在松软土地区公路和铁路路基工程中,为满足河流、物流等的横向穿越,需设置众多桥(隧)结构物。由于结构物多采用桩基础,桥隧与临接路基之间往往会产生较大的差异沉降(错台),使行车出现颠簸(俗称桥头跳车)现象。这不仅会增加后期维护费用,而且容易造成交通事故。桩承式加筋路堤是解决桥头跳车问题的先进技术之一,在道路和铁路工程中得到了越来越多的应用。 本项目针对该技术在设计和应用中存在的一系列科学问题展开研究,这些问题涉及填土的土拱形态及成拱条件、水平加筋材料的张力膜效应以及综合考虑填土性质、桩基端承条件和重复荷载等主要影响因素,核心问题是土拱效应、张力膜效应和桩体荷载分担比的变化规律。 通过本项目历经四年的研究,项目组取得的主要研究成果包括: (1)研究结果表明,在二维平面内桩承式加筋路堤中的竖向应力土拱近似呈三角形形态,并据此提出了同轴三角形土拱模型。该模型能够描述土拱形成、土拱简化形态以及桩土荷载分担的变化,推导出了桩土荷载分担的具体计算公式。 (2)研制了桩承式加筋路堤中加筋材料张力膜效应模拟试验系统,进行了在不同条件下物理模拟试验。发现加筋材料张力膜具有明显的三维变形特征,在正方形布桩情形下,张力膜的空间变形形态可采用空间抛物面与抛物柱面的组合来模拟。筋材拉力最大值出现在桩帽角点,其次为桩帽边缘,其余区域拉应力较小且呈平台分布。 (3)土拱高度大于1.0倍,但小于1.5倍的桩帽净间距。进一步证明在一般情形下,路堤高度大于1.5倍的桩帽静间距可满足应力全拱条件。 (4)桩承式加筋路堤的土拱效应、张力膜效应和桩体荷载分担比均受一系列因素影响:(a)路堤填土的粘聚力,与假定粘聚力为 0 kPa的填土相比,填土的黏聚力会增强土拱效应,使桩体荷载分担比增大;(b)桩体端承条件,当采用悬浮桩时,随着上覆荷载的增加,桩体向下刺入,同时桩承担的荷载减小,土拱效应减弱;(c)重复荷载,在重复荷载下,土拱效应减弱,使一部分原本由桩承担的荷载转而由桩间土承担。 关于桩承式加筋路堤的变形规律、整体破坏机制、桩体刚度的影响等,离心模型试验已完成,进一步的分析正在进行之中,相信能够得到预期的科研成果。 上述已经取得的和即将完成的研究成果,将为桩承式加筋路堤的设计和应用奠定重要的理论基础,对该项技术进一步推广应用和比较彻底地解决桥头跳车问题,具有重要的实用价值。 2100433B