路堤荷载下筒桩复合地基结构设计研究

摘要

目前高速铁路广泛采用的新型无砟轨道对路基下地基的工后沉降提出了严格的要求。在深厚软弱土地基上修建高速铁路必须解决地基承载力不足、工后沉降以及差异沉降过大的问题。如何在保证沉降控制要求的前提下尽可能的减小经济成本，需要考虑筒桩复合地基不同结构型式的应用。本文就此开展了路堤荷载下筒桩复合地基结构设计的相关研究工作。
　　 通过对筒桩复合地基进行三维有限元模拟，研究分析了有无桩帽、桩帽尺寸、桩间距大小和土工格栅对复合地基沉降变形性状的影响规律，并在此基础上提出了相应的筒桩复合结构的设计思路和方法，并选取具体复合体结构进行了计算，得到以下结论：
　　 1)桩帽对筒桩性状的影响很大，筒桩上设置桩帽可以较好地发挥其减小地基沉降，调节不均匀沉降的作用，对于减小筒桩的上刺位移量上有较好作用。在实际工程应用上，建议筒桩上部设置桩帽；
　　 2)路堤下筒桩群桩复合地基的沉降在路堤中心线处最大，随距路堤中心线距离的增大而逐渐减小；在路堤荷载作用下，地基会产生侧向位移。桩间距的改变对加固区土体沉降的影响很大，对下卧层沉降及侧向位移的影响较小；加大桩间距会明显增大地基的总沉降及筒桩与桩间土之间的沉降差，实际工程应用中，桩间距不宜过大，建议选取S/D=3～3.5；
　　 3)土工格栅具有可以在整体上加强和改善复合地基性能的作用，能使沉降均匀化，对侧向形变的约束作用比较明显；采用土工格栅+桩帽的联合应用，能充分发挥桩帽与格栅各自的优势，在减小地基总沉降、调节不均匀沉降及控制地基侧向位移上取得比较理想的效果，是一种综合性能优异的筒桩复合结构型式：
　　 4)新型的分离式弹性接触筒桩复合结构，实现了桩帽与桩身结构上的分离，二者的弹性接触可以避免可能的冲切破坏；承受荷载时，将地基的沉降变形分为“分离”与“结合”两个连续的阶段，在“分离阶段”，桩帽会随地基浅层土体共同下沉，使地基下部土体被挤密压实，会使“结合阶段”的地基沉降减小、沉降不均匀的现象得到改善，是一种值得进一步深入研究的新型筒桩结构。