路堤荷載下剛性樁復合地基的荷載傳遞性狀與變形規(guī)律研究

1、！二一自：鹽一一目：監(jiān)東南大學碩士學位論文路堤荷載下剛性樁復合地基的荷載傳遞性狀與變形規(guī)律研究研究牛姓名：吉國元導師姓名：割撻玉煎授巾請學位級別二生薹±一學科專業(yè)名稱主±二墨一皓丈提蹙日期墊盟生且塑且淪女菩辯月斯鯉魚生呈且！且學位授予單位直堂學位授干捌上已且且菩辯委員會土席割生業(yè)藍汗矧人蘭韭業(yè)藍授湛握疊越授摘要摘要以樁、管樁為代表的剛性樁在國內(nèi)高速公路軟土地基處理中正得到越來越廣泛的應用，對其承載機理以及變形規(guī)律的研究也在逐漸深入的展開，且己取得眾多有益的研究成果，本文在綜合前人已有成果的基礎上，采用現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬以及理論分析的手段繼續(xù)對該類型樁體復合地基在路堤荷載下的

2、性狀進行了深入細致的分析，所做的主要工作可歸納為以下幾個方面：（）回顧了剛性樁復合地基在國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀，對非排土施工工藝下剛性樁的擠土效應問題進行了系統(tǒng)歸納，總結了該類型樁體復合地基在路堤荷載下的承載及變形計算的相關研究成果，指出了尚需進一步解決的問題及深化研究的方向。（）通過現(xiàn)場沉樁試驗的分析，研究了非排土施工工藝下剛性樁單樁及群樁施工對樁周土的擾動影響，現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明群樁的擠土效應是各單樁施工的綜合影響的結果。成樁后不同休止期的樁周土靜力觸探試驗的結果表明，樁周土強度瞬間降低很多，但隨著時間的增長逐漸恢復，群樁的擾動影響遠甚于單樁。對填土卸載前后的樁周土強度分析后認為，經(jīng)過填土加載后，樁周

3、土強度提高，土體的各項物理力學指標均得到顯著改善。（）采用平面有限元的分析手段，深入研究了路堤荷載下剛性樁復合地基的承載機理，重點探討了土拱效應、拉膜效應以及樁體應力集中比等量值的影響因素，分析了樁帽在剛性樁復合地基體系中作用。同時借助帶帽單樁等效處理范圍內(nèi)的計算模型，提出了一樁士應力比計算公式，通過算例和參數(shù)分析以及與有限元計算結果的對比，認為該公式是具有一定合理性的。（）采用平面有限元的分析手段，繼續(xù)對路堤荷載下剛性樁復合地基的沉降規(guī)律進行了較為系統(tǒng)的探討，重點研究了各組成材料的模量及樁長、樁間距、樁帽等因素變化時，復合地基沉降的響應情況，并著重探討了有無樁帽對沉降的影響，結果表明下臥層模

4、量較低的情況下改變樁帽或調節(jié)樁間距對總沉降影響不大，此時應主要通過改變樁長來實現(xiàn)對工后沉降的控制，下臥層模量大時則無論調節(jié)樁帽尺寸或樁間距還是樁長都會對總沉降產(chǎn)生明顯影響，只是在樁長增大到一定程度后影響就不在顯著。（）對剛性樁復合地基沉降計算方法進行了初步的探討，重點研究了已有復合模量法、樁間土應力兩種計算方法在該類型復合地基中的適應性問題，通過與現(xiàn)場實測以及數(shù)值模擬結果對比后認為，兩種方法均具有一定的適應性，但對樁，后一種計算方法更接近實際結果。（）對連鹽高速公路樁和管樁兩個剛性樁試驗段現(xiàn)場觀測成果進行了分析，進而對兩個試驗段剛性樁復合地基的加固效果進行了評價以及對比分析，結果認為由于眾多原

5、因使得管樁的加固效果要優(yōu)于樁。（）剛性樁復合地基承載力可由面積比法或應力比法計算，通過對樁試驗段的單樁復合地基靜載試驗結果與使用以上方法計算的面積比法結果對比，發(fā)現(xiàn)該法是有一定精度的；另外通過面積比法的計算結果或復合地基靜載試驗成果可從應力比法計算公式中反算極限填土高度或極限樁土應力比，供初步設計參考。關鍵詞：剛性樁；施工擾動；樁帽；路堤；承載機理；沉降分析；有限元；現(xiàn)場試驗亂印，砒，糟：），（），協(xié)，；（），（），詛，峨刪，（），（），璋鵠，齟，：；剛；（；丘坤乜東南大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標

6、注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：日期：東南大學學位論文使用授權的說明東南大學、中國科學技術信息研究所、國家圖書館有權保留本人所送交學位論文的復印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權東南大學研究生院辦理。研究生簽名：導師簽磊絲練第一章緒論

7、第一章緒論研究的背景與意義公路是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎，進入世紀以來，我國公路建設又迎來了良好的發(fā)展機遇，到年底全國公路通車總里程就達萬公里，其中高速公路近萬公路，預計以后這個數(shù)字還會持續(xù)增加。然而，從己建成高速公路的應用情況來看，不少問題也已經(jīng)暴露出來，“橋頭跳車”現(xiàn)象就是其中突出問題之一。所謂“橋頭跳車”實際是由橋臺和臨近路堤因為結構不同而產(chǎn)生的不均勻沉降所致，車輛在通過此處時會產(chǎn)生明顯顛簸現(xiàn)象，嚴重影響了行車的安全及舒適，尤其對線形要求高、設計時速大的高速公路而言更是如此。通常對軟弱地基的處理多采用真空預壓、超載預壓或碎石樁、水泥攪拌樁等柔性樁復合地基處理，對路橋連接處設置一過渡段，以此

8、來滿足高速公路線形標準，但以上軟土處理方法均有明顯的局限性：真空或超載預壓法需要一較長工期，制約了施工進度，影響了工程的經(jīng)濟效益，而水泥攪拌樁等柔性樁復合地基雖然造價較低，但加固深度有限，且樁體本身存在一有效樁長的問題，樁長增加到一定程度后加固效果不明顯。規(guī)范規(guī)定，軟土地基中高速公路橋頭段工后沉降不大于，結構物段工后沉降不大于，而一般路段的工后沉降則不大于，可見規(guī)范對橋頭段工后沉降的控制非常嚴格，在軟土地基深厚且橋頭段填土較高的情況下，采用柔性樁等常規(guī)軟土處理方法可能難以滿足沉降要求，這時可以考慮采用樁等低強度混凝土樁或管樁加固軟土地基。北歐的一些國家通常在橋頭相當長的一段路段采用樁承路堤方法

9、處理，保證橋與路的連續(xù)平穩(wěn)過渡。近來國內(nèi)已有采用諸如樁、素混凝土樁、管樁等剛性樁復合地基來處理“橋頭跳車”問題的報道叫，從最終加固效果看，采用剛性樁還是取得了很好的加固效果，主要原因就在于剛性樁的承載力較柔性樁大，通過加筋墊層或其他如樁帽等附加結構的設置可將路堤荷載更為有效地傳遞到下臥層強度更大的土層中，工后沉降量及差異沉降量小，穩(wěn)定速度快，加固深度不受施工機械以及有效長度概念制約，樁身能全長發(fā)揮作用，和其他地基處理方法比較起來施工工期更短，造價也相對比較適中的突出優(yōu)點，同時在路橋連接處采用變樁長的方式設置過渡段，保證了路橋連接的連續(xù)性，因此更能有效解決“橋頭跳車”問題。目前復合地基承載力以及

10、沉降計算理論多是基于剛性基礎建立的，沒有考慮基礎剛度的影響，而理論分析和和工程實踐均表明基礎剛度大小對復合地基性狀有很大影響。在房屋建筑中無論是條形基礎還是筏板基礎，本身均具有較大的剛度，這種基礎下復合地基的沉降較為一致，而在路堤和堤壩中，樁體復合地基能刺入路堤中，樁土沉降是不一致的，在長期的實踐中人們發(fā)現(xiàn)，在建筑工程中逐步積累起來的復合地基沉降及承載力計算用于路堤等柔性荷載下的復合地基，計算值與實測值往往有很大差異。水泥土樁、碎石樁等柔性樁在國外內(nèi)應用較早，僅江蘇省已建和在建高速公路使用水泥土樁統(tǒng)計就超過了億延米”，針對這類樁體復合地基在高速公路中的應用，不少學者已經(jīng)做了大量細致的研究工作，

11、提出了一系列承載力或沉降計算方法，其具體設計方法已有公路路基設計規(guī)范及公路軟土地基路堤設計與施工規(guī)范做參考。而以樁、管樁等為代表的剛性樁復合地基由于國內(nèi)應用較晚，對其在高速公路軟土地基上的有效應用尚處于摸索階段，承載力以及沉降計算方法還在進一步的研究之中。國外由于這種路堤樁應用較早，如芬蘭和瑞典就廣泛采用路堤樁來增加路堤的承載能力和減小路堤沉降量，因此對其承載機理的研究已經(jīng)較為成熟，國外不少學者都對此進行過試驗或解析方面的研究，出現(xiàn)了不少研究成果，對其設計方法已經(jīng)編入相關國家的基礎設計規(guī)范中，如英國設計標準”等，然而近來部分學者的研究成果【認為現(xiàn)存的路堤樁設計方法仍然是有其局限性的，如假設填土

12、荷載全部由樁帽承擔，忽略樁聞土的抗力作用等，因此在吸收國外已有研究成果的同時有必要進一步對剛性樁的合理應用加以深入研究，提出適合高速公路路堤柔性荷載下的樁等剛性樁加固軟土地基的施工及設計方法。正是出于上述考慮，課題組在連鹽高速公路連云港段選擇部分高填土橋頭段作為剛性樁試驗段，采用樁、預應力混凝土薄壁管樁處理橋頭段深厚軟土地基。以期通過現(xiàn)場試驗監(jiān)測、數(shù)值模擬和理論分析，深入研究預應力管樁、樁在高速公路工程中的應用問題，提出一套適合高速壅墮查堂墅主堂垡絲皇公路工程建設特點的理論及實用方法。對路堤柔性基礎下剛性樁復合地基的承載力、沉降、破壞模式、樁土應力比、孔隙水壓力、樁側摩阻力和墊層效應等工作性狀

13、展開深入全面的研究，并考慮不同樁土相對剛度、置換率、樁長、墊層剛度及厚度等因素的影響，提出柔性基礎下復合地基承載力和沉降計算方法，以便類似工程的推廣應用。當前預應力管樁、樁等剛性樁在江蘇還處于探索應用階段，在連云港高速公路建設中尚處于空白，因此本課題的研究不僅具有理論價值，同時還有著廣闊的工程應用前景，將為江蘇省特別是連云港地區(qū)高含水量深厚海相軟土區(qū)高速公路建設提供可靠的科學依據(jù)和工程實踐指導。剛性樁復合地基研究現(xiàn)狀樁、預制混凝土樁等剛性樁處理軟土地基的加固研究目前正全面展開，其中對打入式預制樁擠土效應的研究開展的最為深入，理論及試驗成果非常豐富，但對沉管振動法施工的樁的擠土效應則見諸報道的較

14、少，雖然兩者在非排土施工工藝下對樁周土的擾動具有很大的可比性，但畢竟這種施工方法形成的樁屬于就地成樁工藝，和打入式預制樁還是有一定的差別，尤其表現(xiàn)在后期復合地基承載力以及成樁質量上。近年來對路堤荷載下剛性樁復合地基研究的其他集中點則體現(xiàn)在剛性樁復合地基的承載機理、承載力計算以及沉降計算方面，不少學者做了相關的研究，得出了許多有益的研究成果。沉樁過程的擠土效應軟土地基中采用非排土施工工藝打入樁體時會對樁周軟土產(chǎn)生很大的擾動，致使飽和軟粘土結構破壞，強度喪失，地表隆起與地基側移，同時在飽和軟粘土中產(chǎn)生很大的超靜孔隙水壓力，經(jīng)擾動后的軟粘土強度此后隨超靜孔隙水壓力的消散以及結構性恢復而緩慢恢復。（）

15、沉樁引起的超靜孔隙水壓力國外對沉樁在樁周軟土的產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力研究較早，開展得工作也較多。與”，：”，和”，等人均有相關的研究成果，測試及研究結果表明沉樁引起的超靜孔隙水壓力值較大，最大值甚至超過有效上覆應力，超靜孔隙水壓力值隨距樁距離的增加而降低，的研究還認為預制樁沉樁后產(chǎn)生的孔壓與土體靈敏度有關，靈敏度高孔壓值也較大。國內(nèi)在此方面也有諸多研究研究成果，不少學者開展了相關試驗及理論研究，如劉熙峰、唐世棟口。、“、謝世波等，研究成果可匯總概括為：超孔隙水壓力隨離樁的距離的增加而降低；超孔隙水壓力在淺部最小，隨深度的增加，超孔隙水壓力隨之增大；超孔隙水壓力的消散速度在靠近地表最快，向下逐漸減

16、緩，靠近樁尖處速度有所加快；最大超靜孔隙水壓力一般超過有效應力：單樁施工對樁周土的影響存在一臨界范圍：群樁施工引起的超靜孔隙水壓力是各單樁施工綜合累加及消散的結果。另外姚笑青嗍、王偉【】、徐永?！薄窟€從解析角度研究了沉樁擠土效應，給出了超靜孔壓的理論計算公式。（）沉樁引起的土體位移非排土施工工藝沉樁將擠出與樁同體積的土體，因此將在樁周土中引起的側向位移、地表隆起現(xiàn)象，不少學者對此進行了關注，并通過試驗手段對土體位移規(guī)律開展了相關研究。和認為壓樁時靈敏度高的土體隆起量比靈敏度低的土體小，在一般粘性土中樁周土體隆起量與樁在土體內(nèi)總體積之比為，和、和”】等人通過現(xiàn)場沉樁試驗均觀測到了土體發(fā)生位移的現(xiàn)

17、象，并得出了諸如位移影響范圍，隆起程度等定性規(guī)律，如移隨距樁越遠，水平位移越小，地表隆起量發(fā)生在數(shù)倍樁徑范圍之內(nèi)等。（）沉樁對樁周土強度的影響沉樁能在樁周軟土中產(chǎn)生很大的超靜孔壓，樁周土體還會出現(xiàn)側移、隆起等現(xiàn)象，因此單純從現(xiàn)場上看，就可以認為排排土施工工藝打入的樁體將對樁周土強度產(chǎn)生很大影響?！緣P等人研究了閉口樁打入有機粉質粘土中的情況，結果表明樁周土強度隨時間增長，其對樁身附近土樣試驗結果如下表所示，可以明顯看出土體強度的增長。第一章緒論表土樣試驗結果（，）打樁后間隙期天不排水強含水量，峰值重塑峰值重塑，峰值重塑的觀測結果表明在樁周一定范圍內(nèi)，沉樁時土體的不排水抗剪強度驟然減小，在超靜孔隙

18、水壓力完全消散之后得到極大的恢復。馴研究則表明在樁周一定范圍之外（倍樁徑）地基土強度及含水量不受影響，當群樁中樁間距小于四倍樁徑時，樁周土體恢復很慢，甚至還會隨時間增長而下降。（）沉樁對樁體強度的影響樁體承載力的發(fā)揮取決于樁體自身強度，對混凝土等剛性樁則與樁周土提供的側摩阻力以及端阻力有關，由于沉樁過程將在樁周土中產(chǎn)生很大的擠壓應力，這一應力作為廣義應力又作用在樁周土體中，因此不可避免會對樁周土強度產(chǎn)生影響，進而導致了樁體強度有隨樁周土強度而恢復的逐漸增長的現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象的研究，國內(nèi)外也出現(xiàn)了諸多定性定量的研究成果，此外對象樁等采用就地成樁工藝形成的剛性樁還存在樁身材料本身的隨時間膠結硬化的

19、問題，研究表明樁由于粉煤灰的活性后期發(fā)揮較快，它的承載力在后期增長較快”。等人在實際工程中發(fā)現(xiàn)，樁打入粘性土后，樁體的承載力會隨時間增加（圖），分析原因主要在于沉樁引起的超靜孔隙水壓力的消散導致樁周土含水量改變所致，和州也作出了這樣的分析。廣，一一口佃哪冊唧沉樁后間隙期（小時）圖樁體承載力隨時間的增長曲線（等，）國內(nèi)對單樁承載力的時效問題也有諸多研究成果，姚笑青?！苯o出了上海某工程單樁承載力與超靜孔隙水壓力消散之間的關系（圖），可以看出兩者有極大的關聯(lián)性，于是認為超孔隙水壓力的消散是樁承載力增長的主要因素。芒靜越霹出贏船壬州查墮查竺嬰主蘭堡堡苧：圖超靜孔壓消散及樁基承載力隨時間的發(fā)展（姚笑青，

20、）考慮時間效應的單樁承載力問題還有其他的一些探討，多為同一土質下根據(jù)大量試樁資料統(tǒng)計分析得出的結果，如高層建筑分析與設計”和樁基工程手冊。分別提出如下公式：見，（）（包，一，）包，包（口，）式中，為時刻的單樁承載力；，為單樁極限承載力；，為單樁初始承載力：口為極限承載力提高系數(shù)，對上海軟土?。簯?#215;），為與樁徑、樁長及土質有關的經(jīng)驗系數(shù)。此外，胡中雄【柏，王偉也有單樁承載力時效方面的研究，前者集中于上海地區(qū)資料的統(tǒng)計，后者則基于理論分析。沉樁對樁周土的影響的分析國內(nèi)外成果還有很多，這里不再列出，總結這些既有研究，主要集中在以下幾方面：（）利用圓柱孔擴張理論研究沉樁過程的擠土效應，即沉樁

21、過程中樁周土體應力分布情況、超孔隙水壓力及打樁應力，在具體研究當中，多數(shù)是注意到了圓柱孔擴張理不能考慮深度方向亦已證明存在超孔壓線性增加的事實，從而對其進行必要的修正，以期使其更加復合現(xiàn)場試驗成果。（）利用現(xiàn)場試驗成果對單樁及群樁施工時超孔壓的發(fā)生發(fā)展消散過程進行全過程跟蹤，分析其在水平及深度方向變化規(guī)律，研究單樁及群樁施工時這種規(guī)律的差異性，還對可能影響超孔壓的其他因素如樁長、樁徑等進行平行試驗作對比，進而為合理施打方式及樁間距的確定提供依據(jù)，此外就是對沉樁引起的土體位移的監(jiān)測分析。（）對沉樁過程進行全過程的數(shù)值模擬”，由于打樁過程是個復雜程序，牽涉到很多影響因素，因此要真正用有限元手段在現(xiàn)

22、實際打樁過程也非常困難，通常要加以許多簡化。但它也可以得出一些定性的結論。剛性樁復合地基承載機理及承載力計算方法（）剮性樁復合地基承載機理采用剛性樁處理高速公路軟土地基，通常采用如下兩種結構型式（圖及圖），這一結構型式由路堤加筋墊層剛性樁（帶帽或不帶帽）組成，剛性樁一般為樁、低強度混凝土樁或管樁，根據(jù)路堤荷載大小及剛性樁強度需要決定設置樁帽與否。目前這一結構型式已在不少工程中得到應用，國外的有倫敦機場的鐵路連接線加寬工程，芬蘭和瑞典也廣泛采用這一結構型式。近年來國內(nèi)也有諸多高速公路采用剛性樁加固軟土的報道，如滬寧高速公路的拓寬（預制管樁）、廣東新臺高速公路（樁），杭甬高速公路（預制管樁）等。霹

23、加筋墊層圖無樁帽剛性樁復合地基體系圖，帶樁帽剛性樁復合地基體系目前對這一體系承載機理的研究已經(jīng)出現(xiàn)了眾多的研究成果，一般認為可路堤荷載是通過土拱效應、土工合成材料的張拉膜效應以及加筋墊層的似剛性墊層的架越作用在樁、土之間進行分配的。土拱效應首先由】于年通過著名的“活塞門“試驗發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)立了土拱理論，路第一章緒論堤填料下的土拱效應可以這樣解釋：在路堤荷載作用下，由于樁土間剛度差異的存在，兩者將產(chǎn)生一定的差異沉降，樁間軟土頂面的路堤土柱將產(chǎn)生相對于剛性樁或樁帽頂部路堤土柱的更大的豎向變形，隨著這種差異沉降的發(fā)展，樁帽頂部一定范圍內(nèi)的路堤填土中逐漸產(chǎn)生越來越大的剪切應力，致使樁頂以上一定范圍內(nèi)路堤填

24、料產(chǎn)生應力重分布，大主應力更偏向樁體，于是在填土內(nèi)部形成一穩(wěn)定的壓力拱，一部分樁間土路堤的荷載通過土拱傳遞到樁帽上，這就是所謂路堤拱效應。對土拱效應的研究已經(jīng)在試驗、理論以及數(shù)值模擬方面取得了諸多成果，模型試驗方面有：的“活塞門“試驗，所做的樁梁上砂填料的平面土拱效應，“在正方形布置的四根樁頂部所做的砂填料的空間土拱效應等；理論方面則多嘗試考慮土拱效應的樁體荷載分配計算方法，這方面的研究有：對樁間土頂部路堤土條的的平面分析形成的理論、”的二維士拱理論、的空間土拱理論以及英國國家規(guī)范給出的考慮土拱效應的計算方法【”以及賈寧的改進法，這些理論研究成果均考慮到了路堤填料性質、樁帽以及樁間距等參數(shù)，但

25、忽略了樁間軟土和樁體模量的影響以及加筋材料的使用可能帶來的土拱效應的削弱，設計中均假定路堤荷載已通過土拱效應以及加筋墊層傳遞大了樁帽上，因此應用上還是有一定局限性的。針對這些問題，不少學者在數(shù)值模擬方面進行了相關分析，如采用快速軸對稱拉格郎日方法對單樁模型進行了分析，對樁體模量和土工合成材料張拉剛度對土拱效應的影響進行了分析，賈寧（針對計算中未能考慮樁帽的作用以及軟土固結這一的因素不足，沿用單樁軸對稱計算模型考慮了樁體打穿及未打穿軟土層情況下地基土固結及樁托板對路堤樁體系承載和變形特性的影響，”認為樁承式路堤是一個真三維問題，采用軸對稱分析并不能準確反映土拱特性，因此他采用了三維有限單元方法模

26、擬了單根樁及其等效處理范圍內(nèi)路堤樁的特性，在兩種路堤情況下比較了一次加載及瞬時加載時各種設計方法計算的應力減小比的差異。指出現(xiàn)存的設計計算方法均高估或低估了實際應力減小比的值。徐峰建立的樁承式路堤計算模型同樣存在不能考慮格柵及地基軟土固結的問題：此外對剛性樁復合地基頂部的土工合成材料拉膜效應也有學者做了定性定量研究，如州提出了具體的設計計算方法，饒為國以及賈寧【帕】也提出了相關的計算公式，他們的研究是基于”的思路，假定加筋材料在兩樁間的形狀為拋物線，據(jù)此進行計算分析。（）剛性樁復合地基承載力計算方法復合地基承載力計算主要有兩種方法：其一為先分別確定樁及樁間土承載力，然后按某一原則將這兩部分加以

27、疊加，另一種則是把樁及樁間土當作一復合土體按整體計算復合地基承載力，如通過復合地基抗滑穩(wěn)定確定復合地基承載力等。第一種方法的復合地基承載力設計一般有兩類：其一為樁與樁間土強度按某一組合進行疊加，其二則為樁間土強度乘以某一放大系數(shù)，也可以分為面積比法和應力比法兩類。按第二種方法中的穩(wěn)定分析法中土體強度指標的選取也有兩種：其一為分別選取樁體強度及樁間土強度，其二為統(tǒng)一選用復合土體強度指標。面積比法可用如下公式統(tǒng)一表示（：，蜀：（一所）礦式中。為單樁極限承載力；，為天然地基極限承載力；為復合地基破壞時，樁體發(fā)揮其極限強度的比例，若樁先破壞，則值為，否，于；為復合地基破壞時樁間土發(fā)揮其強度的比例，若樁

28、間土先破壞則其值為，否，于；反映復合地基中樁體實際極限承載力與單樁極限承載力不同的修正系數(shù)；反映復合地基中樁間土實際極限承載力與天然地基極限承載力不同的修正系數(shù)，視工程情況而定：復合地基面積置換率；上式中的系數(shù)反映了復合地基中單樁承載力與單樁靜載試驗所得極限承載力的差異，一般而言，此值大于，主要原因在于樁間土的應力的增加以及相鄰樁體的荷載使得樁體的側限應力增大導致了樁體的極限承載力提高，相對而言的影響因素更多，如施工擾動、土體性質以及樁體材料與樁周土體的相互作用等等，其值可能大于也可能小于。東南大學碩士學位論文規(guī)范【”給出得樁復合地基承載力標準值采用如下公式計算：，”（），（圪，【白一）】吼，

29、。式中六為樁間土承載力標準值（好）；為樁間土強度發(fā)揮系數(shù)，一般在之間；單樁承載力標準值（）；單樁截面面積（）；研為面積置換率；為樁土應力比關于單樁承載力的取值，一般根據(jù)現(xiàn)場單樁靜載試驗計算，在無試樁資料的情況下，初步設計階段可采用靜力觸探試驗來估算承載力，對于靜力觸探試驗來估算承載力的問題，國內(nèi)已經(jīng)有了相關規(guī)范可以計算，如建筑樁基技術規(guī)范以及其他一些經(jīng)驗計算方法口等，另外柔性基礎下由于樁土剛度的差異，樁將產(chǎn)生上刺入，從而在樁上部一定范圍內(nèi)產(chǎn)生負摩阻力，因此單樁承載力并不能完全發(fā)揮作用，計算中應考慮這種影響。影響樁間土承載力標準值的因素主要在于成樁的施工工藝上，一般剛性樁成樁有排土和非排土兩種，

30、對于前者成樁過程對土的擾動較小，樁間土承載力與天然地基承載力相比變化不大，但對非排土成樁工藝，由于成樁過程中的擠土效應顯著，因此對樁間±特別是軟粘土的強度有顯著影響，其承載力值已經(jīng)不同于原狀土，樁間軟±的承載力一般隨著超靜孔隙水壓力的消散以及結構性的恢復而隨時間緩慢恢復，單樁承載力也隨時間的發(fā)展而緩慢增長。剮性樁復合地基變形性狀復合地基的沉降一般認為由兩部分組成，即加固區(qū)沉降和下臥層沉降兩部分。由于加固區(qū)由樁土共同組成，因此兩部分的具體計算方法也不一樣，加固區(qū)沉降計算主要有復合模量法、應力修正法、樁身壓縮模量法，下臥層則主要采用分層總和法進行計算，它的沉降計算關鍵點在于其頂

31、面的附加應力如何計算問題。（）加固區(qū)沉降計算復合模量法該法主要特點在于將加固區(qū)豎向增強體與土體視為一復合土體，采用復合模量來評價復合土體的壓縮性，用分層總和法計算加固區(qū)沉降量，復合模量可采用如下兩公式計算：等印聊易（一皿。式中：為復合地基的復合模量，；為天然地基土的復合模量，；廠螄為復合地基承載力，：，為天然地基承載力，；島為樁體模量，；最為土體模量，；為復合地基面積置換率應力修正法該法考慮復合地基一般置換率較低，近似忽略樁體的存在，根據(jù)樁間土實際分擔的荷載求算地基的附加應力，進而按照樁間土的壓縮模量計算加固區(qū)變形。樁身壓縮模量法該法根據(jù)復合地基中樁體實際分擔的荷載，按照樁體變形模量計算樁體的

32、壓縮變形，并將樁體第一章緒論壓縮量作為復合地基加固區(qū)沉降量，若樁體有刺入下臥層的變形，則還應加上下刺入。在以上加固區(qū)沉降計算方法中，應力修正法忽略了復合土體中樁體的存在，不考慮樁土之間的相互作用，且公式本身需要確定復合地基樁土荷載分擔比，而這個比值影響眾多，很難合理選用，尤其對于樁土剛度相差較大的情況更是如此。因此該公式僅在樁間距較大，樁土模量比較小的情況較為適用。樁身壓縮模量法是基于材料力學求壓縮桿件變形的方法計算樁體的壓縮量，它忽略了樁間土對樁體壓縮變形的制約作用，計算中樁側摩阻力的分布、樁端阻力的大小都很難確定，且同樣存在需確定樁土荷載比的問題。復合模量法概念明確，應用簡單，在復合地基沉

33、降計算中應用較為廣泛，是建筑地基處理技術規(guī)范”推薦采用的沉降計算方法，但是該法的理論前提便是樁土變形協(xié)調，這在剛性基礎下應用較為合理，但用在路堤等柔性基礎下，研究表明計算結果與實測結果往往有較大的出入”，這是由于在柔性基礎下樁體通常會發(fā)生向路堤以及下臥層的上下刺入變形，樁士變形是不協(xié)調的，對本文研究的剛度較大的剛性樁而言，這種不協(xié)調會更加明顯。（）下臥層沉降計算下臥層沉降計算主要采用分層總和法，而分層總和法計算的關鍵就在于附加應力場的確定問題。目前這種附加應力的確定主要有壓力擴散法、等效實體法、改進法當層法。壓力擴散法是借用驗算下臥層承載力是否滿足要求所采用的簡化計算法，擴散角的選定是近似的，

34、它與雙層地基中壓力擴散角數(shù)值并不相同；等效實體法將加固區(qū)視為等效的實體深基礎，假定加固區(qū)四周摩阻力均勻分布，用復合地基頂面壓力扣除摩阻力，即得下臥層頂面的應力，該法的困難主要在于摩阻力的取值問題，選用不合理時誤差可能較大；當層法的問題主要在于復合地基和等效后的均質地基應力分布規(guī)律差別較大；改進法則是利用半無限彈性體內(nèi)集中力的解計算樁頂荷載產(chǎn)生的附加應力，用解答計算樁間土荷載產(chǎn)生的復合地基中任一點附加應力，最后復合地基中各點總的附加應力為兩者的疊加，該法需要確定樁土荷載分擔比以及樁側摩阻力的分布，且計算比較煩瑣，實際應用中都會存在一定的問題。剛性樁復合地基由于樁體剛度較大，樁身變形可以忽略，因此

35、路堤荷載下剛性樁復合地基加固區(qū)沉降即為樁體上、下刺入量之和，這與柔性樁以及半剛性樁變形性狀是不同的。對柔性基礎下剛性樁復合地基沉降計算問題，國內(nèi)外不少學者進行了探討。饒為國，”研究了“樁一網(wǎng)一土”體系的共同作用，在分析了網(wǎng)材的幾何特性后近似認為其為一薄板，于是基于薄板大撓度解以及彈性地基梁模型推導了復合地基加固區(qū)工后沉降量計算公式，等”研究了嵌于不可壓縮層的樁體復合地基情況，在做了自由應變、土體線彈性且各向同性等一系列假設條件下，提出了一簡化的樁一士體系變形模式，在考慮了樁土位移及應力的變形協(xié)調條件后，推得了復合地基沉降計算公式。由于采用的位移模式未能很好的反映樁側摩阻力的分布且為自由應變假設

36、，與路堤實際情況不符，因此此后國內(nèi)的許多學者均針對方法中的不足提出了自己的計算方法，如費康，等針對現(xiàn)有路堤荷載下復合地基等應變計算理論的不足以及方法中自由應變假設的缺點，提出了路堤荷載下剛性樁復合地基沉降的簡化計算方法，計算假定只有豎向變形，于是通過土體的平衡方程、幾何方程以及物理方程導出了沉降計算的控制方程，進而借助樁土單元的接觸條件以及差分法離散，得到了樁土各自的沉降變形以及樁土界面的摩察力分布。楊濤在基礎上采用改進的位移模式，假設樁側摩阻力沿深度直線分布，考慮了負摩阻力影響，然后分別計算樁、土各自的應力及位移，最后聯(lián)合樁士界面處邊界條件以及平衡方程求解復合地基內(nèi)不應力以及樁土沉降。李海芳

37、】貝對楊濤的這種直線分布的側摩阻力位移模式繼續(xù)進行了改進，用同樣的方法計算了樁土應力比及樁土沉降。此外董必昌、傅景輝岬等對剛性基礎下剛性樁復合地基沉降計算公式也進行了探討，他們多是基于樁一土一墊層三者的共同作用，通過一定的假定條件得出這類型復合地基的沉降計算公式，張忠苗等則利用解以及解聯(lián)合求解了柔性基礎下復合地基中的附加應力，同時根據(jù)小孔擴張理論計算了樁體刺入柔性墊層量，對分層總和法進行了修正，得到了比較符合實際的結果。這些沉降計算方法對路堤荷載下的剛性樁復合地基變形計算提供了有益的借鑒。存在的問題通過以上國內(nèi)外研究成果的分析及評述，可以看出目前剛性樁復合地基的研究主要還存在下列奎壹盔堂堡主蘭

38、垡堡奎一系列問題：（）對預制樁、管樁等的打入式非排土成樁施工的擠土效應國內(nèi)外已經(jīng)有了不少現(xiàn)場觀測資料以及相關理論研究成果，樁成樁工藝雖然同樣屬于擠土樁，但同時還是一種就地成樁工藝，成樁材料在地基中進行膠結硬化，因此對這類在靈敏度較高、結構性較強的海相飽和軟土中小間距施工的群樁，可能產(chǎn)生的問題除了預制樁所具有的上拔、傾斜、樁身出現(xiàn)裂紋等工程質量問題外，還有可能出現(xiàn)斷樁、縮頸以及樁身強度不均等其他質量問題，并且在成樁初期還具有和碎石樁一樣，為樁周軟土中超靜孔隙水壓力提供豎向排水通道，所有這些問題都決定了樁擠土效應會和預制樁有所區(qū)別，后期強度也和預制樁不大一樣。目前對該類打入式就地成樁施工而成的剛性

39、樁擠土效應已經(jīng)有所報道，但對諸如超靜孔隙水壓力、樁周土強度恢復等系統(tǒng)試驗觀測研究還很少見諸報道。（）對路堤加筋墊層岡性樁（帶帽或不帶帽）這一體系的承載機理研究已經(jīng)出現(xiàn)不少數(shù)值模擬以及其他理論研究成果，但現(xiàn)有的分析多基于單樁及其等效處理范圍的研究，不能考慮樁與樁之間的相互影響，且現(xiàn)有的數(shù)值分析以及理論研究成果對承載機理的研究均沒有完全考慮到體系中的各種因素，因此進一步深入的研究很有必要。（）對路堤加筋墊層剛性樁（帶帽或不帶帽）這一體系變形影響因素的分析目前還缺乏系統(tǒng)細致的研究，國內(nèi)外文獻很少見諸報道，這對主要按控制沉降設計的高速公路而言，對剛性樁更為合理的應用無疑是一個限制。（）對于散粒材料樁和

40、柔性樁形成的復合地基，由于在高速公路建設中應用較早且最為廣泛，國內(nèi)外已經(jīng)有了大量研究，其承載機理以及沉降計算理論也日趨成熟，由于剛性樁復合地基出現(xiàn)的較晚，應用也不及上兩類復合地基廣泛，即使在剛性基礎下仍有不少有待研究及改進的地方，因此對樁間距、樁長、沉降等設計參數(shù)在應用相對較晚的路堤荷載情況下的深入探討更具必要性。本文主要工作本文在前人研究的基礎上，針對高速公路深厚軟土地基中剛性樁復合地基應用方面存在的一系列問題展開較為系統(tǒng)的研究，主要工作包括：（）以樁為例，針對剛性樁非排土成樁工藝的擠土效應展開研究。這部分的研究主要以現(xiàn)場試驗為主，結合已有文獻，對單樁、群樁施工過程中產(chǎn)生的孔壓以及施工結束后

41、不同齡期的現(xiàn)場原位靜力觸探試驗、十字板剪切等試驗數(shù)據(jù)進行整理分析，研究了樁振動沉管法施工對樁周土強度的擾動以及恢復規(guī)律。（）對路堤加筋墊層剛性樁（帶帽或不帶帽）這一體系的承載機理以及沉降影響因素進行了進一步的系統(tǒng)分析，為剛性樁在路堤荷載下的設計及應用提供了相關建議。（）通過現(xiàn)場原位沉降、孔壓等的實測資料對橋頭段剛性樁復合地基應用的兩個工程實例進行了研究，結合以上工作對兩個工程實例的觀測數(shù)據(jù)進行了分析，并對加固效果進行了評價。（）建立了單樁等效計算模型量化剛性樁復合地基樁土應力比，并對該類型復合地基的沉降計算方法進行了初步探討。第二章剛性樁施工擾動影響試驗研究第二章剛性樁施工擾動影響試驗研究概述

42、樁的施工工藝主要有振動沉管法和長螺旋鉆管內(nèi)泵壓灌注兩種，由于振動沉管法旌工屬于非排土沉樁，沉管的同時將排出同體積的土體，因此將對樁周土產(chǎn)生很大的擾動。對靈敏度較高的飽和軟粘土則會使其結構破壞，強度降低，并引起很大的超靜孔隙水壓力，這種超靜孔隙水壓力的存在極大地影響了成樁質量，能引起樁體的斷裂、傾斜或者達不到預計深度，同時還影響了樁身承載力的發(fā)揮以及施工進度。目前國內(nèi)外針對靜壓或錘擊預制樁和管樁（包括開口和閉口）引起的樁周士超靜孔壓的積累、消散以及分布規(guī)律等國內(nèi)外已經(jīng)有了大量試驗成果，隨著試驗的數(shù)據(jù)的不斷積累，理論研究成果也得到了不斷的驗證及修正，如超靜孔壓消散與樁承載力的增長之間定量關系、樁周

43、土強度增長規(guī)律等等。相對而言，樁屬于就地成樁工藝，這與打入式預制樁有所不同，而且其產(chǎn)生較晚，雖然在國內(nèi)工業(yè)民用建筑的應用己相當廣泛，但真正對其施工引起的超靜孔壓的系統(tǒng)研究還很少見諸報道，這大大限制了這類樁在非排土施工工藝下的施工以及樁間土承載力等方面的進一步研究，因此本章重點探討樁施工的擾動對樁間土的影響。近年來，樁已被成功引入高速公路軟基處理中，在解決橋頭跳車、道路拓寬等問題中取得了良好的應用效果，但是對這類樁施工引起的樁間軟土的擾動并未被系統(tǒng)研究，而這種擾動和施工引起的超靜孔隙水壓力有著直接的關聯(lián)，因此研究非排土施工工藝下的樁產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力的變化對研究路堤荷載下樁復合地基承載力、樁間距的確定等復合地基設計關鍵環(huán)節(jié)都有著非?，F(xiàn)實的意義。本章擬通過某工程現(xiàn)場樁施工所觀測的樁周超靜孔壓數(shù)據(jù)的分析和整理，系統(tǒng)研究單樁以及群樁施工產(chǎn)生的超靜孔壓的發(fā)生發(fā)展過程，分析超靜孔壓在樁周徑向及深度上的分布，探討超靜孔壓的消散規(guī)律，以期為優(yōu)化這類樁的施工以及合理樁間距的確定提供現(xiàn)場實測資料，同時結合工程現(xiàn)場單樁以及群樁施工結束后不同天數(shù)的原位靜力觸探和十字板試驗，研究打樁對樁周土強度的影響以及隨超靜孔隙水壓力的消散而恢復的規(guī)律，為