高速铁路无碴轨道桩-筏复合地基固结特性与沉降控制机理研究

软土地区铁路路基工后沉降控制历来是一个工程技术难题。在高速铁路建设中，这一问题显得更加突出。为此铁道部引入了建筑工程中的桩筏复合地基处理技术，并套用了其原有的设计计算方法。该方法忽略了铁路路基工程荷载条件及沉降控制标准的差异，对地基土固结特性也未加考虑。这给高速铁路工后沉降控制带来了诸多不确定因素，乃至影响运营安全。本项研究基于现场测试及室内模型试验成果，采用理论计算与数值模拟相结合的方法，深入分析筏板-桩-土受力变形特征及地基土固结规律，系统研究路基荷载作用下桩筏复合地基固结特性及沉降控制机理；结合试验数据与模糊控制理论，建立桩筏复合地基固结度表达式；分析地基土固结作用对桩侧摩阻力分布的影响规律，提出考虑固结作用的桩筏复合地基沉降计算方法。项目研究成果完善了高速铁路桩筏复合地基设计方法，并提高工后沉降预测精度，保证高速铁路运营安全。

采用桩-筏复合地基加固高速铁路无砟轨道软基，工后沉降控制是设计的重点与难点，准确计算工后沉降、确保工后沉降满足工程需要成为工程界和学术界颇为关注的问题。为此，课题依托京沪高速铁路2个试验断面和沪宁城际铁路3个试验断面，开展路基全断面沉降变形观测、现场填筑试验，和室内模型试验，系统研究了高速铁路无砟轨道桩-筏复合地基的变形规律，基于桩-筏复合地基的固结特性与沉降机理，提出工程实用与机理分析两类沉降计算方法，研究成果广泛应用于京沪高速铁路与沪宁城际建设，参与京沪项目评奖获铁道学会一等奖1项。培养了7位硕博士研究生。主要创新成果如下：.（1）选取多个典型断面的筏板浇筑、填筑开始、填筑到路堤标高、超载预压以及预压土体卸载这5个时间段的土压力测试数据，分析不同时期的土压力横向分布规律，提出了一种考虑桩侧摩阻力对桩间土影响的筏板下地基反力分布模型。.（2）模型试验获取了桩-筏复合地基桩与土界面荷载传递规律，桩侧摩阻力分布形状基本呈三段直线，桩顶区域承受负摩擦力。其中的变形测试方法申报了国家发明专利。.（3）采用单点沉降计、沉降板、分层沉降监测技术，揭示了桩-筏复合地基沉降变形规律，其中，桩土界面变形不协调，桩体存在上刺和下穿现象，故传统加固区沉降量的概念不适用于该类复合地基，沉降计算应综合考虑桩土相互作用的桩-筏地基的整体效应。.（4）现场测试表明复合地基中存在固结现象，提出加固区固结系数提高系数，基于试算选优原则，建立了工程实用型沉降计算方法。.（5）在Berrum公式计算桩侧摩阻力的基础上，结合模型试验提出桩土界面荷载传递模型与现场测试归纳的桩-筏复合地基桩间土“抛物线形”地基反力分布模型，推导了基于沉降机理的桩-筏复合地基沉降理论计算公式。.（6）针对短时间内实现高标准沉降控制的难题，现场开展沉降测试技术与路基工作性状测试研究，研究成果已在沪宁城际铁路建设中成功应用，经中国铁路总公司科技部鉴定为国际先进水平。