高速铁路深厚松软土层CFG桩桩筏和桩网复合地基沉降特性的试验研究

依托京沪高速铁路李窑试验工点,对深厚松软土层中CFG桩桩筏和桩网复合地基的沉降特性及规律进行了试验研究,得出如下主要结论:桩网复合地基的路堤底面地表沉降比桩筏复合地基的大20%.桩网复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的28%和72%;桩筏复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的25.5%和74.5%.桩网复合地基CFG桩桩顶和桩间土间的沉降差远远大于桩筏复合地基,二者最大比值超过10倍;桩筏复合地基CFG桩桩顶和桩间土之间的沉降差很小,可忽略不计.就沉降和承载力特性而言,桩筏复合地基的整体性好于桩网结构.     

高速铁路CFG桩网复合地基桩土承载特性试验研究

通过京沪高速铁路北段李窑试验段的现场试验,对CFG桩网复合地基的桩、土应力和荷载分担比进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩网复合地基桩土应力比随着路堤填筑荷载增加而增大,在填筑结束后桩土应力比基本维持不变.填筑结束时,平均桩土应力比为3.2,桩荷栽分担比为50%,即桩土各承担了一半的路堤填筑荷载,至预压土卸载后26 d增加至62%.桩帽边缘处压力大于桩帽中心处压力,反映出桩帽间存在比较明显的土拱作用.     

路基工程中CFG桩桩筏复合地基与桩网复合地基对比

京沪高速铁路路堤地段,地基处理采用了桩顶设置"桩帽+土工格栅+碎石垫层"的桩网复合地基与桩顶设置"碎石垫层+混凝土板"的桩筏复合地基两种CFG桩复合地基形式.对这两种复合地基的由来、桩土荷载调节原理、沉降计算方法以及我国的研究进展做了详尽的阐述.     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

桩网复合地基工作性状有限元法分析

针对桩网复合地基工作性状与荷载传递机理进行了数值分析研究。计算结暴表明：桩网复合地基通过拉膜效应、应力集中与土拱效应，将软基承担的部分荷载转移至桩承担，从而有效减小软基表面的总沉降与不均匀沉降，达到加固软土地基的实际工程效果。此外，针对影响复合地基工作性状的填土高度、格栅拉伸刚度与桩模量三因素进行了相应分析，获得了与加固技术相关的有益结论。     

高速铁路桩(帽)网和桩筏复合地基模型试验研究

结合室内模型试验,对桩(帽)桩网复合地基和桩筏复合地基在路堤荷载作用下的沉降、荷载传递规律进行分析,得到3种复合地基的试验结果虽然在数值上存在一定的差距,但均表现出相似的规律。3种复合地基对沉降均有一定的减小作用,且沉降随荷载的增加均近似呈指数增加的趋势,其中,桩筏复合地基沉降最小;桩身应力随深度呈先增加后减小的趋势,最大值出现在桩顶附近的某一深度处;随荷载增加,桩土应力比整体呈线性增加的趋势。在同一荷载水平(如100 kPa)下,桩筏复合地基沉降最小(5.1 mm)、桩顶应力最大(142 kPa)和桩土应力比最大(7.12)时,加固效果更显著。所得结论在一定程度上可为复合地基类型的选择及工程研究提供参考。     

CFG桩复合地基持力层模型试验研究

下卧持力层的受力变形特性是高速铁路地基处理研究的重要内容.通过复合地基持力层模型试验研究,测试分析持力层在不同桩端处桩土应力比条件下的应力和变形.试验结果表明,持力层不同深度处桩土应力比随桩底初始应力比减小而减小,应力比沿深度逐渐减小;持力层的应力重分布现象与路基土拱极为接近,呈倒土拱形式,桩底处桩土应力比越大,倒土拱现象越明显.     

刚性桩桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析

结合铁路CFG桩复合地基现场试验,进行桩网复合地基桩顶段桩间土附加应力分析。试验表明,在路堤填土荷载作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,并且桩间土附加应力随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增大。采用轴对称圆柱坐标系,针对有无桩帽的刚性桩复合地基,选取单桩处理面积范围内土体进行桩土相互作用分析,得出刚性桩复合地基桩顶段桩间土附加应力的计算方法。分析结果表明,在桩间土内部的剪切力和桩与土间摩擦力的作用下,桩和桩间土所承担的荷载在桩顶段重新分配,使桩间土所承担的荷载减小,而桩身所承担的荷载增加。桩土间黏聚力和摩擦角越大,桩间土中附加应力衰减的速度越快。计算值与数值模拟及现场实测结果的对比表明,计算方法可靠。     

基于离心模型试验的高强度桩复合地基桩间距效应分析

针对客运专线在软土和松软土地基处理中大规模采用高强度桩复合地基技术的应用情况,进行路堤荷载作用下不同桩间距的离心模型试验,分析桩间距的变化对高强度桩复合地基的荷载传递、破坏特点、桩土应力及垫层拉筋受力、地基沉降变形等工程特性的影响.试验数据表明:桩间距由3倍增至6倍桩径,高强度桩复合地基的沉降变形、桩土应力及比值、垫层拉筋受力等力学响应增大明显;随着桩间距的加大,高强度桩复合地基的桩顶和桩间土承受的应力均大幅提高,桩间距大于或等于5倍桩径后,桩顶垫层和桩间土先后达到极限状态,将产生显著的桩顶刺入变形和桩间土横向挤出变形,复合地基整体结构处于不稳定状态;垫层拉筋的受力沿横截面呈M形分布,峰值出现在两侧路肩附近位置的下方,与地基发生变形破坏的位置有较好的一致性.     

高速铁路桩网复合地基桩端下刺机理研究

桩的下刺变形是桩网复合地基沉降来源之一,其特性是高速铁路地基处理研究的重要内容。本文从理论上分析了桩网复合地基桩端下刺机理,运用有限元软件ABAQUS对影响桩端下刺量的各种因素进行了计算分析,发现影响桩端下刺量的主要因素是路堤填土变形模量,桩径、加固区土体变形模量,桩端土体变形模量、黏聚力、内摩擦角和桩顶荷载。在此基础上运用MATLAB自带的数理统计工具箱对影响桩端下刺量的主要因素进行了参数回归分析,并给出一种桩端下刺量的计算公式。     

桩筏复合地基负摩阻段分析及桩土应力比计算

通过对桩筏复合地基桩顶负摩阻段桩-土相互作用分析,得到桩顶负摩阻段桩间土中附加应力计算方法。在此基础上,利用弹簧组模型对桩筏复合地基桩-土-垫层相互作用进行分析,得出桩顶处桩和桩间土竖向有效应力及桩顶刺入变形计算方法。分析垫层对应力调节、沉降控制的影响。结果表明:在桩与桩间土间摩擦力作用下,桩间土竖向有效应力随深度增加衰减,并在某一深度衰减到较小水平,可不考虑该位置以下桩土相互作用对桩顶处桩土应力比的影响。垫层模量对桩顶处桩、土应力调节起重要作用,并对桩顶上刺量影响显著。垫层模量越小刺入量越大,且随模量减小刺入量增长速度加快。     

湿陷性黄土桩网复合地基沉降控制离心模型试验

为研究和分析高速铁路荷载作用下刚性桩桩网复合地基控制湿陷性黄土地基沉降的效应,采用离心模型试验的方法对不同桩间距设置条件下的刚性桩桩网复合地基进行了模拟试验.试验研究表明:湿陷性黄土地基无法满足高速铁路有砟轨道对路基工后沉降的要求,需要加固处理;随着桩间距由2倍桩径增至6倍桩径,地基工后沉降量增大,差异沉降量增大,桩土...     

基于桩帽尺寸调整的桩网复合地基沉降控制方法研究

为研究桩网复合地基沉降控制中的桩帽尺寸优化调整问题,采用楔形土拱模型和荷载传递理论分析桩帽尺寸对桩网复合地基桩土荷载分担及沉降变形的影响规律,依据桩土总沉降位移和沉降差控制标准,提出基于桩帽尺寸调整的桩土沉降控制方法,给出桩帽尺寸确定原则。研究结果表明:桩帽的设置可有效提高桩体分担荷载,并进一步引起桩体沉降位移的增加和桩间土沉降位移的减小,且桩顶位置桩土沉降差随桩帽尺寸增加保持递减趋势。研究成果可为铁路和公路工程中的桩网复合地基布桩参数确定及桩帽尺寸优选提供必要技术支持。     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。     

潮汕车站软土地基桩网复合地基试验研究

桩-网复合地基是近年发展起来的一种处理软土地基的有效方法,由桩、网和桩间土共同承担上部荷载,其作用机理复杂。通过潮汕车站试验段中桩-网复合地基处理段进行的路基现场试验,对桩-网复合地基中基底土压力、桩和土的沉降及地基侧向位移等进行观测测试,分析了桩土应力分担比的变化过程、沉降及侧向位移规律,有助于桩-网复合地基各组成部分的承载机理和应力传递机理的深入研究。     

水泥搅拌饱和黄土复合地基桩土荷载分担研究

兰州至中川机场城际铁路工程沿线大多地段属于饱和黄土地基,承载力低,压缩性大,无法满足设计要求,采取水泥土搅拌桩复合地基进行加固,通过现场实测路堤荷载及刚性承载板下水泥土搅拌桩复合地基中桩土荷载分担情况。结果表明:随着路堤填筑高度及时间的增加,桩体、桩间土的应力都增大,桩体的应力大于桩间土的应力;相同的路堤填土荷载下,二灰掺量16%的复合地基中最大桩顶应力272.5 kPa,对应桩间土应力45.5 kPa;二灰掺量12%的最大桩顶应力166.3 kPa,对应桩间土应力为69.3 kPa。随着二灰掺入量的增加,路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比增大,二灰掺量16%时的最大桩土应力比为5.57,是二灰掺量为12%的2.34倍;刚性基础下桩土应力比随荷载的变化呈现出凸单峰曲线。复合地基中桩体应力集中系数的值随着荷载的增加而逐渐增大,桩间土应力减小系数随着荷载的增加而减小。     

高速铁路采空区桩板结构复合路基受力机理数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土和黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板复合路基为研究对象,数值模拟分析路基的受力机理。研究表明:桩身轴力呈上大下小变化趋势,所有桩均为端承摩擦桩,穿过采空巷道的桩在采空巷道范围内轴力保持不变;所有桩桩侧摩阻力都呈现出先增大后减小的趋势,桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心要比未穿越采空区的桩要深,桩身越长侧摩阻力所占承载力比例越大;采空区复合路基的桩土应力比要比软土路基的小。     

桩承地基土拱高度计算方法的研究及分析

综合考虑路堤填土高度、填土性质、桩帽大小及桩间距等因素,提出简便的土拱高度计算方法。具体分析了桩帽大小、桩间距,以及路堤填料高度和性质等因素对土拱高度及土拱高度与桩净间距之比的影响。结果表明:土拱高度受填土性质、桩帽、桩间距及填土高度等因素影响,其中受摩擦角、桩帽大小和桩间距影响较大,在设计时可首先考虑加大桩帽、减小桩间距或增加填料摩擦角的方式降低土拱高度来满足工程需求。在实际工程正常参数取值范围内,土拱高度大概集中在1.02～1.42倍的桩间净距范围内。     

考虑桩土相互作用的抗滑桩临界桩间距研究

在考虑桩土相互作用的基础上,对确定合理桩间距的土拱的形成过程和成拱条件进行分析。根据桩受到的侧摩阻力等于桩间滑坡推力的平衡条件,提出同时存在桩侧土拱和桩后土拱,其拱厚为桩侧实际拱厚和桩后有效拱厚之和,在此基础上建立滑坡推力与抗滑桩相互作用的土拱受力模型,推导出临界桩间距的计算公式,最后通过算例进行验证,计算结果较为合理。研究结果表明：同时考虑桩侧土拱和桩后土拱比较合理。