摘要：对于高速铁路和客运专线，路基强度、稳定性和沉降变形问题至关重要。桩板结构作为一种新型的高速铁路松软土路基处理结构形式，具有多方面优点。其不但强度较高、刚度较大，而且施工稳定性好、沉降变形控制效果好，国内外均广泛应用。本文对埋入式桩板结构路基的沉降变形、结构受力特性进行了分析。在此基础上考虑了桩长、桩体纵向间距、桩径、承台板厚度等因素对埋入式桩板结构路基沉降与结构受力的影响进行了研究。
关键词：桩板结构；路基沉降；影响因素；
1.国内外桩板结构研究进展
目前，对桩板结构路基的研究主要集中在结构设计、受力特性、沉降计算、动力特性、温度效应等方面。研究方法主要有理论分析计算法、有限元仿真计算、模型试验研究、现场试验研究等。对于高速铁路路基，沉降控制是路基工程的重点内容。桩板结构路基沉降计算是桩板结构路基研究的重要内容。
2桩板结构路基受力沉降影响因素
2.1桩板结构路基参数
通过室内试验得到6%水泥改良土粘聚力为50kPa，内摩擦角为30°，由式得6%水泥改良土与桩界面的摩擦角δ为20°，摩擦系数μ=0.36。素土挤密桩复合地基与桩界面的摩擦角δ为19°，摩擦系数μ=0.34。
2.2荷载情况
因为桩板结构路基的沉降主要是由上部竖向荷载引起的，因此对路基模型荷载的施加只考虑竖向荷载作用。根据考虑列车活载竖向动力作用时，列车竖向活载等于列车竖向静载乘以动力系数（1+μ）。桩板结构跨度分别为5m、6m、7m、8m，跨数n大于等于5，动力系数（1+μ）等于1.33。轨道及列车荷载的施加根据《高速铁路路基设计规范》进行取值。
2.3地应力平衡
对于复杂的接触模型，需要对土体进行地应力平衡，没有地应力平衡会导致模型单元在自重作用下产生严重变形，导致塑性计算无法实现。在地应力平衡后，对路基施加铺轨工程开始后所受荷载所得沉降量即为工后沉降。
建立两个Part对土体模型进行地应力平衡，分别得到应力文件后，导入计算模型，对路基结构进行地应力平衡。然后对计算模型施加承台板、轨道及其附属结构、行车荷载等，对路基有限元模型进行计算。
3桩板结构路基设计参数对路基受力变形的影响
3.1承台板厚度对路基受力变形的影响
3.1.1承台板厚度对路基工后沉降的影响
分别将承台板板厚调整为0.6m、0.7m、0.8m、0.9m，对桩板结构路基施
加重力荷载进行地应力平衡后，将路基所受竖向荷载根据施工情况分别施加于路基表面，对路基结构进行有限元计算。各工况下路基沉降量见表。
从表中可看出，随着荷载的施加，路基沉降量逐渐增大。板厚为0.9m时路基总沉降为52.1mm，板厚为0.6m时路基总沉降量为54.9mm，增大板厚并没有减小路基沉降量。桩板结构设计参数中的承台板厚度不是路基沉降的主要影响参数。工况3与工况4路基沉降差值为工后沉降量。
3.1.2桩长对路基受力变形的影响
关于桩长对路基工后沉降的影响：对桩板结构路基施加重力荷载进行地应力平衡，将路基所受竖向荷载根据施工情况分别施加于路基表面对路基结构进行有限元计算。可得出结论：增大桩长能明显减小路基沉降量。桩长增加，加固区高度增加，下卧层顶面高度降低，加固区范围内的平均单位厚度土体的压缩量降低的同时，下卧层顶面沉降减小。
3.1.3关于桩长对桩土荷载分担的影响
桩长较小时，桩顶不会出现拉应力。桩长越长，桩顶最大拉压应力越大，应力集中现象越明显。这是因为，增大桩长，桩体分担的荷载越大，桩土应力比越大，桩土沉降差大，桩顶弯矩值大，应力集中现象越明显。不同桩长时承台板下桩土最大压应力值。随着桩长增加，桩顶最大压应力增大，土体最大压应力值逐渐减小，但变化不明显。桩体所受竖向压应力远远大于土体压应力。
3.2桩径对路基受力变形的影响
3.2.1桩径对路基工后沉降的影响
对桩板结构路基施加重力荷载进行地应力平衡后，将路基所受竖向荷载根据施工情况分别施加于路基表面，对路基结构进行有限元计算。增大桩径，路基工后沉降量逐渐减小，但桩径越大，桩径的增加对路基工后沉降的减小量越小。
3.2.2桩径对桩土荷载分担的影响
不同桩径时承台板下桩土最大压应力值，桩体所受竖向压应力远远大于土体压应力。桩土最大压应力随桩径的变化规律：随着桩径的增加，桩顶最大压应力明显减小，土体最大压应力值有减小的趋势，但变化不明显。增大桩径，桩体承担的荷载增大。不同桩径参数下，桩体最大压应力随桩深变化规律。从得出：随着桩径的增加，桩顶最大压应力明显减小，桩体承担的荷载增大，桩土应力比增大；对于不同桩径的桩体，桩身最大压应力随桩深的变化规律大体相同，随桩深的增加桩身最大压应力逐渐变小。
3.3纵向桩间距对路基沉降受力的影响
分别将纵向桩间距设置为：5m、6m、7m、8m，对桩板结构路基施加重
力荷载进行地应力平衡后，将路基所受竖向荷载根据施工情况分别施加于路基表面，对路基结构进行有限元计算。路基沉降量随荷载施加的变化规律：随着纵向桩间距的增大，路基沉降量逐渐增大。减小纵向桩间距能有效减小路基工后沉降量。
总结
通过进行桩板结构路基有限元计算。得到以下结论：
（1）各承台板厚度参数下路基沉降量随荷载施加逐渐增大。增大板厚并没有减小路基沉降量。桩板结构设计参数中的承台板板厚不是路基沉降的主要影响参数。（2）不同板厚情况下，承台板与桩连接处均会出现应力集中现象，最大拉应力多出现在承台板上边缘与桩连接处，最大压应力出现在承台板下边缘与桩连接处。增大桩板结构板厚能降低承台板内力，对桩板结构具有改善内力的作用，但板厚过大，工程造价较高。承台板厚度的选择应结合结构受力与工程经济性综合考虑。（3）增大桩长能明显减小路基沉降量。桩长增加，加固区高度增加，下卧层顶面高度降低，加固区范围内的平均单位厚度土体的压缩量降低的同时，下卧层顶面沉降减小。（4）增大桩长能有效减小路基工后沉降量。（5）桩长较小时，桩顶不会出现拉应力。桩长越长，桩顶最大拉压应力越大，土体最大压应力值逐渐减小，应力集中现象越明显。这是因为，增大桩长，桩体分担的荷载越大，桩土应力比越大，桩土沉降差大，桩顶弯矩值大，应力集中现象越明显。（6）增大桩径对减小路基总沉降的作用不明显。增大桩径，能减小路基工后沉降量，但桩径越大，桩径的增加对路基工后沉降的减小量越小。（7）桩径增加，桩顶最大压应力明显减小，但桩体承担的总荷载增大。对于不同桩径的桩体，桩身最大压应力随桩深的变化规律大体相同，随桩深的增加桩身最大压应力逐渐变小。增大桩径对改善桩体受力效果不明显。
参考文献
[1]王应铭.郑西高速铁路埋入式连续桩板结构的研究与应用[J]，路基工程，2010.
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