列车荷载下螺杆桩复合地基动力特性及承载性状试验研究

摘要

通过进行模拟列车荷载下铁路螺杆桩复合地基的室内模型试验,测试在列车多运作模式下桩-土系统的动应变、动土压力、累积位移特征;分析螺杆桩-土系统在列车荷载下的动力响应时频域特性,并进一步探讨在不同时速条件下的桩-土受力变形程度的相关性。基于线性拟合方法建立桩土动应力比与列车运行时速的经验关系。结合桩-土荷载分担关系、桩体动轴力及桩侧动摩阻力的综合考虑,揭示列车动荷载下螺杆桩-土的相互作用关系及荷载传递机制。结果表明:(1)在列车动载作用下,螺杆桩螺纹段变形程度大于直杆段,尤其在变截面处易产生变形破坏。(2)在普速、快速、高速行驶条件下优势频率分别集中在2~6,8~11,14~16 Hz,随着列车时速的增大,主导频率趋近于列车自振频率,频带宽度减小。(3)螺杆桩复合地基的动力特性与列车运行时速存在高度相关性。(4)螺杆桩复合地基加固作用下,铁路地基临界速度在280 km/h左右,相对普通桩加固地基提高了29.62%。(5)列车运行时速越快,在桩土复合地基中土体承载发挥作用变大,而桩体承载发挥作用减小,造成桩土协同作用性能降低。研究成果对铁路螺杆桩复合地基的设计优化及列车运营时速的规划具有一定参考意义。