軟黏土上樁承式路基分析：全比例實驗，數值分析方法
摘要關於加筋土的運用有精確的結論就是加筋土作為一項技術被用在軟土路基上可以減少沉降確保穩定性。這項技術可以減少工程延誤是一種比較經濟可靠的方法，從而使這項技術得到廣泛的使用。由此，產生了許多設計方法去評估這些加筋結構。
這些方法主要基於小模型實驗和數值模擬。這些方法的可靠性必須由現場實驗區驗證。本文展示了在法國謝萊做的全尺寸實驗的分析和數值研究。
文中的研究是asiri法國國家研究專案的一部分。實驗是在通過剛性垂直樁改良的衝擊軟土上建立的5m高路基上進行，路基被分成四個區域來說明樁的影響和加筋土的特性。路基的效能通過監測資料來評估（總壓力、水平和垂直位移）。
許多原位和實驗室調查都通過兩個軸向荷載監測樁基。這些測試驗證了數字模型和樁土結合引數定義的土工假設。一些分析方法和數字模型的運用來監測評估拱效應。
對比不同試驗資料和設計方法的壓力和沉降改善效果。結果顯示這些方法過高估計了壓力效應但是沉降效應的引數是合理的可以用來評估剛性樁混合結構的整體性。
構築在軟土上的路堤在很大區域上引起顯著的荷載。有間隔的加筋土技術被證明是一種有效的防止路基破壞或過度變形解決方法（alexiew and vogel, 2002; kempfert et al.,2004），這項技術包含三個部分：
（1）路基材料（2）荷載傳遞平台以及（3）荷載垂直向堅硬基礎的傳遞分布。通過在荷載平台或者樁帽上新增土工合成材料可以構成任意可選的配置結構，表面和路堤荷載一部分被轉移到群樁上面通過拱效應，這種效應發生在顆粒狀材料構成的荷載平台。這使得荷載分布更均勻並且減少表面沉降，沿著樁的摩擦力也提供了這種增強效果，引發了一種複雜的土和結構相互作用的現象（jenck et al.
, 2005;smith, 2005; combarieu, 2008）儘管這項技術被廣泛運用，其中的機理卻仍然知之甚少。
這篇文章提出了一種解析的以及數值的研究基於2023年在法國謝萊開展的實驗性的測試。這個實驗室法國國家研究專案計畫的一部分，目的是為了在法國運用垂直剛性樁提供乙個指導方針。這篇文章的目的是比較幾種關於全尺寸樁承強化路堤設計方法的**值並進行針對性的評價。
背景許多學者都對強化土壤技術很感興趣，他們的**主要關注向樁頂轉移荷載通過拱現象，low et al. (1994), zaeske (2001), jenck et al. (2007) and chen et al.
(2008b)，研究物理模型實驗來評估樁和基礎土壤之間的荷載分布。無論如何，小規模實驗去模擬強化土壤特性是困難的，使得許多研究都忽視了樁土相互作用的影響(brianon and simon, 2010).。
另一些學者建議用解析的方法去改善這種技術的設計。combarieu (1988, 2008), chen et al. (2008a),russell and pierpoint (1997) 和 russell et al.
(2003)修改了太沙基的活板門實驗(terzaghi, 1943)來評估在樁強化問題中的拱效應（圖1）.然後，太沙基提出的平面應變公式被更新為在研究樁問題中考慮三維空間方向。一種軸對稱公式被combarieu (1988, 2008)和chen et al.
(2008a)提出，以及乙個三維公式被russell and pierpoint (1997)提出。英國規範 (bs8006,1995)也基於剪下荷載傳遞導致拱效應採用john (1987) 和jones et al. (1990)的方法關於二維平面應變。
他們的研究工作都在馬斯頓公式(marston and anderson, 1913).關於埋管上部土拱效應基礎上進行。
一些分析方法假設乙個理想化的樁之間土拱影響（圖1）。在這些方案中，路堤土拱現象假定發展為乙個預先設定好的形狀，比如半圓柱形拱穹頂（hewlett and randolph,1988）球面網殼形(kempfert et al., 2004)或者對數螺旋貝殼形(naughton, 2007)，新版的bsb006規範標準包括被hewlett and randolph(1988)發展3d分析形狀。
一些分析方法建立在模擬載荷試驗基礎上，比如guido et al. (1987)的土工加筋層，svano et al. (2000)基於carlsson(1987)的工作建議稜柱的斜率根據土的特性來確定（圖1）collin (2007)建議構造乙個剛性土工加固墊。
在這種結構中，稜柱邊的斜率將一致即β=1。土工加筋層單獨確定尺寸來支撐相應臨界高度的土楔體，這將確保整個路堤荷載傳遞到樁上，如果樁固定在剛性基礎之上，則產生的沉降會很小。
一些分析方法提出整體法去計算樁承路堤技術。combarieu (1988), filz和smith (2007) 以及chen et al. (2008a)提出了方**來預估在路堤底部的應力分布（一種適應太沙基的方法）結合常用技術來**土和樁的沉降。
combarieu (1988)利用表面負摩阻原則(combarieu, 1974)計算基礎土體的應力分布並用一維固結公式**基礎土體沉降。filz and smith (2007)使用了彈性的解決方案，按照poulos and d**is (1974)提出的固體圓柱(樁)被乙個厚壁圓筒(土壤)包圍模型，計算應力分布和沉降。在這種方法中，摩爾庫倫屈服準則控制的滑動和沉降可以視情況通過一維固結理論計算出來。
chen et al. (2008a)也結合修正的太沙基方法，包括相等的沉降水平，在基礎土體和樁之間摩擦力和正常應力條件下。這些與沉降相關的概念都被包含在乙個系統中用微分方程來解決一維壓縮問題，解決計算系統平衡的方法被這些作者提出。
這種方法中用到的土體性質通過randolph and wroth (1978)來計算樁頂土體剪下摩擦剛度和正常剛度，teh and wong (1995)計算了最終表面摩擦，並通過太沙基的極限承載力公式計算極限頂部反力。
對比這些設計方法展示了他們在荷載傳遞分布**和強化路堤性質方面的不同，如russell and pierpoint (1997), kempton etal. (1998), briancon et al. (2004) 和 filz and smith (2007)提到的。
kempfert et al. (2004) and filz 和 smith (2007). kempfert et al.
(2004)提出三維空間計算包括土工材料影響的分析方法，將土工材料性質看作一種彈性連線，之後包含基礎土體相互作用的土工加筋荷載系統的微分方程被定義。filz and smith'(2007)的方**中評定土工材料的張力和應變是根據**彈性條件下的計算撓度。撓度計算也包含了軟土的影響。
基礎土體分擔了剩餘的路堤荷載。
進行數值模擬來更好的理解初試的荷載傳遞的物理現象。數值模擬被用來複製室內試驗和模擬真實過程中的各種性質。然而很少有研究關注樁的承載能力，包括樁頂承載力和樁的抗剪能力。
實現這些分析確實現實中很困難，所以研究一般著眼於系統中的乙個方向例如路堤中的荷載傳遞不是作為乙個整體去分析。
一般來說，解析法更傾向易用工具設計的樁承路堤。但是這些方法很少能在現場實測中被驗證。全比例模型實驗的可靠資料是非常難得的，因為實驗費用相當高。
通過一些被記錄的全比例實驗比如almeida et al. (2007), liu et al. (2007), 以及wachman et al.
(2010)曾做過的記錄看以看出一些共性之處：
原位土體特性用針入度實驗測定，十字板剪下以及壓力測試實驗也包括在這些實驗中，雖然只有符合固結規律的土體的剪下實驗可靠資料可以獲得。
所有實驗專案只在加筋強化平台上被觀察，平行對照實驗沒有加筋強化。通常，很難去評估自然拱效應範圍和沉降減小的比例。
專案一般資訊
謝萊實驗被brianon et al. (2009)和brianon and simon (2012)記錄描述，結構的詳細資訊，土體引數條件，和實驗資料通過查閱相關文獻可以得到，在本**中只有數值模型和分析設計中用到的資訊提供。
實驗基於之前在衝擊壓縮下土建設的橋梁專案。土壤資料在加筋專案實驗區收集，針入度實驗、壓力實驗和十字板剪下實驗在原位進行並且由室內三軸實驗補充。
實驗主體為5m高的路堤，如圖2所示為基本形狀。路堤被分為四個區域，其中三個區域被剛性樁強化（2r、3r和4r），剩下1r區域沒有加強作為對照。水平加筋層被用在三個強化區域中的兩個內（3r和4r）,樁被設定在8m厚的壓縮性土中並且底部嵌入堅硬的碎石砂層，總的長度為8.
4m。樁的彈性模量為18gpa，泊松比為0.2，這些引數通過伸長計測定，比重為23kn/m3。
3r和4r區域被兩層土工格柵進行加筋強化，加筋材料抗拉強度分別為750kn/m和520kn/m。
測試系統主要集中測試樁頂層的應力和沉降。沉降感測器（t）、垂直磁力沉降觀測器（tm）和土壓力盒（epc）被用在路堤四個測試區域的軸線上，路堤的側向變形由傾角計來記錄，地下水位通過孔隙壓力計測定，測量裝置的位置如圖2所示。其他測試裝置比如土工格柵上布置的光纖應變感測器也被安置，不過沒有在本文中標註。
謝萊實驗比起其他樁路堤實驗有一些優勢，例如設定了沒有樁強化的壓縮性土對照區域，該實驗還同時設立了兩種不同的加筋層，也進行了樁的軸線載入實驗。對照組（1r和2r）可以用來直接評估兩個樁和土工加筋層強化區域（3r和4r圖2所示）的效果。為了完成這個目的，對照區和強化區採用相同的載入條件，2r區域只布置了樁但是沒有加筋強化。
3.1.土壤條件
進行了一些原位和室內土體觀測實驗，原位測試、鑽孔、cpt和壓力測試來定義地質剖面。計程儀、三軸和壓力表測試來測定土體的岩土引數，測試記過列入表1。最終狀態是在構造完成後兩周內獲得，沖積土的快速固結性質也通過壓力計的記錄資料被驗證，更多的變形在路堤建造過程中被記錄。
3.2.樁壓力測試
單樁力學特性分析顯示了樁土相互作用對整個結構的穩定性產生顯著的影響(said et al.,2009)。樁分析的基本原理依靠基於室內和全比例原位實驗觀察資料總結的經驗公式(randolph, 2003)。
測試樁可直接定量化為荷載沿著樁身分布，軸線荷載和表面摩擦莊圖相互作用能被定義。
端承樁和摩擦樁專業知識
樁基礎根據其在土中受力情況不同,可分為端承樁和摩擦樁。端承樁是穿過軟弱土層而達到深層堅實土的一種樁,上部結構荷載主要由樁尖阻力來承擔 摩擦樁是完全設定在軟弱土層一定深度的一種樁,上部結構荷載要由樁尖阻力和樁身側面與土之間的摩擦力共同來承擔。建築基樁穿過覆蓋層嵌入基岩中 嵌固於未風化岩中不小於0.5m...
四樁樁基承臺計算
專案名稱日期 設計者校對者 一 設計依據 建築地基基礎設計規範 gb50007 2011 混凝土結構設計規範 gb50010 2010 建築樁基技術規範 jgj 94 2008 二 示意圖 三 計算資訊 承臺型別 四樁承臺計算型別 驗算截面尺寸 構件編號 ct 1 1.幾何引數 矩形柱寬 bc 60...
四樁承臺計算書
一 示意圖 二 基本資料 承臺型別 四樁承臺承臺計算方式 驗算承臺尺寸 1 依據規範 建築地基基礎設計規範 gb 50007 2002 混凝土結構設計規範 gb 50010 2002 2 幾何引數 承臺邊緣至樁中心距 c 400 mm 樁列間距 a 1500 mm樁行間距 b 1500 mm 承臺根...