[发明专利]一种桩网复合地基圆倒角桩帽以及其施工方法和设计方法

说明书

本发明涉及一种桩网复合地基圆倒角桩帽，包括桩帽本体，所述桩帽本体的水平顶面与垂直侧面通过圆倒角连接，桩帽本体的垂直侧面与水平底面直角连接。该桩帽避免了切割作用导致的土工格栅断裂破坏。

技术领域

本发明涉及路基工程领域，特别是涉及一种桩网复合地基圆倒角桩帽，以及一种桩网复合地基圆倒角桩帽的施工方法和设计方法。

背景技术

桩网复合地基是软土地区路基工程常用的地基加固手段，由于软土具有孔隙率和含水率高、渗透系数和压缩模量低的特点，路基工程施工较快时无法及时完成排水固结过程，导致路基投入运营后桩间土发生较大的沉降，并进一步导致桩间土与土工格栅和垫层脱离的现象。土工格栅与桩帽间的垫层主要用于防止桩帽边缘对土工格栅的切割作用，但由于桩间土过量沉降导致该层填料掉落至桩间脱空区域，土工格栅在张拉和桩帽边缘切割作用下出现断裂破坏，造成桩网复合地基部分失效、路基工后沉降过大等问题，并且修复困难，对高速铁路的安全舒适运营形成较大威胁。

根据现有的室内和现场试验研究表明，现有桩帽形式中，顶面与侧面均采用直角连接，尖锐的桩帽边缘对土工格栅的切割作用始终存在，桩帽边缘处土工格栅的拉力显著大于桩帽中心和桩间土范围内的土工格栅，桩帽与土工格栅之间的垫层仅能起到缓解的作用，且在桩间土出现过量沉降后易出现失效的问题，不能从根源上避免土工格栅被切割破坏的问题。此外，桩帽边缘处土工格栅出现的拉力较大值分布区域很小，根据小范围内的最大拉力值作为土工格栅整体的设计依据将十分不经济。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供避免桩帽边缘对土工格栅切割作用的一种桩网复合地基圆倒角桩帽，以及该桩网复合地基圆倒角桩帽的施工方法和设计方法。

本发明是采取如下技术方案来完成的：一种桩网复合地基圆倒角桩帽，包括桩帽本体，所述桩帽本体的水平顶面与垂直侧面通过圆倒角连接，桩帽本体的垂直侧面与水平底面直角连接。

进一步地，所述圆倒角与水平顶面平滑过渡，圆倒角为半径R的圆弧，所述圆倒角与垂直侧面形成倾角，倾角与圆倒角的圆心角θ等大。

一种桩网复合地基圆倒角桩帽的施工方法，桩帽本体安装于桩基上，桩帽本体顶部铺设水平土工格栅，土工格栅上填筑高度为H的路基；桩间土表面固结沉降h_b后，水平土工格栅在路基作用下形成总挠度为h_g的挠曲土工格栅，挠曲土工格栅与固结后桩间土表面不接触。

进一步地，所述挠曲土工格栅与桩帽本体相接处的倾角与圆倒角圆心角θ等大，挠曲土工格栅由圆倒角桩帽的圆倒角处平顺过渡至圆倒角桩帽水平顶面上。

一种桩网复合地基圆倒角桩帽的设计方法，包括桩帽本体的圆倒角圆心角θ的设计方法和圆倒角的圆弧半径R的设计方法；

桩帽本体的圆倒角圆心角θ的设计方法步骤，第一步，确定圆倒角之外的桩帽尺寸，并在圆倒角桩帽边缘建立直角坐标系和土工格栅挠度曲线；第二步，计算土工格栅跨中挠度；第三步，根据土工格栅挠度曲线在圆倒角桩帽边缘处的反正切函数和跨中挠度计算圆倒角圆心角；

圆倒角的圆弧半径R的设计方法步骤，第一步，根据复合地基土拱设计方法计算土工格栅有效面积上承担的荷载；第二步，计算单位宽度土工格栅内的拉力；第三步，计算土工格栅拉力导致的拉应变；第四步，计算土工格栅沿圆倒角发生转角时允许的上表面附加拉应变；第五步，根据附加拉应变和土工格栅厚度计算圆倒角桩帽的圆弧半径。

进一步地，桩帽本体的圆倒角圆心角θ的设计方法，具体步骤如下：

步骤一，确定桩帽本体的桩帽高度H_c和宽度a，建立直角坐标系，原点位于挠曲土工格栅与圆倒角桩帽垂直侧面相交处，横轴x由桩帽中心指向外，纵轴y垂直向下，挠曲土工格栅在圆倒角桩帽之间的挠曲线可表述为：抛物线式中s和a分别是桩间距和圆倒角桩帽的宽度，h_g是挠曲土工格栅跨中的挠度；