路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法研究

摘要

钉形搅拌桩复合地基的沉降计算方法是实际工程中关心的一个重要问题，工程上一般利用复合模量法计算钉形搅拌桩复合地基沉降，未考虑到群桩效应的影响，计算值常与实际值存在差异。本文在已有研究成果与实测资料的基础上，从桩侧负摩阻力研究入手，采用数值模拟的方法分析了钉形搅拌桩桩侧负摩阻力的分布规律，并研究了中性点位置变化规律；基于已有的钉形搅拌桩单桩的位移模式以及单桩中性点位置求解公式，分析了钉形搅拌桩复合地基“群桩效应”形成机理；在考虑“群桩效应”的条件下，提出将钉形搅拌桩复合地基加固区分两层进行沉降计算的双层复合地基法，并结合工程实例验证，得到了较为满意的结果。主要包括以下内容：
　　 (1)用FLAC3D对钉形搅拌桩单桩负摩阻力的各影响因素进行数值模拟；阐述了钉形搅拌桩复合地基“群桩效应”的形成机理：路堤填筑过程中，钉形搅拌桩复合地基不仅在路堤填土范围内存在土拱效应，而且在扩大头范围内也存在土拱效应；拱体的存在使得“群桩”复合地基桩土荷载分担比与单桩复合地基荷载分担比存在较大差异；同时拱体的存在使得拱体内部桩段上的负摩阻力大大减弱甚至消除，导致桩体的中性点上移，降低了“群桩”的总体负摩阻力。
　　 (2)利用Alagmir位移函数w,(z,r)=Sp (z)+f(z)，推导钉形搅拌桩的位移解析解以及中性点位置的求解经验公式；假设土体受力时对桩体作用的有效影响面积，基于极限平衡原理，建立了计算钉形搅拌桩负摩阻力作用下“群桩效应”系数的计算公式，并通过工程实例验证，确定了钉形搅拌桩复合地基扩大头深度范围存在“群桩效应”。
　　 (3)在钉形搅拌桩复合地基加固区的沉降计算时，引入双层复合地基模型，并对其进行了可行性分析；选取典型单元体，分析了沉降计算中各参数如桩体变形模量、扩大头和下部桩体范围复合模量、计算变形的分层厚度以及计算深度的计算方法。
　　 (4)对本文所提出的钉形搅拌桩沉降计算方法和规范中的沉降计算方法以及数值模拟结果和实测值进行了工程实例验证，结果表明本文所提出的双层复合地基法是合理可行的。
　　 (5)分析了钉形搅拌桩复合地基的设计原则、设计参数、设计流程以及设计步骤，对设计步骤中的桩体设计强度、布桩方式、加固范围、沉降计算、整体稳定性验算的计算方法以及相应计算公式作了较详细分析，同时基于理论与经验公式，深入分析了钉形搅拌桩设计中各设计参数的计算方法。