为了满足我国建设事业和交通不断发展的迫切要求,在深厚软弱土地层条件下修建桥梁的地基加固是亟需解决的问题,沉降量和承载力能否达到标准要求关系到立项以及工程建设是否成功。本文以中央高校基金项目(WJTU-ZT1104)为依托,将数学解析、模型试验和数值模拟分析的方法相结合,对深厚软土地基桥梁新的加固方法—桩和垫层联合加固法的承载能力、沉降量控制以及桩的不同布置情况和土的力学性质对沉降量和应力分布的影响进行分析。主要完成内容:1.本文提出新的计算模型。将刚性桩加固深厚软土地基的沉降量沿深度分成四个区域:垫层、加固区、桩端至下卧层等沉面、下卧层等沉面到计算深度底面。前三个区域采用荷载传递法,下卧层等沉面以下采用应力扩散法。根据压缩模量随深度变化的修正公式,采用积分计算代替以往的分层总和法,给出沉降量的积分计算公式。结合算例计算结果与数值模拟计算结果、试验值进行对比,证明其合理性。2.根据试验和数值模拟结果,即使土较软、厚度很大,采用刚性桩加固软土地基对减小沉降量仍然有一定的作用。在118kPa～295kPa荷载作用下,桩长在9m～21m范围内,桩间距分别为3d、4d、5d和6d(d为桩径,下同)时,承载力提高12.5%～41.7%、8.3%～25%、4.2%～20.8%和0～13.3%。桩间距对沉降量的影响很大,桩间距为6倍桩径时对沉降量的控制作用很小。荷载在118kPa～295kPa范围内,桩长为0.4倍土层深度、桩间距为3d～4d时,沉降量可以减小22.5%～41%。根据回归分析,给出沉降量与桩长、荷载的关系式。3.桩间距较小时,加固区沉降量主要发生在桩顶至桩顶以下3m和桩端至桩端以上3m范围内。桩的下刺入量大于上刺入量;荷载增大,则下刺入量与上刺入量之比也随之增大。4.桩间土附加应力竖向传递规律的研究。桩间土的附加应力随深度的增加而减小,直到桩端以上3m达最小值;随着深度继续增加受桩端和侧摩阻力的影响而增大,直到桩端以下3m达最大值;之后,随着深度的增加继续减小。当桩间距较大(本文为6d)时,类似于无桩时应力随深度变化的规律。桩长的增加,桩身应力最大值位置向下移,基本上出现在桩顶以下1/4倍的桩长和1/3倍的桩长之间。桩土应力比随着桩长和桩间距的增大而增大,随着荷载的增加先增大后减小。桩长增加,影响深度增大,但是桩端以下的比例减小;桩间距增加,影响深度减小。5.垫层压缩模量对沉降量、承载力和应力分布的影响。(1)垫层压缩模量增大,沉降量有减小趋势。垫层压缩模量对垫层和加固区的上半段的沉降量影响较大,对桩端平面以下影响不大。(2)压缩模量增大,承载力有小幅提高;压缩模量达到30MPa后提高压缩模量值对承载力的影响很小。(3)垫层压缩模量增大则负摩阻区的深度减小。6. 土的压缩模量对地基沉降量以及承载力的影响。土的压缩模量在7MPa～14MPa范围内时,采用刚性桩处理软弱土地基时沉降量均有很大程度的提高。处理后的软弱土地基沉降量降低63%～69.3%;比例界限荷载值提高约23%以上。7. 土的强度对地基沉降量和承载力的影响。黏聚力在25kPa～40kPa范围内,处理后地基承载力提高45.5%～84%;沉降量减小22.8%～41.2%。荷载越大刚性桩对沉降的控制效果越明显。内摩擦角在12°～21°范围内,处理后地基承载力提高了 59.1%～73.6%;沉降量降低26.4%～36.1%,随着内摩擦角的增加沉降量减小的趋势越来越缓。8.提出利用应变软化模型的球孔扩张理论计算极限承载力的方法。采用应力一次跌落模型考虑土的软化特性,根据Mohr-Coulomb准则,由球形扩张的基本方程推导出塑性区半径以及极限扩孔压力的方程,并给出Matlab程序计算过程。算例与有限元计算结果进行对比,理论计算值比数值模拟计算值小2.25%。证明当桩间距较小时将群桩看成一个整体来计算极限承载力是合理的。