预制高强管状劲性体(以下简称劲性体)是采用离心成型的先张法预应力高强混凝土圆环形截面的混凝土构件,可应用于桩承式加筋路堤。本文依托海启高速现场软基处理试验段工程,采用现场试验、理论分析和数值模拟相结合的技术路线,开展劲性体在高速公路软基处理中的应用研究。主要研究内容及研究成果如下:(1)对比分析了劲性体、预应力混凝土管桩和水泥土双向搅拌桩的技术特点和经济效益等。劲性体较预应力混凝土管桩,可在相近加固效果条件下降低工程造价约10%;劲性体较水泥土双向搅拌桩,两者地基处理费用相近,但前者因采用预制工艺,故施工质量更易控制。分析劲性体工程建设资料,给出了劲性体的适用范围和施工工艺。劲性体处理地基具有施工快、工后沉降小和后期维修养护费用低等优点。(2)依托海启高速软基处理现场试验段工程,开展带预制桩帽的劲性体加固软土地基场试验研究。分析了路堤荷载下桩土荷载分担、孔隙水压力、土工格栅应变与拉力,地基沉降与侧向位移等的变化规律。测试结果表明,桩顶土应力比桩间土应力大,且土压力差随路堤高度增大不断增加;路堤中心处土压力大于路肩处土压力。土拱效应传递的荷载约为拉膜效应传递荷载的4倍;填筑至路床顶面时桩土应力比为5.3~8.6。路堤中心沉降大于路肩处沉降,桩土差异沉降较小。(3)总结分析了现有的桩承式加筋路堤设计方法,并通过工程案例比较各设计方法的适用性。对比表明:Hewlett&Randolph法、日本细则和Van Eekelen方法的桩顶荷载和桩间土荷载的计算值与实测值更为接近,适用范围广。在加筋体拉力计算中,德国EBGEO方法的计算值与海启高速的实测值最为接近。(4)依托海启高速软基处理现场试验段工程,采用ABAQUS数值模拟软件分析了桩长、桩间距、垫层厚度和桩帽尺寸等参数对劲性体加固地基沉降、桩土荷载分担和桩土应力比等的影响规律;获得了劲性体加固高速公路软土地基的关键设计参数。试验段的数值模拟结果表明:预压期180天后劲性体复合地基桩土应力将达到12~14;桩体最大沉降为179mm;通过变更设计参数后发现:随着桩帽尺寸的增加,桩间土沉降与桩土差异沉降均减小,但是当桩帽与桩间距比值超过0.5时,效果不再明显;增大褥垫层厚度可以减小总沉降量和桩土差异沉降,增加桩土应力比,但变化幅度有限,从控制桩承式路堤差异沉降和节约成本角度出发,褥垫层厚度宜为0.4~0.6m。(5)总结了劲性体加固高速公路软土地基设计方法,包括桩型选择及布桩,预制桩帽尺寸设计及强度验算,加筋垫层厚度选择,桩体承载力验算及沉降计算方法等。