基于正交试验方法优化膨胀土地区桩板结构路基设计参数的研究

论文摘要

桩板结构路基是高速铁路无碴轨道的一种新的路基结构形式,它由下部钢筋混凝土桩基、路基本体与上部钢筋混凝土承载板组成。它综合了无碴轨道结构与桩基础的各自特点,具有整体性强、稳定性好、沉降变形小、施工方便、维修工作量少等优点。因此,桩板结构路基在国内外铁路公路路基、地基处理中有很大的推广价值。然而,桩板结构路基在国内的技术开发与工程应用才刚刚起步,既没有现成的设计理论和设计方法,也没有成熟的施工工艺和控制措施。到目前为止,桩板结构路基在国内仅在遂渝线、郑西客运专线、京津城际等客运专线工程中得到应用,尚未将其推广到膨胀土路基工程中。鉴于此,本文将桩板结构路基应用到膨胀土地区铁路路基的处理中。运用正交试验方法,优化了桩板结构路基的设计参数,为桩板结构路基在膨胀土地区的应用提供技术参考。论文的主要工作和结论如下。（1）运用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立了膨胀土地基中桩板结构路基的有限元模型,分别计算了桩底位于膨胀土层和桩底位于基岩层这两种情况下,桩板结构路基的沉降,分析了桩板结构路基和土体各自沉降的特点,进而针对各自的特点,给出了膨胀土地区桩板结构路基设计的建议,为本文的后续研究和膨胀土地区桩板结构路基的设计提供了依据。（2）在总结目前国内外对桩板结构路基设计理论研究的基础上,分析了桩板结构路基桩—板结构的结构力学特点以及膨胀土地区桩基的受力特点,从而提出了膨胀土地区桩板结构路基的设计方法；同时,在参考国外无碴轨道设计方法的基础上,根据目前国内设计经验,给出了膨胀土地区桩板结构路基设计的控制指标。（3）以云桂客运专线DK631+500-DK632+700段为工程背景,通过运用正交试验设计方法,对桩板结构路基的设计参数设计了多种组合方案。按照所设计的组合方案,计算了正交试验确定的技术指标和经济指标,从而分析了桩板结构路基的各设计参数对技术和经济的影响规律。最后,综合考虑桩板结构路基的技术和经济指标,对桩板结构路基设计参数进行了优化,给出了膨胀土地区桩板结构路基具有技术经济优势的设计参数合理取值范围,分别是跨度：5-8m；板厚：0.6-1.0m；桩径：0.8-1.2m；跨数：3-6跨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 桩板结构路基的研究现状
• 1.1.1 桩板结构路基的定义
• 1.1.2 桩板结构路基提出的背景
• 1.1.3 桩板结构路基的研究现状
• 1.2 膨胀土的研究现状
• 1.2.1 膨胀土的定义和分布
• 1.2.2 膨胀土的研究现状
• 1.3 论文研究的背景和意义
• 1.3.1 论文研究的背景
• 1.3.2 研究的重要意义
• 1.4 本文研究内容和技术路线
• 2 膨胀土地基中桩板结构路基沉降的有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 ANSYS有限元软件简介
• 2.2.1 ANSYS的主要特点
• 2.2.2 ANSYS在岩土工程中的应用
• 2.3 基本假定
• 2.4 桩板结构路基的几何实体模型
• 2.5 桩板结构路基的有限元模型和参数设置
• 2.6 荷载情况
• 2.7 有限元计算结果及分析
• 2.7.1 桩底位于膨胀土层
• 2.7.2 桩底位于基岩层
• 2.8 结论和设计建议
• 2.9 本章小结
• 3 膨胀土地区桩板结构路基设计方法
• 3.1 桩板结构路基的结构力学特点
• 3.2 膨胀土地区桩板结构路基桩基受力特点
• 3.2.1 浸水膨胀时桩的受力特点
• 3.2.2 失水收缩时桩的受力特点
• 3.3 膨胀土地区桩板结构路基设计方法
• 3.3.1 桩板结构路基设计荷载
• 3.3.2 桩板结构路基承载板的设计方法
• 3.3.3 膨胀土中桩板结构路基的桩基设计
• 3.4 膨胀土地区桩板结构路基设计控制指标
• 3.4.1 路堤填料控制
• 3.4.2 钢筋混凝土承载板变形刚度控制
• 3.4.3 裂缝控制
• 3.4.4 沉降控制
• 3.5 本章小结
• 4 膨胀土地区桩板结构路基参数优化设计
• 4.1 工程背景
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 地形地貌
• 4.1.3 地层岩性
• 4.1.4 水文地质特征
• 4.2 正交试验设计方法
• 4.2.1 正交试验设计方法的基本概念
• 4.2.2 正交试验设计表
• 4.2.3 正交试验设计的基本程序
• 4.3 桩板结构路基设计参数的正交试验设计
• 4.3.1 确定试验指标
• 4.3.2 确定试验因素和水平
• 4.3.3 选择适合的正交表
• 4.4 桩板结构路基承载板计算
• 4.4.1 MIDAS/Civil简介
• 4.4.2 技术标准及技术参数
• 4.4.3 弯矩设计值计算
• 4.4.4 承载板配筋计算
• 4.5 膨胀土地区桩板结构路基桩基计算
• 4.5.1 桩顶设计荷载计算
• 4.5.2 桩基配筋计算
• 4.6 桩板结构路基设计参数优化
• 4.6.1 正交试验条件下桩板结构路基的技术指标分析
• 4.6.2 正交试验条件下桩板结构路基的经济指标分析
• 4.6.3 设计参数优化
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文研究工作的结论
• 5.2 论文展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果