本文是一篇建筑工程管理论文，本文以广东省南粤交通东雷高速公路 K24+088 处涵洞工程为背景，针对实际工程中素混凝土桩发生了折断的问题展开了研究。本文首先对国内复合地基的研究进行了总结归纳。采用 MIDAS 有限元软件还原了现场的施工过程，以探究现场素混凝土桩破坏的原因；随后采用数值模拟分析了素混凝土桩含有桩帽、钢板桩围护结构的长度及刚度、素混凝土桩的桩长、桩径及刚度等因素对素混凝土桩位移和内力的影响；最后对该涵洞工程的优化进行了简要分析。
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
我国许多地区分布着大量的软土。软土的强度低、渗透性差，承载力较低。在软土地区修建公路、铁路、市政道路时面临的关键技术问题是道路路堤稳定和沉降。目前不少地基处理方法是通过形成复合地基来达到提高软土的地基承载力，进而达到减少沉降的目的。而复合地基是指在地基处理过程中，部分土体得到增强或被置换，或在地基中设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两个部分组成的人工地基。复合地基理论在上世纪 60 年代被提出，70 年代时我国处理地基开始使用碎石桩，效果较好[1]。随后复合地基的使用范围逐渐扩大，特别是近年来，CFG 桩复合地基因其承载力高、整体稳定性好、成本低和便于机械化施工等优点，在我国基本建设中得到了广泛应用[2,3]。
21 世纪以来，我国社会经济的快速发展，交通建设的步伐也不断加快。为了使交通道路顺利通过水渠而不妨碍交通，就必须要在道路下面修输水建筑物——涵洞。涵洞作为埋设在填土下的输水建筑物,除了交通工程以外，它在水利、供排水等工程中也被广泛使用。其施工包括基坑开挖、洞体施工及回填土体三大部分。目前对于简单涵洞工程的研究已较为完善，但针对软土地区复合地基的涵洞工程，如图 1-1，涵洞基坑支护、开挖的工况往往都比在正常地基中的工况更加复杂，基坑开挖引起的变形和破坏的机理也更难分析。由于实际工程中时有遇到这类工况，因此对复合地基中涵洞基坑开挖的影响因素和作用范围等方面的理论研究、以及分析与工程实际运用结合等方面的需求都表现的十分迫切。
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1.2 研究现状
（1）模型试验方面：
李连祥等[4]开展了离心模型试验，研究了邻近基坑开对 CFG 桩复合地基变形、土压力等分布和变化规律的影响。研究表明：开挖引起 CFG 桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显;开挖引起桩土不同步沉降，导致支护结构背后土压力分为增长区和减小区两部分。开挖引起的地表沉降呈指数形式，引起的 CFG 桩水平变形和范围随着与基坑边距离的增大而减小。
陈天宇[5]采用离心机进行了无载复合地基基坑开挖试验，并结合数值分析的结果，采用两阶段法研究了单桩受基坑开挖影响的位移性状，得出了在复合地基中支护结构土压力的计算方法，并进一步分析了支护结构与地下室外墙的相互影响规律。
田静成[6]通过模型试验模拟了邻近刚性桩复合地基的两个基坑开挖过程，比较了基坑周边有无刚性复合地基的情况，证明复合地基与支护结构之间的“主柱”为非有限体，Ｈ者具有复杂的相互作用，分析了复合地基加固深度大于或小于基坑开挖深度时基坑位移和支护结构受力和位移规律。
MIYAKE 等[7-9]通过离心机模型试验发现路堤下刚性桩复合地基中水泥搅拌桩的除了常见的桩体剪切破坏外，在一定条件下，刚性桩还可以发生弯曲破坏、桩间土绕流破坏、桩身倾斜、以及桩体受压破坏等。Kitazume[8]通过大量离心模型试验，发现了路堤下刚性桩发生了桩体的弯曲破坏；Terashi[9]通过模型试验，当桩间距较较大时，且桩间土强度很软弱时，刚性桩复合地基易发生桩间软土绕桩体发生滑动破坏。
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第二章 复合地基中基坑开挖的相关理论分析
2.1 复合地基基础理论
地基处理的方法大致可以分为复合地基、多层地基以及均质地基，其中复合地基是实际工程中最常见的一种地基处理方式。在荷载作用下，复合地基中的基体部分（天然地基）以及增强体部分（人工置换、增强或者加固）会共同承担。而根据复合地基中人工设置的增强体方向，复合地基又可以分为水平向增强体复合地基（如图 2-1）以及竖向加强体复合地基[45]（如图 2-2）。
顾名思义，水平向增强体复合地基指的是复合地基中增强体的方向为水平向，主要为加筋土地基，加筋材料主要是土工格栅和土工织物。
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2.2竖向增强体复合地基的常用概念
竖向增强体复合地基的面积置换率是指复合地基中增强体的横截面面积与其所承担的复合地基面积的比值[54,55]。由于面积置换率可以用来确定复合地基的承载力特征值，在复合地基的设计中是一个较为重要的设计参数，因此对竖向增强体复合地基的面积置换率进行简要的介绍和分析。
通常竖向增强体复合地基中增强体的布置形式有三种：a. 正方形布置；b. 等边三角形布置；c. 网格状布置（增强体为连续墙形状）。图 2-4 为三种布置形式的俯视图。
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第三章 某高速公路工程涵洞基坑开挖对复合地基影响实例分析.............................23
3.1 工程概况..........................23
3.2 涵洞工程简介及施工工序..........................25
第四章 软土复合地基应力及变形影响因素分析.......................48
4.1 素混凝土桩有桩帽的影响.......................48
4.1.1 计算模型..........................48
4.1.2 计算结果分析............................49
第五章 软土复合地基涵洞工程优化方案分析..........................87
5.1 不同堆载距离下素混凝土桩的内力及变形.....................87
5.2 含有内支撑时素混凝土桩的内力及变形.....................93
第五章 软土复合地基涵洞工程优化方案分析
5.1 不同堆载距离下素混凝土桩的内力及变形
(1) 位移结果分析
图 5- 1 至图 5- 4 为不同堆载距离下，素混凝土桩位移变化云图及曲线。由图可知，随堆载距离的增加，桩体最大水平位移逐渐减小，以 1 号素混凝土桩为例，堆载土距离为 4m、5m、6m、7m 时，桩身最大水平位移为为 13.7cm、13.2cm、12.7cm、12.1cm，由第三章可知，当堆载土距离为 3m 时，桩身最大水平位移为 14.7cm，堆载土 4m 至 7m相比原堆载土 3m 分别减小了 1cm、1.5cm、2cm、2.6cm，减小幅度分别为 6.8%、11.4%、15.7%、17.7%。由此说明，随堆载距离的增加桩体位移有较为明显的减小。对于 5 号桩，随堆载距离的增加，桩体水平位移变化较小，堆载土距离为 4m 至 7m 时，桩身最大水平位移分别为 7.8cm、7.6cm、7.5cm、7.4cm，由第三章可知，堆载土距离为 3m 时，最大水平位移为 8.2cm，分别减小了 0.4cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm，减小幅度分别为 4.9%、7.3%、8.5%、9.8%。这是由于 5 号桩位于路基堆载的正下方，随堆载距离基坑边缘的增加其所承受的荷载基本不变，因此其位移变化较小。
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第六章 结论与展望
6.1 结论
本文以广东省南粤交通东雷高速公路 K24+088 处涵洞工程为背景，针对实际工程中素混凝土桩发生了折断的问题展开了研究。本文首先对国内复合地基的研究进行了总结归纳。采用 MIDAS 有限元软件还原了现场的施工过程，以探究现场素混凝土桩破坏的原因；随后采用数值模拟分析了素混凝土桩含有桩帽、钢板桩围护结构的长度及刚度、素混凝土桩的桩长、桩径及刚度等因素对素混凝土桩位移和内力的影响；最后对该涵洞工程的优化进行了简要分析。通过以上分析得出如下结论：
（1）该软土地区素混凝土的抗弯强度无法满足要求，且土体所承受的最大剪应力小于其极限剪应力值，由此判断实际工程中素混凝土桩的破坏是由于其所承受的弯矩大于其自身弯矩承载力而折断的，即素混凝土桩承受过大的土压力而首先发生破坏，且基坑外侧素混凝土桩亦有可能已经发生折断。
（2）设置桩帽可增加桩顶面的受力面积，使得桩体承受更多的承载力，从而一定程度上减小基坑内侧素混凝土桩的位移、应力及弯矩，而现场基坑内侧桩体的破坏可能与未施工桩帽有关。
（3）增加钢板桩的桩长及刚度并不能有效地减少素混凝土桩内的力和弯矩，因此针对该工程通过增加钢板长度或者刚度来防止素混凝土桩被折断不是行之有效的方法。
参考文献（略）
