶承台应力、桩间土应力等的变化进行观测,分析了路堤下预应力管桩复合地基的沉降特性及桩、土应力的变化规律,并检验了预应力管桩对深厚软弱地基的加固效果。 然后根据现场地质资料和加载进程,运用ABAQUS软件建模,对路堤荷载下预应力管桩复合地基的受荷性能和沉降规律进行计算,得到的桩土应力比、沉降量和实测结果基本吻合,表明有限元法用于预应力管桩复合地基计算是可行的,且精度较高。而后讨论了不同桩长、不同桩间距、不同褥垫层模量等多种工况下管桩复合地基桩土应力比、桩身荷载传递和管桩上下刺入变形、加固区和下卧层压缩量等的变化规律,分析了不同因素地改变对管桩复合地基受力和沉降特性的影响。这些研究弥补了现场试验的不足,提供了理论分析的依据。 最后在现有其他桩型复合地基研究的基础上,根据有限元分析结果,考虑褥垫层—管桩—土的协调变形和预应力管桩在褥垫层和下卧层中的上下刺入量,推导出预应力管桩复合地基桩土应力比和加固区复合模量计算公式。并根据已有的沉降计算理论,得出预应力管桩复合地基的沉降计算方法。经工程实例验算,与实测结果符合较好,能够满足实际工程的需要,可以为预应力管桩复合地基的推广应用提供技术支持。