高填路堤荷载作用下PHC管桩复合地基工作性状数值模拟

摘要

预应力 PHC管桩，以其工厂化生产特征决定的桩体质量高和施工工期短等优点，被大量应用在各类工程的软土地基加固中。基于复合地基区别于其他建筑荷载作用下地基的特点，本文以广佛肇高速公路为工程依托，应用有限差分法对高填路堤下 PHC管桩加固地基的工作性状进行了计算分析，并完成了典型研究对象K124+440附近预应力管桩设计参数影响分析工作。本文主要研究内容与结论如下：
　　（1）在分析了以往研究中垫层和路堤填土之间网格密度不一致时采用接触面传递荷载方式不合理性的基础上，采用 ANSYS在垫层中设置过渡网格确保模型网格连续；结合FLAC3D建模方法，采用先地应力平衡再建立接触面的方法，解决了山区陡坡路段采用管桩加固路基时接触面影响初始地应力场的求解和平衡的问题。
　　（2）基于K124+410~K124+800段平板载荷试验，绘制了单桩p-s曲线，结果表明复合地基的承载力满足设计要求；并以此为基础建立了 PHC单桩复合地基模型，通过反复试算获取了合适的桩-土接触面参数，为接触面参数选取提供依据。
　　（3）揭示了高填路堤荷载作用下 PHC管桩加固的斜坡软土路基的变形分布、PHC管桩受力变形和桩土荷载分担特性等随路堤填筑的规律。论文结果表明：由于地基土层倾斜和填土荷载为梯形，管桩的水平向变形和弯矩应予以考虑；路基顶面沉降分布呈现中间大两边小的抛物线形特点，桩间距2.6m的8排桩并不能完全“兜住”路堤荷载，路基顶面沉降最大位置位于管桩加固区外1m处。
　　（4）重点研究了路基变形分布、PHC管桩受力和桩土荷载分担特性等随格栅模量、桩体模量、桩长、桩间距和桩帽尺寸等设计参数的变化关系。论文结果表明：填土高度远大于完整土拱高度时，土工格栅对路基沉降和坡脚处深层水平位移的影响可以忽略；PHC管桩桩身模量减少90％，路基沉降最大增量为15.4%；管桩所受弯矩比所受轴力对桩体模量的变化更敏感；穿过软土层后桩长对路基顶面沉降和路堤坡脚处深层水平位移的影响不大；桩帽尺寸存在一个最优值，小于该值时路堤的整体沉降随桩帽增大而减小，大于该值时变形变化不明显，对于本文工况，桩帽尺寸最优值为1.2m；管桩所受轴力和弯矩随桩帽面积的增加而不断增大，且桩顶增幅最大。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 路堤下刚性桩复合地基概述

1.3 路堤下管桩复合地基研究现状

1.4 本文研究的主要内容及技术路线

2 基于有限差分法管桩复合地基数值模拟方法

2.1 FLAC3D基本原理

2.2 路堤填土与垫层之间传力分析

2.3 复杂模型接触面初始应力场求解和平衡方法

2.4 本章小结

3 PHC单桩复合地基平板载荷试验及其数值模拟

3.1 复合地基平板载荷现场试验

3.2 基于FLAC3D的单桩复合地基平板载荷试验数值模拟

3.3 本章小结

4 高填路堤荷载作用下管桩复合地基承载特性研究

4.1 工程概况与设计说明

4.2 高填路堤荷载作用下PHC管桩复合地基数值模拟

4.3 高填路堤荷载作用下管桩复合地基工作性状分析

4.4 本章小结

5 PHC管桩复合地基参数分析

5.1 PHC管桩加固效果

5.2 土工格栅模量影响

5.3 桩体模量影响

5.4 桩长的影响

5.5 桩间距影响

5.6 桩帽尺寸影响

5.7 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献