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在当今社会经济高速发展的背景下,高速公路以及高速铁路的建设迅速发展,成为道路建设上一个重要的方向。目前,我国正在大力建设高速铁路,京津线、郑西线以及时速达300km/h的武广客运专线已经顺利施工完成,其他客运专线也都在全力的建设中。高速铁路不仅对路堤稳定性有着很高的要求,同时对路基的工后沉降有着极其严格的控制标准。如武广客运专线这样的无碴轨道,要求工后沉降不得超过15mm。怎样达到如此严格的沉降控制标准是一个施工设计的关键问题,尤其是在我国存在大面积软土地层的地域修建高速铁路,这就使得桩一网复合地基这种适合用于软弱地基处理的施工方法得到了大力应用发展。
处理软土地基的核心问题是控制沉降,桩-网复合地基作为具有竖向增强与横向增强同时作用的联合型复合地基,通过桩、土及网三者的协同作用,能够有效的控制沉降。由于其能够缩短工期,提高工程质量,具有良好的经济效益,目前在国内外工程中被广泛应用。对于桩-网复合地基的研究一直是理论远远落后于工程实践,对于其复杂的作用机理与承载特性,目前仍没有统一完整的研究成果。人们在设计桩-网复合地基时通常都是以经验来保守设计,不能充分发挥其承载特点与经济效果。本文结合工程实例,对桩-网复合地基的一些工作承载特性及工作机理做了一些分析研究。
首先,总结归纳了桩-网复合地基在国内外的工程应用情况及许多学者的理论研究成果。其次对桩-网复合地基的基本概念及作用机理进行了阐述,并简单的介绍了承载力与沉降及工后沉降等关键问题的计算方法。
在总结前人的研究成果作参考的基础上,结合武广客运专线桩-网复合地基加固段的实际工程,利用室内及现场试验所获得的地质资料及土体物理力学参数,运用数值模拟软件FLAC3D对桩-网复合地基的承载特性及沉降变化规律进行模拟分析,并通过改变几个重要相关参数来讨论其在桩-网复合地基中的影响。得出如下结论:
1、由于土工合成材料与垫层协同作用,分担水平向荷载,桩-网复合地基相比于单纯的桩承式地基能够更好的承担荷载并控制变形。这也是桩-网复合地基最大的特点之一,通过铺设土工合成材料,能够很好的改善地基的承载力,控制变形,并可根据实际情况在保证工程质量的情况下合理设置桩数,提高经济效益。
2、通过改变褥垫层的模量分析得出,垫层模量的改变能够调节桩土应力分布,使桩土共同发挥承载力,因此在设计褥垫层时应考虑弹性模量的取值,使桩-网复合地基能都达到最好的承载效果。
3、桩-网复合地基的变形是随着荷载水平的不断增大而不断增大的,由于靠近路堤中心的加固区承受较大荷载并产生较大变形,因此在不易处理的软弱地基上,应考虑在路堤中心采用刚度较大的桩来控制沉降。
在本文的最后对桩-网复合地基地基的未来研究方向做了展望并提出了建议。一是采用相应措施获取更为准确的研究数据;二是在运用数值模拟软件进行分析时,充分考虑各材料的性质来进行模型建立,并应更为全面地考虑影响复合地基变形沉降的因素,如土拱效应、软土流变性等,讨论其对桩-网复合地基的影响效果,使分析能够更真实的反应地基沉降规律与承载特性。