【摘 要】
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我国土木工程建设发展快、范围广,对地基承载力和沉降的要求也不断提高。砼芯水泥土桩是由水泥土内插高强度混凝土芯桩组成的新式复合桩型,具有较高的承载力和较好的经济性,其形成的复合地基也已发展成一种经济高效的地基处理新技术,但目前对砼芯水泥土桩芯桩-水泥土界面摩擦特性的研究还较少,且关于路堤下砼芯水泥土桩复合地基的理论研究较少考虑到路堤-垫层-复合地基-下卧层各部分的共同作用。本文首先采用自主研发的三维
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我国土木工程建设发展快、范围广,对地基承载力和沉降的要求也不断提高。砼芯水泥土桩是由水泥土内插高强度混凝土芯桩组成的新式复合桩型,具有较高的承载力和较好的经济性,其形成的复合地基也已发展成一种经济高效的地基处理新技术,但目前对砼芯水泥土桩芯桩-水泥土界面摩擦特性的研究还较少,且关于路堤下砼芯水泥土桩复合地基的理论研究较少考虑到路堤-垫层-复合地基-下卧层各部分的共同作用。本文首先采用自主研发的三维接触面剪切试验装置,对预制混凝土芯桩-水泥土界面摩擦特性进行了研究,并建立了相应的接触面本构模型。其次,综合考虑路堤下砼芯水泥土桩复合地基各组成部分之间的共同作用,建立了路堤下砼芯水泥土桩复合地基理论分析模型,研究了路堤下砼芯水泥土桩复合地基的工作性状,并探讨了路堤高度、含芯率、长径比、置换率、垫层与下卧层土体性质等因素对复合地基工作性状的影响机理。三维接触面剪切试验结果表明:（1）混凝土-水泥土界面在剪切试验过程中经历弹性阶段、脆性破坏阶段和剪切滑移三个阶段,采用三折线模型可以较好地描述其本构关系;（2）界面极限侧摩阻力随芯桩含芯率增加表现为先大幅减小而后逐步趋于稳定;（3）界面极限侧摩阻力与水泥土无侧限抗压强度存在近似线性关系,其值约为水泥土强度的0.064-0.259倍;（4）在芯桩侧表面积相同的情况下,方芯复合桩界面极限侧摩阻力约为圆芯复合桩的0.75倍;（5）界面极限相对位移受其他因素影响较小,基本在1.23-2.40mm之间。理论研究表明:（1）路堤段内填土荷载从外土柱向内土柱转移,“土拱效应”的形成促使桩体承受更大的荷载,改善了柔性基础下复合地基的工作性状;（2）复合桩中砼芯承担了大部分竖向荷载,水泥土桩承担竖向荷载的比例相对较小;（3）在地表下一定深度处存在中性面,中性面以上桩体将受到桩周土向下的负摩阻力,砼芯、水泥土桩和桩周土的竖向应力均在中性面处达到极值;（4）通过大量的计算分析和正交试验可知,路堤下砼芯水泥土桩复合地基中桩土应力比基本在10-25之间;砼芯水泥土桩荷载分担比在40%-80%之间,其中砼芯的荷载分担比在18%-62%之间,水泥土桩的荷载分担比在9%-36%之间;桩周土分担比在28%-53%之间;中性面深度约在地表下0.36-0.49倍桩长;（5）路堤高度、含芯率、长径比、置换率、垫层与下卧层土体性质等因素均会对复合地基的受力和变形产生影响,其中路堤高度、置换率对路堤沉降的影响相对较大,下卧层刚度对桩土应力比和中性面位置的影响较大。
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