碎石桩复合地基—坡脚钢筋混凝土桩协同工作原理与应用

作     者：蔡港旗 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周德泉

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：路基工程 软土地基 倾斜桩 数值模拟 模型试验 

摘      要：软土层上修建高速公路,较容易发生滑移、垮塌等安全事故,路基施工前必须对软土地基进行处理,提高软弱土地基承载力,增强地基的整体稳定性。本文选取云南麒-师高速公路多个软弱地基路段,采用理论推导、解析计算以及有限元计算等方法,综合分析了碎石桩复合地基破坏机制及路基滑移原因,研究了碎石桩复合地基-坡脚钢筋混凝土桩联合加固原理与设计方法,并结合室内模型试验得到的倾斜桩成果,优化了倾斜桩加固软基的相关设计参数。主要结论如下:(1)针对高速公路多个路段出现的滑移、坡脚水平推出以及侧面土层拱起等问题,建立复杂土层下路基模型,结合工程现场滑移情况发现:右侧坡脚下部含软塑状有机质土尖灭体加剧了路基右侧应变和沉降,仅靠碎石桩不能有效抵抗土体剪切位移,加固局部不均匀软基时应慎重考虑,采取碎石桩复合地基提高软土承载力时,应适当增加刚性桩布置,提高路基抗剪切能力,防止发生整体或局部剪切破坏。(2)通过理论分析解析求解和数值模拟分析,得到了竖直刚性桩变形和受力特性,坡脚侧移由碎石桩复合地基的1.212m减小至0.123m,稳定安全系数从0.96提高至1.44,坡脚增设刚性抗滑桩对路堤土体滑移破坏限制效果较为明显;桩身位移明显大于理论计算值,桩身弯矩值则偏小,桩体表现为随土体侧移的整体移动。(3)通过室内模型试验,分析了不同桩身倾角(0°、10°和20°)以及桩底嵌固(20°)条件下,被动受荷桩受力变形特性。分析了桩身水平位移、桩身弯矩及土压力分布规律,确定了 20°倾角为合适的桩身角度,其桩底水平位移值最小,桩体抗弯性能最佳。增强桩底部约束程度,能明显减小桩顶水平位移,有效地增强土体抗滑移破坏能力,提高土体整体稳定性。(4)在数值分析软件ABAQUS中建立三维软土地基+倾斜桩加固数值模型,研究了桩身角度为20°时,五种桩长以及2B、3B、4B(B=2.5m)三种桩间距下路堤边坡变形特征以及桩身位移和弯矩变化规律,桩身倾斜使桩身受荷段减少、桩身嵌固段增加,相对增加了抗滑桩嵌固效果,倾斜桩加固效果优于竖直桩。本工程项目软基处治,采用斜桩加固时,推荐采用桩长17.5m、桩间距2B的20°斜桩。