柔性桩承式加筋路堤荷载传递的改进

第38卷，第3期公路工程Vo1．38，No．32013年6月HighwayEngineeringJut)．，2013柔性桩承式加筋路堤荷载传递的改进孙文君，刘娜，路维，龚小琴(河北工程技术高等专科学校，河北沧州061001)[摘要]在文献[1]的基础上，考虑了柔性桩承式加筋路堤中加筋体上下摩阻力，然后对柔性桩承式加筋路堤的荷载传递的理论分析进行了改进，最后得到了桩土应力比和桩土差异沉降的计算式。本文理论计算值与工程实例实测值对应很好，且网上网下桩土应力比能反映出加筋垫层网材的拉膜效应作用。因此，本研究能为柔性桩承式加筋路堤的设计及施工提供一定的参考。[关键词]柔性桩承式加筋路堤；桩土应力比；土拱效应；拉膜效应；桩侧摩阻力[中图分类号】TU43／10[文献标识码]A[文章编号】1674—0610(2013)03—0026—03ImprovedAnalysisoftheLoadTransferforDeformablePile-supportedandGeosynthetics·reinforcedEmbankmentsSUNWenjan，LIUNa，LUWei，GONGXiaoqin(DepartmentofTrafficEngineering，HebeiEngineeringandTechnicalCollege，Hebei，Cangzhou061001，China)[Abstract]Basedontheliterature[1]，consideredtheskinfrictiononreinforcementofdeformablepile—supposedandgeosynthetics—reinforcedembankments(abbreviatedtoDPGE)，newformulasofpilesoildifferencespile—soilstressratiosandpile．soildifferentialsettlementarededucedbyimprovedloadtransfermodelofDPGE．Thispapercalculatedtheoreticvalueisveryclosetoobservationofpracticalen—gineering，andthepile—soilstressratiosofaboveandunderreinforcementreflectedtensionedmembraneeffectofreinforcedcushioninDPGE．Therefore，thisresearchresultsprovidesdefinitereferencetode—signandconstructingofDPGEforthefuture．[Keywords]deformablepile—supportedandgeosynthetics—reinforcedembankment；pile·soilstressratio；soilarchingeffect；tensionedmembraneeffect；skinfrictionofpile基础一垫层一复合地基一下卧层土体作为整体进行了1概述刚性桩承式加筋路堤的荷载传递规律进行了研究；桩承式加筋路堤工作机理十分复杂，涉及路堤俞缙和周亦涛等⋯对土拱效应、拉膜效应和桩土相填土、桩、桩间土和网之间的相互作用，其中土拱效互作用三者耦合条件下的柔性桩承式加筋路堤的桩应、拉膜效应和桩土相互作用是桩承式加筋路堤组土应力比等进行了研究。成部分相互作用的综合反映⋯。大量的国内外学文献[1]首次从对路堤一加筋垫层一柔性桩复者对桩承式加筋路堤进行了现场试验研究。和理合地基三者协调工作的柔性桩承式加筋路堤进行了论研究，但基本上都是单独分析土拱效应、拉理论分析了，但对加筋垫层的拉膜效应分析没有考膜效应和桩土相互作用。陈仁朋等综合分析虑加筋体上下的摩阻力。本文在文献[1]的基础了刚性桩承式加筋路堤的路堤一桩一土之间协调工上，考虑了加筋体上下摩阻力的条件下对柔性桩承作，但未考虑拉膜效应；吕文志等基于非同步、非式加筋路堤的桩土应力比算法进行了改进。协调的Alamgir型桩间土位移模式位移模式对柔性【收稿日期]2O12—08—08[基金项目]河北工程技术高等专科学校科研基金项目(XZ0902)【作者简介]孙文君(1982一)，男，河北沧州人，硕士，讲师，主要从事土木工程方面的教学与研究工作。 第3期孙文君，等：柔性桩承式加筋路堤荷载传递的改进27行受力分析，如图2所示，根据水平和竖向受力平衡2桩土应力比条件，可得如下平衡方程：2．1网上桩土应力比Tsin0+(o+u)tanOdx+or~0dx=文献[1]在假定路堤中内外土柱界面上的摩阻(+dr)sin(0+d口)+or。dx，(9)力在等沉面高度内线性分布和路堤底部处的最大界Tcos0+(r口+rM)dx=面摩阻力与路堤底部内土柱的竖向应力成正比关系(+dT)COS(0+d)，(10)的基础上对路堤土拱效应进行了分析，得到了路堤式中：T为加筋体的张拉应力，kN／m；0为变形后加等沉面高度、加筋体上表面处的桩顶竖向应力和桩筋体的切线与水平面的夹角；dx、dO为微变量；r。、土应力比⋯：7-分别为加筋体上下表面的摩阻力，kPa；为加筋，3f1一m、EAs体下表面处桩间土的平均竖向应力，kPa。e—■一JDo赢讪，(2)=(-一mro一一)，，，㈩图1加筋体挠曲变形及受力示意图Figure1ForcesandDeformablecuresofreinfbrcedmateria1。，’㈩L4式中：he为路堤等沉面高度，m；m为桩体置换率，m：(re／r。)；r为桩体的影响半径，m；r0为桩体半径，m；E为路堤填土压缩模量，kPa；As为桩顶平面表面处桩土差异沉降，m；y为填土容重，kN／m；h为路堤高度，m；厂为内外土柱界面摩擦系数，f=I．竺．Jtamp；。为土压力系数，K。=tan。(45一q~／2)；为图2微元加筋体受力图路堤填土内摩擦角，(。)；or口o、分别为内、外土柱Figure2Stressondifferentialelementofreinforeedmaterial在加筋体上表面处的平均竖向应力，kPa；rt。为加筋由于加筋体的最大F凹量相对于桩间距非常小体上表面处的桩土应力比，可简称为网上桩土应力的，因此有1yI≤1，那么：比。sinO—tanO=一Y；(11)2．2加筋体的拉膜效应sin(0+dO)tan(0+dO)=加筋体受力后的最大下凹量相对于桩间距较一Y一y"dx；(12)小，故可把加筋体受力后的变形形状近似看成抛物cosO1；(13)线，如图1所示，设该抛物线方程为：COS(0+dO)一1；(14)y(·一(去)‘)cssgg÷y“：。(¨15))由上式可得：联立式(5)一(15)，可得：y，：一一(6；(5)—8)’掣：．r口+Tu；(16))y，：一一；(6o)：～如一～s。(¨17¨)(Y+dy)：y’+y”dx。(7)根据其应力应变关系和式(15)，并令=r。一加筋体受力变形后的应变8g：r0，可得桩边缘处加筋体的张拉应力：占=,／1+Y一1。(8)从图1中的右半部分加筋体中取出一微元段进E^()，c-s 28公路工程38卷式中：E为加筋体的抗拉强度，kN／m。+2．3网下桩土应力比p__+等。文献[1]对柔性桩复合地基进行了分析，得到根据文献[25]取Ot=0．45，根据文献[25]和了桩顶平面处的桩土差异沉降和加筋体下表面处的[2611~。=2．2d√，水平加筋体下桩与桩桩土应力比：间土顶面的平均竖向应力之比(即网下桩土应力=F0Or。／Lc，(19)比)n：mD，n=p一s_i(7m—dm。)，(20)s0yh1一m4EAsOrp降为卜ro—fheK。m(re—ro)(一)一[(一-r(21，2．4求解式中：为桩侧最大正摩阻力，kPa；or为加筋体下由式(1)、式(2)、式(3)、式(18)、式(20)、式表面处桩体的平均竖向应力，kPa；L，为桩体的有效(21)、式(23)、式(24)等八个方程组成的有关h，、桩长，In；7_。为桩顶处桩侧负摩阻力，kPa；E为桩间p0、、As、T、orp、、0八个未知量的八元六土压缩模量，kPa；E。为桩体压缩模量，kPa；。、Ot分次方程组。用Matlab原件可以实现这把元六次方别为中性点、桩侧正摩阻力极大值点距桩顶地距离程组的解，选取各个未知量解均为正且符合实际的与有效桩长的比值。一组解作为正确解。根据桩复合地基的竖向受力平衡条件，可得：3实例分析yh=mor。+(1一m)。(22)由式(2)、(3)、(17)、(18)和式(22)，可得到加为了对比本研究的效果如何，选用与文献[1]筋体下表面处的桩顶和桩间土竖向应力：相同的实例进行分析，计算参数⋯：桩半径25cm，填土高度6．0m，=30。，E=10MPa，Y=19．8⋯(一)一；kN／m，Eg=500kN／m。采用本文研究的成果计算(23)得到的桩土应力比见表1。表1桩土应力比实测值与计算结果对比Table2Testandcomputingresultsofpile-soilstressratio从表l可以看出：文献[1]方法得到的网上网进后的算法能反映加筋垫层网材的作用，且改进后下桩土应力比基本一样，显示不出网材的作用；本文的桩土应力比值比文献[1]更加接近实测值。说明方法得到的网下桩土应力比大于网上桩土应力比，了本文的研究是有一定参考价值的。显示了网材的作用；且本文方法得到的网下桩土应致谢：本文的撰写得到周亦涛老师的指点，在力比比文献[1]方法得到的更接近现场实测值。此表示衷心的感谢!4结语[参考文献]在考虑加筋体上下摩阻力的条件下，本文对柔[1]俞缙，周亦涛，鲍胜，等．柔性桩承式加筋路堤桩土应力比性桩承式加筋路堤的荷载传递进行了理论分析了，分析[J]．岩土工程学报，2011，33(5)：705—7l3．最后得到了的桩土应力比、桩土差异沉降和路堤等[2]曾开华，俞建霖，龚晓南．路堤荷载下低强度混凝土桩复合地沉面高度的改进算法。并通过实例对比分析表明改(下转第33页) 第3期凡孝均，等：复合集料沥青混合料路用性能研究33优于掺活性矿粉的花岗岩混合料。④花岗岩石料呈酸性，与沥青粘附性很差，导致花岗岩沥青混合料的水稳定性比石灰岩沥青混合摹、料差；采用复合集料和活性矿粉能有效提高混合料E-的水稳定性，使其满足规范要求；掺活性矿粉的花岗岩沥青混合料的水稳定性优于酸碱复合集料混合料。冻融次数[参考文献]图9TSR张斌，杨帆，韩瑞民，等．花岗岩在高速公路沥青面层的应Figure9TSR．‘用[J]．石油沥青，2011，25(3)：53—56．能水稳定性能得到大幅度的提高，使花岗岩沥青混廖浩成．浏醴高速公路风化花岗岩路用特性试验与铺筑方案合料的路用性能得到改善，可以有效延长花岗岩沥[J]．公路工程，2012，37(4)：118～113+127．青路面的使用寿命。艾长发，徐田兵，陈炯，等．改善花岗岩沥青混合料性能措施试验研究[J]．公路交通科技，2008，25(7)：21—26．4结语张娜，厉建远．花岗岩沥青混合料水稳定性能改善试验研究[J]．水利与建筑工程学报，2011，9(2)：106—109+147．；f；[①花岗岩集料作为骨架结构具{I=1有优纠良的抗车j郭平．Saso]”bit温拌i沥青混合料水m稳定性能研究[J]．郑州大辙能力，花岗岩沥青混合料的动稳定度远远高于石学学报(工学版)，2010，31(5)：36—39．灰岩沥青混合料；酸碱复合集料混合料的高温性能刘涛．石灰等添加剂改善沥青混合料的水稳定性[D]．长沙：湖南大学，2006．优于掺活性矿粉的花岗岩混合料。沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]．北京：②花岗岩沥青混合料的低温性能远远高于石人民交通出版社，2001．灰岩沥青混合料，掺活性矿粉的花岗岩沥青混合料马新，郑传峰．沥青混合料水稳定性评价方法的实验研究的低温性能最优。[J]．公路工程，2008，33(4)：75—78．③花岗岩沥青混合料的疲劳性能远远优于石JTJ1740—2004，公路沥青路面施工技术规范[S]．灰岩沥青混合料，酸碱复合集料混合料的高温性能JTJ052—2000，公路沥青及沥青混合料试验规程[S]．●(上接第28页)．公路工程，2011，36(4)：32—36．[7]龚锦林，杨进，陈露，等．高速公路塑料套管桩复合地基处基性状分析[J]．浙江大学学报(工学版)，2004，38(2)：185一l90．理机理分析[J]．公路工程，2Ol2，37(1)：71—75．[8]陈云敏，贾宁，陈仁朋．桩承式路堤土拱效应分析[J]．中国[3]徐林荣，牛建东，吕大伟，等．软基路堤桩一网复合地基试验研究[J]．岩土力学，2007，28(10)：2149—2155．公路学报，2004，17(4)：1—6．[4]杨果林，黄向京，赵伟．红粘土桩，_网复合地基现场试验研[9]陈仁朋，许峰，陈云敏，等．软土地基上刚性桩一路堤共同作究[J]．水文地质与工程地质，2010，37(1)：85—89．用分析[J]中国公路学报，2005，18(3)：7一l3．[1O]吕文志，俞建霖，刘超，等．柔性基础复合地基的荷载传递[5]徐继欣，张鸿，周院芳，等．褥垫层厚度对复合地基CFG桩土规律[J]．中国公路学报，2009，22(6)：1—9．应力比影响的试验研究[J]．公路工程，2012，37(3)：59—62．[6]刘刚，张军．浏醴高速公路软土地基处治技术研究[J]．