桩筏复合地基与桩筏复合结构工作特性对比研究

摘要

桩筏复合地基由于施工简便、控制沉降及不均匀沉降效果良好、造价适中，已被大量应用于高速铁路地基加固;桩筏复合结构由于结构刚度大、整体性强、承载力高、控制沉降效果良好，近年来也开始应用于深厚软土地区的高速铁路路基的地基加固。对于路基下刚性桩复合地基，已有很多学者开展了研究工作，但是其理论仍不成熟;而路基下桩筏复合结构的研究较少，更缺少两种结构形式的对比研究。
　　本文在分析桩筏复合地基与桩筏复合结构两种结构加固路基下深厚软土地基的应用与研究现状的基础上，采用理论分析、现场试验和数值模拟相结合的方法，对高速铁路路基下桩筏复合地基和桩筏复合结构的沉降计算、工作特性进行了对比研究，主要工作与成果如下:
　　(1)分析了桩筏复合地基的沉降计算理论、荷载传递、桩土荷载分担、褥垫层工作机理，总结了桩筏复合结构的工作机理、计算理论及国内外研究现状，指出尚需进一步研究的问题;
　　(2)在总结桩筏复合地基及桩筏复合结构受力特性、沉降计算方法的基础上，选择京沪高速铁路桩筏复合地基、杭甬铁路客运专线桩筏复合结构典型试验断面进行沉降计算;在对沉降计算值与现场实测值进行对比分析的基础上，讨论了各种计算理论的特点及其适用性;采用FORTRAN语言编制了基于Mindlin解求解群桩附加应力的计算程序。在采用Mindlin解计算群桩附加应力时，讨论了考虑桩径影响和不考虑桩径影响的差别。
　　(3)以杭甬铁路客运专线上虞北站试验段单点沉降计实测路基沉降为基础，总结了了深厚软土地区桩筏复合结构在路基段、路桥过渡段、路涵过渡段的沉降随时间、荷载的发展规律，统计分析了路基下桩筏复合结构的沉降控制效果，分析了筏板横向不均匀沉降分布规律，探讨了单点沉降计实测沉降随季节变化的回弹、再压缩规律及其原因，并对同（临近）断面上单点沉降计和沉降板实测沉降量进行了对比分析。
　　(4)利用ABAQUS有限元分析软件，采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，以京沪高速铁路沧州站试验断面为工程背景，分别建立了路堤有（无）碎石垫层的桩筏复合地基三维计算模型，分析其筏板沉降、桩顶沉降、桩顶反力、桩身轴力等分布特性，探讨了碎石垫层对桩筏复合地基的影响规律。
　　(5)建立了杭甬客运专线上虞北站试验断面的桩筏复合结构路基三维模型，分析了筏板沉降规律、荷载传递规律。