浅海填方路堤下带帽PTC桩地基的数值分析研究

发布时间：2020-08-14 21:49

【摘要】：浅海填方路堤下带帽PTC桩复合地基是一个典型的三维问题,其涉及流固耦合和桩土相互作用等复杂问题。为按三维问题对路堤下带帽PTC桩复合地基与砂桩复合地基的远期性状进行对比,以蒲永高速为例,在工程现场取原状土样,验证修正剑桥模型参数,采用非线性有限元软件ABAQUS对蒲永高速浅海填方路堤下带帽PTC桩复合地基进行三维有限元分析。提出以剪切带来模拟桩土的相互作用,以修正剑桥模型来模拟软土固结的计算模型。研究结果表明:带帽PTC桩达到最终沉降的96%的时间比砂桩的缩短了56%的时间,差异沉降减少了34.4%,后期也较稳定,可不进行超载预压。但较于砂桩其路基土体固结慢,应力水平高。
【图文】：

且不同材料的接触，其剪切带的厚度不同。因PTC桩带帽桩存在桩帽，上部荷载一部分由桩帽承担一部分由桩帽间土体承担，桩帽所分担的荷载又由带帽桩体和桩帽下土体承担。由于刚性桩帽的作用，使得带帽桩体和桩帽下土体的沉降差异较少，桩和桩帽下土体的界面并不十分明显，而是一个逐渐过渡的接触带。因此对于带帽PTC桩与桩帽下土体的接触问题，本文将接触面当作一个剪切带来考虑，而不是仅仅是一个面。由于本文着重点在于考虑桩间土的流体渗透、应力耦合分析，适当对接触的简化也有利于减少模型的计算成本。计算模型如图1所示。图1带帽单桩地基计算模型Fig.1Calculationmodelofsinglecappedpilefoundation1.2分析模型的验证为了对本模型的可靠性进行验证，参考了文献[4]，应用通用有限元软件ABAQUS对现场试验进行模拟并与现场实测数据进行对比。本文土层采用修正剑桥模型模拟，其材料参数根据原有参数的基础上，反分析无法根据已有参数得到的其他参数，列于表1。限于篇幅，试验的具体方案和其他材料参数见文献[4]。模拟土体选取为半径为8m，高度54m的圆柱体。PTC桩桩径为400mm，桩长为18m，壁厚50mm，桩帽尺寸1.5m×1.5m。桩帽底面以下10cm为粗砂垫层，顶面为30cm垫层，垫层上表面放置刚性荷载板，荷载板尺寸为3m×3m。模型中按等面积原则将正方形荷载板及桩帽简化成圆形以利于网格划分，数值模型见图2。

第8期陈宝林，等：浅海填方路堤下带帽PTC桩地基的数值分析研究1649表1修正剑桥模型材料参数Table1MaterialparametersofmodifiedCam-claymodel密度/(kg·m3)νκλMe1kh=kv/(m·d1)黏土18000.350.0040.0720.9411.586.05×105粉土20200.290.00420.04161.5840.831.55×104粉砂20800.260.00380.02161.2830.731.55×104图2数值模型图Fig.2Numericalmodelusedinanalyses模型建立完成后，按照现场试验加载步骤在荷载板上施加相应荷载，提取荷载板荷载位移曲线，并与实测值比较，如图3所示。由图可知，实测极限荷载值为256kPa，对应沉降为12mm；文献中数值模拟极限荷载值为260kPa，对应沉降33mm；本文数值模拟极限荷载值为250kPa，对应沉降为17mm。本文数值模拟得到的荷载位移曲线与实测曲线能更好地吻合，说明该方法能够更好的模拟试验。图3复合地基荷载位移曲线Fig.3Load-settlementcurvesofcompositefoundation2工程概况福建省莆田至永定(闽粤界)高速公路是福建省重点基础设施项目。其标段K1+953.1~K4+457.2(图4)属滨海相地貌，线路位于海堤西侧相距约45m平行走向。海堤东侧为东海，西侧为养殖区。沿线路西侧(靠养殖场侧)做围堰，坡面设置永久防护措施，围堰外侧坡脚需抛石反压以提高堰体的整体稳定性。在围堰东侧，在线路范围内，沿线路分段进行人工吹填砂，吹填砂顶标高为1.5m。考虑到不同路堤和不同路段等综合影响，采取不同的加固路基的方法：刚性桩加固、砂桩加固和深沉搅拌桩加固等[5]。图4K1+953.1~K4+457.2段路堤Fig.4K1+953.1~K4+457.2sectionofembankment本文重点研究K3+570至K3+630路段，该段综合考虑施工因素及变形协调要求，采用带帽PTC型桩复合地基处理方案。方案设计采用?

第8期陈宝林，等：浅海填方路堤下带帽PTC桩地基的数值分析研究1649表1修正剑桥模型材料参数Table1MaterialparametersofmodifiedCam-claymodel密度/(kg·m3)νκλMe1kh=kv/(m·d1)黏土18000.350.0040.0720.9411.586.05×105粉土20200.290.00420.04161.5840.831.55×104粉砂20800.260.00380.02161.2830.731.55×104图2数值模型图Fig.2Numericalmodelusedinanalyses模型建立完成后，按照现场试验加载步骤在荷载板上施加相应荷载，提取荷载板荷载位移曲线，并与实测值比较，如图3所示。由图可知，实测极限荷载值为256kPa，对应沉降为12mm；文献中数值模拟极限荷载值为260kPa，对应沉降33mm；本文数值模拟极限荷载值为250kPa，对应沉降为17mm。本文数值模拟得到的荷载位移曲线与实测曲线能更好地吻合，说明该方法能够更好的模拟试验。图3复合地基荷载位移曲线Fig.3Load-settlementcurvesofcompositefoundation2工程概况福建省莆田至永定(闽粤界)高速公路是福建省重点基础设施项目。其标段K1+953.1~K4+457.2(图4)属滨海相地貌，线路位于海堤西侧相距约45m平行走向。海堤东侧为东海，西侧为养殖区。沿线路西侧(靠养殖场侧)做围堰，坡面设置永久防护措施，围堰外侧坡脚需抛石反压以提高堰体的整体稳定性。在围堰东侧，在线路范围内，沿线路分段进行人工吹填砂，吹填砂顶标高为1.5m。考虑到不同路堤和不同路段等综合影响，采取不同的加固路基的方法：刚性桩加固、砂桩加固和深沉搅拌桩加固等[5]。图4K1+953.1~K4+457.2段路堤Fig.4K1+953.1~K4+457.2sectionofembankment本文重点研究K3+570至K3+630路段，该段综合考虑施工因素及变形协调要求，采用带帽PTC型桩复合地基处理方案。方案设计采用?

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本文编号：2793587