铁路建设不可避免地要跨越软弱土地区,对于抗剪强度低于15k Pa的极软弱地基,采用土工格栅与土工布复合而成的土工材料封装钢渣桩可作一种新型的软基处理技术。得益于土工格栅的加筋作用和土工布的隔离作用,钢渣桩的承载力显著提高,同时复合地基的排水固结速率明显加快,能有效控制工程实践中的工后沉降。目前关于单一土工材料封装的散体桩已有大量研究,但对复合土工材料封装体的研究还比较鲜见,尤其是对其受力变形特性和排水固结性能需要进一步的认识。鉴于此,本文基于加筋碎石桩复合地基已有的研究成果,从承载特性、桩体受力变形规律、桩土应力关系及排水固结性能出发,通过复合地基的室内模型试验研究了复合土工封装钢渣桩在饱和软土地基中的工作性能,基于试验结果,采用三维水力耦合有限元模型对影响复合地基承载特性的关键参数进行了参数分析,最后通过理论计算验证了模型试验结果,讨论了不同方法的工程适用性,得到了以下主要结论:(1)土工封装钢渣桩复合地基室内模型试验研究(1)复合地基的承载力约为天然地基的10倍,具有相同粒径和性质的填料不改变复合地基的承载特性。桩体径向鼓胀变形主要发生在桩顶以下0～3d之间,其中最大变形处约在1d～2d之间。复合地基桩周土竖向应力传递深度较天然地基更大,加载后期钢渣桩桩土应力比稳定在约38。(2)含泥10%和20%的钢渣桩比普通钢渣桩超孔压峰值平均大6%和10%,未处理地基超孔压峰值在同级荷载下比复合地基幅值平均大2.6倍。含泥10%和20%的钢渣桩比普通钢渣桩超孔压消散速率平均慢18%和24%,未处理地基超孔压消散速率分别比普通钢渣桩和含泥20%钢渣桩平均慢67%和56%。(3)固结后,复合地基桩周土含水率降幅最大,抗剪强度增加明显,未处理地基各点含水率和强度变化幅度不大。含泥工况中土体含水率普遍比普通钢渣桩小。(2)土工封装钢渣桩复合地基有限元数值仿真研究(1)桩体内摩擦角φ(即φ=38°,40°,42°,45°时)对复合地基沉降为线性影响,φ值越大,土工加筋体径向受力变形越小,桩体竖向应力分布越均匀,桩土能更高效协同分担上部荷载。(2)加筋体刚度J对复合地基沉降为指数型影响,J值越大,加筋体受力越大,鼓胀变形越小,且分布越均匀。当J=40k N/m时,复合地基沉降急剧增大,桩土竖向应力传递不均匀。(3)孔隙淤堵对地基固结为短期沉降慢和长期沉降快的综合影响,初期孔隙淤堵在加载阶段主要影响桩周区域土体的渗透性,桩体和桩周土超孔压累积量增加显著。孔隙淤堵降低了固结阶段地基土的径向水力传导效率,阻碍了超孔压消散速率和地基固结速率。轻微淤堵状态下,中间土层附近孔压消散速率减缓最大,约慢15%;严重淤堵状态下,下部土层区域的孔压消散速率减缓最大,约慢28%。实际工程中需及时控制淤堵的严重程度,加快地基排水固结,及时避免因孔隙淤堵对地基强度和稳定性造成影响。