一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法。通过布辛奈斯克解计算衰减至土拱高度上方的动应力；根据动应力与桩间距、桩顶荷载分担比计算得到桩顶上方动荷载；根据路基填料的重度、路基上部荷载和桩顶荷载分担比计算得到桩顶上方静荷载；根据桩端极限承载力与桩顶上方静荷载、桩顶上方动荷载计算得到桩顶上方的单桩循环荷载比和静荷载比：在单桩循环荷载比以及静荷载比满足一定条件情况下路基的厚度和桩端承载力符合要求，完成对桩承式路基加固桩累积沉降的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法
本专利技术涉及了一种路基的设计方法，尤其是涉及到一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法，通过控制加固桩的累积沉降来控制路基的不均匀沉降以及累积沉降。
技术介绍
刚性桩在高速铁路、公路路基加固中应用非常广泛，具有刚度大、变形小、施工便捷、质量易于控制等优点。这种由桩加固的路堤称为桩承式路基。桩承式路基在运营期间，受到列车产生的循环荷载。在循环荷载作用下，刚性桩及易发生累积沉降以及承载力变化的现象。路基的厚度是高速铁路路基设计中一项重要的设计指标。目前，高速铁路设计规范设计根据衰减至路基底部的动应力小于路基自重应力的0.2倍来确定路基的厚度，并且认为路基内部的动应力衰减趋势可按照Boussinesq解进行计算。该设计方法并没有考虑桩承式路基内部土拱效应对路基内部动应力传递的影响以及刚性桩在长期循环荷载作用下的累积沉降和承载力变化的现象。现有的研究成果表明，土拱效应对路基内部的动应力传递有明显的影响，其影响规律和土拱对静应力的传播规律影响类似。在土拱的影响下，在土拱高度至路基表面范围内，路基内部的动应力按照Boussinesq解衰减；在土拱高度范围内，桩顶上方土体内部的动应力随路堤深度递增，桩间上方土体内部的动应力则随路基深度加速衰减。对于桩承式路基，桩顶承担了绝大部分动应力，且会对刚性桩的累积沉降产生很大的影响。由于加固桩的沉降对路基表层的差异沉降以及路基的稳定性有较大的影响，因此对于桩承式路基的设计，必须考虑加固桩在长期循环荷载作用下的累积沉降。现有的研究成果表明当单桩的循环荷载比CLR以及静荷载比SLR满足0≤15CLR+5SLR＜3时，加固桩无沉降或略有累积沉降，10周左右达到稳定，累积沉降小于0.1‰d。因此当满足0≤15CLR+5SLR＜3时，能保证桩承式路基运营期间的长期稳定性、安全性以及舒适性。同时研究成果表明桩顶承担的动荷载分担比和EBGEO土拱计算理论得到的桩土荷载分担比较为一致。因此对于桩承式路基内部动应力的计算，需要考虑土拱效应的影响。计算桩顶承担的动荷载可以分成两部计算：1，利用Boussinesq解计算土拱高度上方的动应力；2，根据桩土荷载分担比计算桩顶承担的动荷载(不考虑动应力在土拱内部的衰减)。
技术实现思路
为了控制桩承式路基列车长期循环荷载作用下加固桩的累积沉降，解决桩承式路基列车运行舒适性和安全性的问题，本专利技术的目的在于提供一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法，应用于桩承式路基的设计。本专利技术采用的技术方案是包括以下步骤：1)路基内部的土拱高度He为0.5倍桩间距，表示为0.5s，s为桩帽间距，通过布辛奈斯克(Boussinesq)解计算衰减至土拱高度上方的动应力σd；上述土拱高度He即采用以下公式计算：2)根据上述计算得到的动应力σd与桩间距s、桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方动荷载Pd；3)根据路基填料的重度γ、路基上部荷载ws以及桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方静荷载Ps；4)根据桩端极限承载力Pu与上述步骤得到的桩顶上方静荷载Ps、桩顶上方动荷载Pd采用以下公式计算得到桩顶上方的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR：CLR＝Pd/PuSLR＝Ps/Pu使得计算得到的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR满足0≤15CLR+5SLR＜3的条件，路基的厚度和桩端承载力符合要求，使得路基在长期动荷载作用下，由于桩身引起的累积沉降不发展，完成对桩承式路基加固桩累积沉降的控制。所述的步骤2)中桩顶上方动荷载Pd具体采用以下公式计算得到：Pd＝Ep·s2·σd其中，σd为动应力，s为桩间距，Ep为桩顶荷载分担比。所述的步骤3)中桩顶上方静荷载Ps具体采用以下公式计算得到：Ps＝Ep·s2·σsσs＝γ·H+ws其中，γ为路基填料的重度，H为路基的厚度，ws为路基上部荷载，σs为桩顶平面高度单桩范围内平均应力。所述的桩顶荷载分担比Ep采用以下德国加筋土规范(EBGEO)土拱计算公式得到的：其中，χ为平方参数，λ1为桩帽间距参数，s为桩间距，ws为路基上部荷载，H为路基的厚度，λ2为桩帽布置系数，Kcrit为强度参数，He为土拱高度，a为桩帽尺寸。所述的平方参数χ具体采用以下公式计算：其中，s为桩间距，λ2为桩帽布置系数，Kcrit为强度参数，a为桩帽尺寸。所述的桩帽间距参数λ1具体采用以下公式计算：其中，s为桩间距，a为桩帽尺寸。所述的桩帽布置系数λ2具体采用以下公式计算：其中，s为桩间距，a为桩帽尺寸。所述的强度参数Kcrit具体采用以下公式计算：其中，为路基填料摩擦角。本专利技术的有益效果是：本专利技术考虑了桩承式路基内部土拱效应对路基内部动应力传递的影响规律，考虑了土拱效应会显著增大桩顶上方承担的动荷载。本专利技术考虑了桩承式路基加固桩上方动荷载对加固桩累积沉降的影响。本专利技术考虑了桩承式路基加固桩累积沉降的发展模型，并且选取了一种最为稳定的沉降发展模型，能保证路基在长期列车循环荷载作用下的安全性、稳定性和舒适性。附图说明图1是本专利技术方法的原理示意图。图2是本专利技术涉及的刚性桩在循环荷载作用下三种典型的累积沉降发展模式。图3是在不同循环荷载比CLR以及静荷载比SLR组合下刚性桩累积沉降的发展模式。图1中：1、路基，2、刚性桩，3、桩帽，4、土拱。路基表动应力σ0，土拱高度处动应力σd，桩顶平面平均应力σs，桩顶静荷载Ps，桩顶动荷载Pd，桩端承载力Pu，路基厚度H，路基填料重度γ，土拱高度He，桩间距s，桩帽尺寸a，桩身直径d，路基上部荷载ws，荷载宽度l。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术方法如图1所示，1为路基，2为刚性桩，3为桩帽，4为土拱；桩帽3安装在每个刚性桩2的上面，桩帽3上铺设路基1，桩帽3上方路基1内部形成土拱4。本专利技术的实施例具体过程为：本专利技术单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR满足条件的依据原理如下：图2为刚性桩在循环荷载作用下三种典型的累积沉降发展模式，分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，Ⅰ型累积沉降发展模式是最为稳定的，最有利于控制桩承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法，其特征在于：1)路基内部的土拱高度He为0.5倍桩间距，表示为0.5s，s为桩帽间距，通过布辛奈斯克解计算衰减至土拱高度上方的动应力σd；2)根据上述计算得到的动应力σd与桩间距s、桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方动荷载Pd；3)根据路基填料的重度γ、路基上部荷载ws以及桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方静荷载Ps；4)根据桩端极限承载力Pu与上述步骤得到的桩顶上方静荷载Ps、桩顶上方动荷载Pd采用以下公式计算得到桩顶上方的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR：CLR＝Pd/PuSLR＝Ps/Pu使得计算得到的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR满足0≤15CLR+5SLR＜3的条件，路基的厚度和桩端承载力符合要求，使得路基在长期动荷载作用下，由于桩身引起的累积沉降不发展，完成对桩承式路基加固桩累积沉降的控制。

【技术特征摘要】
1.一种控制桩承式路基加固桩累积沉降的方法，其特征在于：1)路基内部的土拱高度He为0.5倍桩间距，表示为0.5s，s为桩帽间距，通过布辛奈斯克解计算衰减至土拱高度上方的动应力σd；2)根据上述计算得到的动应力σd与桩间距s、桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方动荷载Pd；3)根据路基填料的重度γ、路基上部荷载ws以及桩顶荷载分担比Ep计算得到桩顶上方静荷载Ps；4)根据桩端极限承载力Pu与上述步骤得到的桩顶上方静荷载Ps、桩顶上方动荷载Pd采用以下公式计算得到桩顶上方的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR：CLR＝Pd/PuSLR＝Ps/Pu使得计算得到的单桩循环荷载比CLR以及静荷载比SLR满足0≤15CLR+5SLR＜3的条件，路基的厚度和桩端承载力符合要求，使得路基在长期动荷载作用下，由于桩身引起的累积沉降不发展，完成对桩承式路基加固桩累积沉降的控制；所述的步骤2)中桩顶上方动荷载Pd具体采用以下公式计算得到：Pd＝Ep·s2·σd其中，σd为动应力，s为桩间距，Ep为桩顶荷载分担比；所述的步骤3)中桩顶上方静荷载Ps具体采用以下公式计算得到：Ps＝Ep·s2·σsσs＝γ·H+ws其中，γ为路基填料的重度，H为路基的厚度，ws为路基上部荷载，σs为桩顶平面高度单桩范围内平均应力；所述的桩顶荷载分担比Ep采用以下德国加筋土规范土拱计算公式得到的：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仁朋，汪焱卫，陈金苗，王瀚霖，边学成，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33