刘 刚

1 基本参数与计算方法

1.1 基本参数

1)路堤填料:重度γ=19 kN/m3,C=17 kPa,φ=30°;2)灰土垫层:由于没有查得其基本参数,其取值采用路堤填料的基本参数值,由于土基压缩模量一般取35MPa～40 MPa,在此偏安全取35 MPa;3)布桩形式:采用PTC管桩正方形布置,桩径0.4 m,桩间距3m,3.5m,桩帽1.4m×1.4m。

1.2 计算方法

采用W.J.Hew lett计算式进行计算桩、土分担的荷载量,加荷方式认为一次加载,路堤填土高度分别取3 m,4 m,5 m,6 m和7m。本计算采用太沙基极限承载力理论进行计算。上刺入量的估算主要采用目前工程中经常采用的估算式进行计算,在计算过程中,灰土垫层厚分别取1.5 m和2 m。

2 桩土荷载分担计算

W.J.Hew lett和M.F.Randolph通过模型和现场试验,分析了砂填料在群桩为正方形布置下,路堤中的空间土拱效应,土拱效应最终反映在桩的荷载分担比E上,桩的荷载分担比定义为由桩所承担的路堤荷载与总路堤荷载之比:

其中,pu为桩帽上方土压力;s为桩心距。可知桩的荷载分担比主要受三个因素影响:桩帽大小和桩间距、路堤填土高度、路堤填土的内摩擦角。

则桩体荷载分担比的计算公式为:

其中,δ为桩帽宽与桩心距之比,且δ=b/s;Kp为被动土压力系数,且Kp=(1+sinφ)/(1-sinφ),φ为路堤填土内摩擦角。

路堤填土高度分别取3m,4m,5m,6m,7m时,由式(1),式(2),式(3)可计算出桩体分担的荷载,进而求出桩、桩间土应力。

通过计算发现,桩心距为3 m时,桩帽顶荷载分担比为81%,桩土荷载比为4左右,桩土应力比为15左右;桩心距为3.5 m时,桩帽顶荷载分担比为72%,桩土荷载比为2.5左右,桩土应力比为13.5左右,如表1所示。

由此可见,由于路堤填土中土拱效应以及桩帽的作用,使得桩体分担了大量的荷载,桩顶出现应力集中现象,桩体的承载能力可得到充分发挥。……