[发明专利]一种路基底部膨胀土复合桩基的抗隆起设计方法

摘要

一种路基底部膨胀土复合桩基的抗隆起设计方法，包括以下步骤：确定设计目标；勘察岩土参数；初选并确定复合桩基参数；确定计算参数；路基顶面隆起量计算；确定复合桩基设计参数。本发明综合考虑复合桩基置换作用、侧表锚固作用及路基填土消能效应三大因素，在以路基顶面隆起量为设计控制目标的基础上提出，能够科学合理的开展膨胀土复合桩基的抗隆起设计，有效控制了地基加固工程数量，达到减少铁路建设成本的目标，弥补了规范存在的空白，适应实际工程需要。

主权项

1.一种路基底部膨胀土复合桩基的抗隆起设计方法，包括以下步骤：(1)确定设计目标根据高速铁路变形控制要求，确定铁路路基(M)顶面的允许隆起量单位mm；(2)勘察岩土参数通过取样实测或现场调查，确定膨胀土地基(D)的大气影响深度或浸水影响深度l，单位m；通过现场地质钻孔调查及室内土工测试，确定第i层土的膨胀指数C_si，确定干旱季节第i层土的初始孔隙比e_0i，确定第i层土的原位净上覆应力σ_y0i，单位kPa，确定干旱季节第i层天然膨胀土的初始膨胀力σ_s0i，单位kPa，确定外界降雨或浸水作用后第i层天然膨胀土的剩余膨胀力σ_sfi，单位kPa；(3)初选并确定复合桩基(1)参数初选复合桩基(1)桩径d，单位m，初选复合桩基(1)桩间距s，单位m，所述复合桩基(1)按正方形等间距布桩，确定复合桩基(1)桩长L，单位m，所述复合桩基(1)桩长L不小于大气影响深度或浸水影响深度l；通过现场实际勘察或试桩试验，确定复合桩基(1)的“中性点”深度l₀，单位m，确定“中性点”位置以上第i层土遇水膨胀后在复合桩基(1)侧表产生的向上切向力f_i，单位kPa，确定“中性点”位置以下第i层土对复合桩基(1)侧表产生的向下切向力f_i'，单位kPa,i＝1，2，3…；(4)确定计算参数通过以下公式确定复合桩基(1)计算深度范围内干旱季节第i层土的初始膨胀力σ_b0i：σ_b0i＝σ_s0i(1‑m)式中σ_b0i为复合桩基(1)计算深度范围内干旱季节第i层土的初始膨胀力，单位kPa；σ_s0i为干旱季节第i层天然膨胀土的初始膨胀力，单位kPa，由步骤(2)确定；m为桩土面积置换率；通过以下公式确定复合桩基(1)计算深度范围内外界降雨或浸水作用后第i层土的剩余膨胀力σ_bfi：σ_bfi＝σ_sfi(1‑m)式中σ_bfi为复合桩基(1)计算深度范围内外界降雨或浸水作用后第i层土的剩余膨胀力，单位kPa；σ_sfi为外界降雨或浸水作用后第i层天然膨胀土的剩余膨胀力，单位kPa，由步骤(2)确定；通过以下公式确定复合桩基(1)赋予“中性点”位置以上第i层土的锚固力σ_ui：式中σ_ui为复合桩基(1)赋予“中性点”位置以上第i层土的锚固力，单位kPa；f_i为“中性点”位置以上第i层土遇水膨胀后在复合桩基(1)侧表产生的向上切向力，单位kPa，由步骤(3)确定；f_i'为“中性点”位置以下第i层土对复合桩基(1)侧表产生的向下切向力，单位kPa，由步骤(3)确定；H_i为第i层土的分层厚度，单位mm；d为复合桩基(1)桩径，单位m；s为复合桩基(1)桩间距，单位m；(5)路基(M)顶面隆起量计算通过以下公式确定路基(M)顶面隆起量式中，为路基(M)顶面隆起量，单位mm；κ为路基(M)填土消能系数；Δs_ei为路基(M)底部第i层膨胀土复合桩基(1)的隆起量，单位mm；C_si为第i层土的膨胀指数，由步骤(2)确定；H_i为第i层土的分层厚度，单位mm；e_0i为干旱季节第i层土的初始孔隙比，由步骤(2)确定；σ_y0i为第i层土的原位净上覆应力，单位kPa，由步骤(2)确定；σ_b0i为复合桩基(1)计算深度范围内干旱季节第i层土的初始膨胀力，单位kPa，由步骤(4)确定；σ_bfi为复合桩基(1)计算深度范围内外界降雨或浸水作用后第i层土的剩余膨胀力，单位kPa，由步骤(4)确定；Δσ_yi为路基(M)填土产生的总应力变化，单位kPa；σ_ui为复合桩基(1)赋予“中性点”位置以上第i层土的锚固力，单位kPa，由步骤(4)确定；n为路基底部复合桩基计算深度范围内膨胀土的层数；(6)确定复合桩基(1)设计参数：根据步骤(5)路基(M)顶面隆起量计算结果，判定是否满足若满足则取步骤(3)中初选的桩径d、桩间距s及桩长L作为复合桩基(1)设计参数；若不满足则重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)的工作，直至满足以确定复合桩基(1)设计参数。