倾斜度影响斜-直组合桩单侧受力响应试验研究

在深厚软弱地基或者厚度不均匀软弱地基上修筑公(铁)路路堤或者广场时,常常采用竖直桩复合地基加固,并在坡脚外设置3~4排或者更多排桩,但填筑体滑移、坍塌事故仍未能避免。为保障填筑体稳定,提出坡脚斜-直组合桩方案,并采用室内模型试验研究均质地基中4种不同倾斜度的斜-直组合桩在单侧加载下的土压力、水平位移和弯矩变化规律,分析破坏模式,为坡脚斜-直组合桩的设计应用提供试验依据。研究结果表明:外侧斜桩倾斜度增大,内侧直桩水平土压力和弯矩随之增大,外侧斜桩水平土压力和水平位移及弯矩随之减小,内侧直桩水平土压力大于外侧斜桩水平土压力;内侧直桩弯矩呈单峰曲线分布,峰值位于桩身中部,外侧斜桩弯矩最大值位于桩身顶部,内侧直桩中部、外侧斜桩顶部出现危险截面,内侧直桩较外侧斜桩更易发生断裂;外侧斜桩破坏前的位移模式为“先转动后平移再弯曲”,破坏形式为弯曲破坏。在工程中,建议外侧斜桩倾斜度为10%~15%,并根据路堤高度(荷载)选择内侧直桩与外侧斜桩刚度之比为2~3。

路堤荷载下坡脚处不同排距斜直组合桩工程特性试验研究

采用斜直组合桩加固坡脚软基,在此基础上,通过模型试验研究路堤循环加卸载下坡脚处不同排距斜直组合桩的工程特性。研究结果表明:桩侧土压力沿深度方向呈先增大、后减小的趋势,随荷载或者加载次数增大而增大。后排直桩桩侧土压力随排距增大而增大,在0.4L(L为桩长)处达到最大值;前排斜桩桩侧土压力随排距增大而减小,在0.6L处达到最大值。前排斜桩水平位移及其峰值随荷载和加载次数增大而增大,随排距增大而减小。上部位移增速大于下部位移增速,桩头位移增速最大。当排距为2.5d~4.0d(d为方桩边长)时,桩身水平位移峰值随排距增大而快速递减。桩身弯矩及其峰值随荷载或者加载次数增大而增大。后排直桩弯矩峰值出现在桩身中部,随排距增大而增大;前排斜桩弯矩峰值出现在桩头,随排距增大而减小。在均质砂土地基中,后排直桩将率先在桩身中部发生弯曲破坏,排距越大,破坏越早发生;前排斜桩将平移并绕桩底转动,最后在桩顶发生破坏。在工程实践中,建议排距取桩径或方桩边长的2.5倍,后排直桩的抗弯刚度取前排斜桩的2.5倍以上。

侧向堆载下斜桩长度影响斜-直双排桩受力响应试验研究

深厚软土地基上修建高速公路(铁路),路堤荷载传递至坡脚将产生水平荷载,路基可能产生滑移破坏。为减少该水平荷载产生的不利影响,提出在坡脚处设置斜-直双排桩。采用模型试验研究均质砂土地基侧向加载下,9°斜桩长度为直桩长度的0,0.75,1,1.25倍时,斜-直双排桩桩侧土压力、桩身弯矩及直桩水平位移,揭示路堤荷载下坡脚斜桩长度对斜-直双排桩变位规律与破坏模式的影响规律。结果表明:单直桩整体侧移呈"平移+绕桩底转动"模式,侧移峰值在桩顶,土压力、弯矩峰值在桩身中部;斜-直桩土压力峰值出现在桩身中下部且内侧直桩土压力大于外侧斜桩,直桩侧移峰值出现在桩身中部,弯矩峰值出现在内侧直桩中部和外侧斜桩顶部,内侧直桩弯矩峰值大于外侧斜桩弯矩峰值;随着桩长比增大,斜-直桩土压力峰值缓慢增大,内侧直桩产生的侧移峰值缓慢减少,内侧直桩弯矩峰值缓慢增大、外侧斜桩弯矩峰值快速增大。路堤荷载作用下,内侧直桩的中部、外侧斜桩的顶部易发生弯曲破坏,直桩先于斜桩破坏。工程中,为了提高坡脚抗滑移能力,建议设置斜-直双排桩,并增加外侧斜桩的长度,使内侧直桩与外侧斜桩的抗弯刚度比大于2。

倾斜软基上斜直桩组合结构单侧受力破坏模式试验

倾斜软基上修建高速公路(铁路)时,地基容易出现差异沉降、滑移甚至垮塌。提出坡脚斜直桩组合结构+桩体复合地基加固倾斜软基,采用模型试验,对比测试倾斜软基上桩体复合地基受压时,坡脚处插入硬层的双单桩、双直桩组合结构以及斜直桩组合结构的桩侧土压力、桩身应变和外侧桩水平位移,揭示倾斜软基上插入硬层的斜直桩组合结构单侧受力变形机制与破坏模式,为倾斜软基上斜直桩组合结构的设计提供试验依据。结果表明:①内、外侧桩在桩身中部偏上位置呈现桩侧土压力峰值;外侧桩倾斜度增大,其桩侧土压力峰值快速减小,内侧桩桩侧土压力大于外侧桩;②外侧桩在桩身中部偏上位置呈现侧移峰值,桩顶嵌固连梁外侧桩的桩身水平位移及其峰值均随倾斜度增大而减小,总是小于桩顶自由的外侧桩,峰值位置也较低;③桩身中上部出现弯矩峰值,外侧桩弯矩峰值位置略低,外侧桩倾斜度增大导致内侧桩弯矩增大、外侧桩弯矩减小;④单侧受载时,斜直桩发生水平位移,随后弯曲变形,内侧桩率先破坏、外侧桩后破坏,具有关联性,而双直桩的破坏荷载介于斜直桩的内侧桩和外侧桩之间。加大内侧桩的抗弯刚度和外侧桩的倾斜度将大幅度提高斜直桩组合结构的整体稳定性。工程中,建议外侧桩倾斜度为10%~20%,并根据路堤高度(荷载)选择内侧桩与外侧桩刚度之比大于2。