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振动沉模大直径现浇混凝土管桩(下文简称PCC桩)是由河海大学岩土工程研究所刘汉龙教授等人自主开发研制的新型桩基技术,该技术在东部沿海地区已得到广泛应用,取得了良好的软基加固效果。目前对PCC桩复合地基路堤中竖向土拱效应的研究还很少涉及,土拱效应对PCC桩复合地基的荷载传递和沉降变形性状有重要影响,土拱效应发挥不足,桩间土承担的荷载过大,路堤顶面容易出现过大的差异沉降,影响使用,反之则达不到PCC桩复合地基应有的经济效果。
本文在总结前人的研究基础上,通过理论分析、现场试验数据分析和数值模拟,对PCC桩复合地基路堤中竖向土拱效应进行了研究,并考虑在不同地质条件下,即桩间软土模量变化时,对PCC桩复合地基的褥垫层厚度与模量、填土高度、桩间距等参数进行了优化研究,论文完成的主要工作有:
(1)以PCC桩-桩间土-路堤填土为研究对象,并考虑路堤填土粘聚力c的作用,采用Marston的管道土压力理论,对PCC桩复合地基路堤中的竖向土拱效应进行了分析,得到了桩土应力比n、土拱效应系数S<,3D>的表达式。
(2)通过对盐通高速公路PCC桩复合地基现场试验数据的分析,验证了路堤中土拱效应的存在及土拱效应在各阶段的发挥过程,并分析了路堤中竖向土拱效应的影响因素。
(3)利用ABAQUS有限元程序,并结合盐通高速公路PCC桩复合地基现场试验,建立了有限元分析模型,对PCC桩复合地基路堤中竖向土拱效应进行了数值模拟,重点分析了褥垫层模量与厚度、填土模量与填土高度、桩体模量、桩问土模量、桩间距等对土拱效应系数、桩土应力比、桩土差异沉降的影响。
(4)考虑在不同地质条件下(即桩间软土模量变化时),对PCC桩的褥垫层模量与厚度、填土高度、桩间距等设计参数进行了优化,提出了合理的取值范围,对工程实践有一定的指导作用。