一种加固路基的多级桩构造及设计方法与流程

本发明涉及岩土工程，尤其涉及一种加固路基的多级桩构造及设计方法。

背景技术：

1、随着中国铁路事业的蓬勃发展，越来越多的高速铁路在西南山区修建，出现了大量陡坡路基(地面横坡陡于1∶2.5地段的路堤)工程，导致线路的安全性问题极为突出，集中表现为整体稳定性差和差异沉降大。桩板墙作为支挡结构在陡坡路基收坡加固工程中得到了广泛应用，桩板墙是一种被动受力的支挡结构，依靠锚固段地基土侧向变形产生的抗力来平衡悬臂段墙背土压力。因此，悬臂段荷载水平影响锚固段地基岩土的变形特征，决定铺固桩侧向位移的响应，进而使得路堤式桩板墙后的路基面工后沉降难以控制。尤其当桩板墙应用于高速铁路无砟轨道路堤支挡时，为控制路基的附加沉降，要求锚固桩的侧向变形处于一定限值，以满足高速铁路对线路平顺性、稳定性和耐久性的要求。

2、目前，用于加固陡坡路基的传统桩板墙，其悬臂段较长，截面较大，且受边坡襟边宽度的要求，锚固段也相应加长，一方面悬臂段在荷载的直接作用下发生较大的变形，另一方面锚固段微小的侧向变形在桩顶处被放大，使得结构变形、附加沉降和稳定性难以控制，从而影响运行舒适性，过大的结构变形和附加沉降还将引起安全事故，同时，陡坡地段较难修建配套的运营维护公路，不利于养护维修。因此，随着山区陡坡路基工程建设的常态化发展，亟需一种既变形小又安全的新型陡坡路基支挡结构，以适应山区交通工程的发展需求，并且设计方法及结构施工简单、易操作、便于运营维护。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服加固陡坡路基的传统桩板墙稳定性差、侧向变形大，附加沉降难以控制的问题，提供一种加固路基的多级桩构造及设计方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种加固路基的多级桩构造，包括第一级桩板墙和多级支撑结构，所述第一级桩板墙位于路肩侧，所述多级支撑结构位于所述第一级桩板墙远离路肩侧布置，所述支撑结构为多级梯次设置，所述支撑结构包括多个横梁和多个副桩，所述横梁的一端与所述副桩刚接，所述横梁的另一端与上一级支撑结构铰接。

4、本发明提供的加固路基的多级桩构造，以加固陡坡路基的第一级桩板墙与多级支撑结构的组合代替传统的路肩桩板墙，能保证陡坡路基的稳定性，且侧向变形小，可有效控制路基附加沉降；本技术的构造横梁与本级副桩之间刚接，横梁与上一级支撑结构之间采用铰接，受力结构明确，便于计算。

5、可选地，所述第一级桩板墙与相邻所述副桩之间，及相邻两个所述副桩之间均挂设挡土板并设有填土。

6、在第一级桩板墙与相邻副桩之间，及相邻两个副桩之间均挂设挡土板并设有填土，，形成运营维护公路，提高了维护人员的作业效率。

7、可选地，所述多级支撑结构的级数为n，n≥2。

8、一种加固路基的多级桩设计方法，用于设计上述的一种加固路基的多级桩构造，所述多级支撑结构的级数为n，包括如下步骤：

9、s1.根据所述多级支撑结构第n级所述副桩的截面尺寸、锚固条件及地层岩性，计算第n级所述副桩的截面的计算宽度bp，单位，m；并采用k法或m法计算第n级所述副桩的变形系数βn或αn；

10、bp＝knu·kn2·knt·b

11、其中，b为第n级所述副桩截面实际宽度，单位，m；

12、kn1为形状换算系数；

13、kn2为受力换算系数；

14、kn3为桩间相互影响系数；

15、

16、式中dn-1为本桩与前排桩的桩间净距，单位，m；

17、dn为本桩与后排桩的桩间净距，单位，m；

18、en-1为n-1级所述副桩的弹性模量，单位，pa；

19、en为n级所述副桩的弹性模量，单位，pa；

20、en+1为n+1级所述副桩的弹性模量，单位，pa；

21、in-1为n-1级所述副桩截面惯性矩，单位，m4；

22、in为n级所述副桩截面惯性矩，单位，m4；

23、in+1为n+1级所述副桩截面惯性矩，单位，m4；

24、a，b为桩间填土的影响系数；

25、s2.计算所述副桩锚固段顶部的剪力fsn，单位，n；

26、fsn＝fn

27、其中fn为第n级所述横梁传递至第n级所述副桩顶部的横向力，单位，n；

28、计算所述副桩锚固段顶部的弯矩mn，单位，kn·m；

29、mn＝fn×hn

30、其中hn为第n级所述副桩的悬臂段长度，单位，m；

31、采用k法或m法建立所述副桩锚固段弹性地基梁和悬臂段的挠曲线微分方程，并根据所述副桩桩底的边界约束条件，求得所述副桩桩身各截面的变形和内力，得到所述副桩桩顶的水平位移x’n，单位，m；

32、x’n＝gn(fn)；

33、s3.重复s1，求得第n-1级所述副桩的变形系数βn-1或αn-1；

34、s4.计算n-1级所述副桩锚固段顶部的剪力fs(n-1)，单位，n；

35、fs(n-1)＝fn-1-fn；

36、其中fn-1为第n-1级所述横梁传递至第n-1级所述副桩顶部的横向力，单位，n；

37、计算第n-1级所述副桩锚固段顶部的弯矩mn-1，单位，kn·m；

38、mn-1＝fn-1×hn-1-fn×h’n

39、其中hn-1为第n-1级所述副桩的悬臂段长度，单位，m；

40、h’n为第n级所述横梁顶部与第n-1级所述副桩锚固点之间的距离，

41、重复s2、s3，求得第n-1级所述副桩桩身各截面的变形和内力，得到第n级所述横梁与第n-1级所述副桩铰接节点处的第n-1级所述副桩桩身的水平位移x’(n-1)＝gn-1(fn-1，fn)，单位，m；

42、s5.根据第n-1级所述副桩与第n级所述横梁铰接处的变形协调条件，x’n＝x’(n-1)，求得fn-1＝fn(fn)；

43、s6.重复步骤s3-s5，直至求得f0＝f1(f1)；

44、其中，f0为所述第一级桩板墙的墙后库伦土压力，单位，n；

45、s7.根据所述第一级桩板墙的桩截面尺寸、锚固条件、地层岩性及列车荷载参数，计算所述第一级桩板墙的墙后库伦土压力f0，单位，n，并且根据f0＝f1(f1)，f1＝f2(f2)，…，fn-1＝fn(fn)，依次求得各级结构桩顶部水平力fn，单位，n。

46、本发明提共的提出的加固路基的多级桩构造设计方法，计算方法简便，便于操作，不用建立有限元模型，能够适应实际工程需要。

47、可选地，s1中，桩间净距不小于2m。

48、可选地，s1中，当桩间填土为非粘性土时，a，b取值为0.98。

49、可选地，s1中，当桩间填土为粘性土时，a，b取值为0.95。

50、可选地，s1中，本桩前排无桩时，en-1和in-1取值均为0。

51、可选地，s1中，本桩后排无桩时，en+1、in+1取值均为0。

52、可选地，s6中，所述第一级桩板墙的墙后库伦土压力的修正系数取1.25。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

54、1.本发明提供的加固路基的多级桩构造，以加固陡坡路基的第一级桩板墙与多级支撑结构的组合代替传统的路肩桩板墙，能保证陡坡路基的稳定性，且侧向变形小，可有效控制路基附加沉降；本技术的构造横梁与本级副桩之间刚接，横梁与上一级支撑结构之间采用铰接，受力结构明确，便于计算。

55、2.本发明提供的加固路基的多级桩构造，在第一级桩板墙与相邻副桩之间，及相邻两个副桩之间均挂设挡土板并设有填土，，形成运营维护公路，提高了维护人员的作业效率。

56、3.本发明提共的提出的加固路基的多级桩构造设计方法，计算方法简便，便于操作，不用建立有限元模型，能够适应实际工程需要。