土工格室+筋箍碎石桩复合地基承载特性及变形研究

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在碎石桩周围包裹土工格栅等筋材形成筋箍套筒,可充分发挥筋材的抗拉强度等性能,使碎石桩的整体性得到显著提高,由此发展为筋箍碎石桩复合地基这一新的地基处理形式。相较传统碎石桩复合地基,这一新型复合地基在处理软弱天然地基、提升其承载变形性能方面的作用更为突出。近年来,双向增强复合地基这一地基处理技术在各类工程实践中得到了广泛应用,其可同时发挥水平加筋体与竖向增强体的作用,从而显著改善原有地基的承载变形性能,但目前对于这一地基形式的承载变形机理等内容仍有待深入研究,使这一技术更好的服务工程实践。基于此,本文从理论计算和数值实验两个角度深入分析了土工格室+筋箍碎石桩双向增强复合地基的承载特性及变形机理,提出了其桩土应力比及沉降等重要工程参数的计算方法,以期为其更好的应用于实际工程提供有价值的参考。
  首先,本文基于前人研究成果,对碎石桩复合地基、筋箍碎石桩复合地基及双向增强复合地基的研究发展与应用进行全面的梳理,对比分析了两种类型的复合地基在作用机理、破坏模式等内容上的异同点,从而为后文重点分析筋箍碎石桩的鼓胀变形等内容奠定基础。
  其次,本文重点分析了路堤土拱效应。采用改进的土柱模型,由土柱界面的摩阻力分布函数入手,经过理论推导,最终得出路堤底部桩与土体的荷载分担比与二者沉降差值的函数关系。而后,将路堤底部的土工格室垫层视为变形较小、厚度较薄的圆板,考虑垫层上下与其他材料接触处的摩阻效应,得到桩顶上部和桩间土上部垫层的变形控制方程,建立了“路堤填土–加筋垫层–筋箍碎石桩桩土加固区”整体受力变形模型,通过编程迭代方法进行了求解。
  然后,研究了筋箍碎石桩桩身向外侧的鼓胀特性。考虑到筋箍碎石桩所受到的侧向约束力随深度变化,使得筋箍碎石桩从上到下发生不均匀的侧向鼓胀,通过假定筋箍碎石桩横截面的位移模式,结合弹性理论中的胡克定律,分析了桩体的受力变形模式,导出其鼓胀变形的控制方程并得出相应解答,获得了筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与总体沉降的计算方法。
  最后,结合上述研究,分析路堤-土工格室-筋箍碎石桩加固区的整体变形协调统一,从而得出路堤荷载下土工格室+筋箍碎石桩双向增强复合地基在路堤底部及筋箍碎石桩顶部位置的桩土应力比以及复合地基整体沉降的计算方法。通过数值方法建立相应的模型与理论结果进行相互验证,结果表明本文方法可行,在此基础上对重要参数的影响进行了深入分析。
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