软土地基上桩承式加筋路堤的数值分析
摘 要
工程师在软土地基上设计建筑物时会面临若干挑战。这些挑战包括潜在的承载力破坏，过量乘降，较大的侧向压力和位移以及整体或局部不稳定。特别是在需要快速进行建造或结构需要严格控制变形的情况下，桩承式加筋地基为在软土上建造路堤、挡土墙和储罐等提供了经济有效的解决方案。其中土工合成材料的填土可以提高荷载传递的效率，使桩头上方的土壤屈服最小化，并有可能减少总沉降量和不均匀沉降量。对填土的高度、土工合成材料的拉伸刚度、桩材料的弹性模量这三个主要影响因素进行了数值分析，以研究桩-土-土工合成材料之间的相互作用。虽然目前的方法尚未完全解决土工合成材料刚度和桩模量对土拱效应的重要影响，但数值结果表明，土工合成材料中的应力集中比和最大拉力随着路堤填土高度、土工合成材料的拉伸刚度和桩材料的弹性模量而增加。加筋桩中拉力的分布表明，最大拉力出现在桩的边缘附近。
关键词：数值分析软土；桩;应力分布；负荷转移；地基加固。
1 引言
在大面积软土地基上设计楼房、储罐、墙壁、斜坡或路堤这些会施加很大荷载的建筑，会引起一些问题。这些问题与承载能力失效，过量的总沉降和不均匀沉降，较大的侧向压力和位移以及斜坡不稳定性有关。通过使用轻型填料进行的预压或阶段施工，超挖换填，土工合成材料加固，土壤改良技术以及桩支撑地基等各种各样的技术都可以用来解决上述问题（Magnan 1994）。使用桩支撑地基相关的好处如下：（1）单阶段建造上部结构，而无须等待较长时间；（2）大量减少总沉降量和差异成绩；（3）降低土压力；（4）避免在典型情况下进行挖掘和填土。桩承式加筋地基和非桩承式加筋地基都已被使用过。非桩承式加筋地基在本文中称为常规桩支护地基，而有土工增强材料的系统被称为桩承式加筋地基（图1）。常规桩支护地基和桩承式加筋地基已用于带帽桩和桩网系统（混凝土桩和木桩），例如：振冲混凝土桩（VCC），搅拌或灌浆的水泥土桩或石桩。由于桩网系统通常具有较大的柱直径，因此在大多数情况下不需要顶盖。在本文中，为简单起见，通常将混凝土桩，木桩和用于地面改良的桩网系统统称为桩。
图1桩支撑路堤
对于常规的桩支护地基，桩需要密集排布和/或具有大的桩帽，以便将多余的载荷通过拱形土传递到桩上，并使桩/承台之间的土壤变形最小化，因为此类位移反映在路堤表面。基于常规桩基路堤的性能研究，Rathmayer（1975）推荐了图2所示的设计标准。结果表明，所需的承台覆盖率取决于填土的质量。这里的覆盖百分比定义为承台或桩的总面积与地基占地面积的百分比。为进行比较，在同一图中绘制了13个实际的桩承式加筋地基的桩头或承台覆盖率的设计百分比（Han 1999）。如图2所示，加筋桩的承台覆盖率要比Rathmayer（1975）建议的传统桩支护路堤要低，并且始终低于20％。
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