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两段式变截面螺纹桩复合地基是一种新型地基处理加固形式,其基桩是由上下两部分螺纹桩体组成,上段螺纹桩身直径大,下段螺纹桩身直径小。由于桩身带有螺纹,使其竖向承载力和经济性相比光面直桩具有很大优势,但以往对两段式变截面螺纹桩复合地基竖向承载特性相关研究较少。本文主要依托张家口至呼和浩特客运专线路基的地基处理工程,对两段式变截面螺纹单桩及群桩复合地基竖向承载力计算方法进行理论分析,通过数值模拟进行检验,并对其竖向承载特性主要影响因素进行分析。本文的主要研究工作如下:(1)通过三维数值模拟的方法,得到不同地基强度下两段式变截面螺纹单桩竖向承载力是光面直桩的2.2～2.6倍,且材料用量仅为光面直桩的43.4%;两段式变截面螺纹桩极限承载力是螺纹直桩的90.8%～94.4%,但两段式变截面螺纹桩的材料用量仅为螺纹直桩的64.7%。桩身轴力从桩顶到桩端除变截面处以外逐渐减小,桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,即两段式变截面螺纹桩属于摩擦型桩。(2)根据极限平衡理论和摩尔库伦强度破坏准则,推导出两段式变截面螺纹桩单桩最优螺纹净间距、单桩及群桩复合地基竖向承载力的计算方法。采用理论计算和数值模拟分析得到,在实际工程算例中,最优螺纹净间距约为200mm,两段式变截面螺纹单桩及群桩复合地基极限承载力理论计算结果与数值模拟计算结果较为接近。(3)利用Midas GTS数值模拟软件对实际工程中两段式变截面螺纹单桩及群桩复合地基竖向承载主要因素进行分析。分析结果表明:两段式变截面螺纹桩上段桩长占总桩长比例对承载力影响较大,比例越大承载力越高;上下段最优桩径取值为500mm/300mm;最优螺纹外伸宽度与螺纹厚度皆为100mm;合理基桩桩间距为3～4倍上段桩径;基桩桩长不宜超过16m;提高褥垫层弹性模量,可增加桩土应力比,提高复合地基竖向承载能力;褥垫层厚度宜为200mm～600mm。复合地基承载力随着桩间土体强度增大而增大,可改善土体强度来提高复合地基承载力。本文对两段式变截面螺纹单桩及群桩复合地基竖向承载特性研究结果,可为相关工程设计计算提供指导与参考。