地铁车辆段软土复合地基水泥搅拌桩施工线路沉降分析

依托宁波市轨道交通5号线经堂庵跟车辆段道路工程,运用ABAQUS有限元软件计算分析地基置换率、桩土应力比、桩长及桩体刚度对3条线路有列车换算土柱荷载作用时的影响,研究软土水泥搅拌桩复合地基地铁线路沉降及其影响因素。得出最低临界置换率和最小桩长,发现桩土应力比和桩体刚度的改变对复合地基沉降量和加固影响深度的作用效果不敏感。     

筒桩复合地基固结性状三维有限元分析

考虑了桩、土、土工格栅之间的相互作用及地基土体固结的影响,采用三维有限元方法研究了路堤荷载作用下,打穿软土层和未打穿软土层的固结特性、沉降特性和应力分布特性,并对桩长、桩间距等影响因素进行的分析。研究表明:应使桩长穿透软土可压缩层,以满足控制地基最大沉降量的要求;格栅最大拉应力分布于盖板边缘处,随着地基固结时间的增加,格栅拉应力逐渐增大;随桩间距的增加,复合地基桩端处超静孔压的消散速率变小,桩与桩间土的沉降加大;随着桩长的增加,下卧土层超静孔压消散速率明显加快;临界桩长范围内,桩长对地基沉降起控制作用。     

高置换率挤密砂桩模型试验与承载力计算方法研究

为了研究高置换率挤密砂桩复合地基加固体系的沉降、破坏机理及承载特性,通过自行研发的可视化模型试验装置,进行了单桩、普通置换率与高置换率挤密砂桩复合地基对比模型试验,获得了高置换率挤密砂桩复合地基的荷载-沉降、桩土应力比、沉降-时间及桩土应力比-时间数据。试验结果分析表明:砂桩单桩与群桩复合地基相比,其承载力低,沉降量大;当置换率达到55%以上时,砂桩复合地基承载力提高幅度较大,沉降及桩土应力比随时间效应显著,表明高置换率下砂桩置换作用较明显,可以充分发挥桩间土的承载特性。根据挤密砂桩的承载特性及国内外相关资料,总结了挤密砂桩承载力的计算方法,并采用70%高置换率挤密砂桩室内模型试验进行验证,对比承载力的各种计算方法,为实际工程设计应用提供参考。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

桩间土荷载引起的附加应力计算模式及影响因素研究

复合地基沉降计算的关键是确定复合地基内部应力场分布。但目前各种计算模式中往往假定桩间土荷载覆盖于整个复合地基上,与实际中桩间土荷载仅覆盖于桩间土上这种差异导致计算结果较实际偏大。笔者基于Boussinesq解修正了桩间土荷载引起的附加应力计算模式,并研究了深度、置换率、桩径等因素对两种计算模式的影响规律:两种模式计算的附加应力差距沿深度逐渐增加,在2～7倍桩径深度处达到最大值,而后沿深度又略有缩小,并趋于稳定值;置换率越大,差距越大,而桩径基本无影响。     

高铁站场PHC桩和CFG桩复合地基工程力学特性分析

对高铁站场咽喉区深厚软土大面积堆载预压下复合地基的工程力学与变形特性开展现场试验研究,分析不同位置和深度的超孔隙水压力、沉降变形以及桩土应力等参数随时间和填土高度的变化规律。研究结果表明：1）高铁站场咽喉区复合地基内的超孔隙水压力随着荷载增加而增大,达到峰值后,随时间延长而逐渐消散,其变化略滞后于荷载的变化;超孔隙水压力的最大值出现在下卧层上部,此处附加应力也较大;在下卧层中,随着深度增加,超孔隙水压力逐渐减小。2）高铁站场咽喉区复合地基由路堤中心向外,桩应力、桩间土应力及桩土应力比总体呈减小趋势。在路堤填筑和预压中,站场咽喉区复合地基桩间土应力向桩传递,桩间土应力逐渐减少,桩顶应力逐渐增大,并逐渐趋于稳定。     

长短桩复合地基承载性能分析

桩与土的空间作用效应,使长短桩复合地基承载性能与单桩承载性能之间存在显著差异。通过现场静载试验和三维数值计算,对长短桩复合地基承载性能进行了研究分析。结果表明:长短桩复合地基静载试验中,3.5 m管桩的桩土应力比在2到3之间,而5.5 m管桩的桩土应力比在6到8之间;随着桩数的增加,四桩复合地基变形沉降值要大于等同条件下单桩复合地基的变形沉降值;长短桩群桩效应系数为0.616,长短桩复合地基可以弱化群桩效应;随着桩数和桩长的增加,桩土应力比随之增大。受刚性基础下的影响,复合地基中长桩的桩土应力比相对较大,降低了桩间土体受到的荷载值,从而使复合地基整体变形沉降值较小。研究成果可以为相关工程技术人员提供参考。     

高速铁路CFG桩复合地基现场试验对比研究

结合现场试验,研究了柔性基础下采用CFG桩帽网复合地基和CFG桩桩板复合地基的工作性状,并对二者的地基沉降和桩土应力比进行了对比分析。试验结果表明:复合地基帽网比桩板的沉降大;CFG桩复合地基桩土应力比随着荷载增加而增大,当加载结束后,桩土应力比趋于平缓;稳定后,帽网复合地基的桩土应力比为516,荷载分担比为62 %,桩板复合地基的桩土应力比为663,荷载分担比为79 %;CFG桩桩板结构的整体特性优于桩帽结构。     

循环荷载下水泥土桩复合单元体变形特性及其地基长期沉降计算方法

对于软土地区的路基工程,若路基处理不当,在长期交通荷载作用下,容易导致服役期路面开裂、不均匀沉降等问题。水泥土搅拌桩法是软土地区最常用的路基加固方法之一。研究循环荷载下水泥土桩复合地基的变形特性,对于指导交通荷载下软土地基长期沉降控制具有重要意义。然而,现有研究主要集中在软土和水泥土单一介质,对于水泥土桩复合体的研究较少。通过开展水泥土桩复合单元体大型动三轴试验,分析围压、静偏应力和置换率等因素对水泥土桩复合体累积塑性应变的影响。研究结果表明：循环荷载下水泥土桩复合体累积塑性显著小于软土,且应变随围压、动应力比及静偏应力的增大而增大,随置换率的增大而减小;静偏应力的增加会导致复合单元体临界动应力比的减小。基于试验结果,建立了水泥土桩复合体长期沉降计算方法。结合现代有轨电车算例,分析交通荷载作用下软土路基以及经水泥土桩法处理后的路基长期沉降结果。计算结果表明,采用水泥土桩法可有效减小软土路基长期沉降。     

路堤荷载下长短桩组合型复合地基现场试验与数值模拟

通过在上海S32高速公路某桥头处理段开展长短桩组合型复合地基现场试验,研究路堤填筑过程以及堆载预压期内桩土应力比、分层沉降、桩顶面和桩间土表面沉降、孔压等工程性状的变化规律;采用三维有限元法进行拓展研究,对比分析长短桩组合型复合地基与等长桩复合地基的加固机理.研究结果表明:随着路堤填土高度的增加,长桩和短桩的桩土应力比均逐渐增大并趋于稳定,稳定时长桩和短桩的桩土应力比分别为7～10和3～5;桩顶面和桩间土表面的沉降主要发生在填土期,预压期内沉降趋于稳定;总桩长相同的条件下,长短桩组合型复合地基加固效果优于等长桩复合地基,且存在持力层时的层状地基更利于长短桩组合型复合地基性能的发挥.     

饱和黄土地区CFG桩复合地基承载特性有限元分析

以西部管道工程兰州原油末站为工程背景，运用ANSYS有限元软件分别研究了不同荷载、褥垫层厚度、桩体模量及桩径对饱和黄土地区中CFG桩复合地基沉降的影响。结果表明:沉降随着荷载的增加而增大，桩间土荷载分担比随着荷载的增加逐渐减小，而桩荷载分担比逐渐增大；承台的沉降随褥垫层厚度增加略有增加，桩顶沉降却略有减小，且当褥垫层厚度相同时，桩土应力比随着荷载的增加而增大，在相同荷载下，桩土应力比随着褥垫层厚度的增加而减小，沉降与桩体模量的变化关系类似于玻尔兹曼函数；沉降随桩径的增大而减小。     

柔性基础下复合地基桩土应力比试验研究

桩土应力比是决定复合地基受力和变形性能的重要参数。通过现场试验,获得了柔性基础下刚性桩复合地基桩顶、桩间土及桩土应力比随荷载的变化规律。试验研究表明:柔性基础下桩土应力比在加荷初期较大,随荷载增加呈波浪形变化,而后又逐渐提高。这和刚性基础下桩土应力比随荷载增加先增大后减小的变化趋势完全不同。     

路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基沉降特性

通过现场试验对比分析了钉形搅拌桩和常规搅拌桩复合地基的路中心分层沉降,并通过三维数值模拟分析了复合地基设计参数对路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基沉降的影响。现场试验结果表明:相对于常规搅拌桩复合地基,由于扩大头作用和较高的桩身质量,钉形搅拌桩复合地基中更多的荷载通过桩体传递到下卧层,有效减小了加固区的沉降,但下卧层的沉降有所增加;由于下卧层土质较好,其地表总沉降小于常规搅拌桩复合地基。数值模拟结果表明:扩大头高度、桩长、桩间距和桩身模量是影响地表总沉降的主要因素;扩大头直径、桩间距和桩身模量是影响地表桩土相对沉降的主要因素,提高扩大头高度能有效减小地表总沉降;提高扩大头直径能有效减小地表桩土相对沉降。     

路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递机理研究

采用数值计算方法,系统研究了桩体压缩模量、桩间距及桩长对水泥土搅拌桩复合地基荷载传递的影响。研究结果表明:随着桩间距的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力及桩土应力比也随着逐渐增大,而桩体荷载分担比逐渐减小;随着桩体压缩模量或桩长的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比及桩体荷载分担比均是逐渐增大。在工程实践中,通过增大桩体压缩模量和桩长,减小桩间距,就能使桩体承担更多的上部荷载,从而充分发挥桩体作用。     

强夯碎石墩与土相互作用

为了研究碎石墩复合地基的承载机理,运用有限差分软件FLAC3D将碎石墩复合地基与灌注桩基进行了对比分析,指出灌注桩基中桩土应力比明显大于碎石墩复合地基中墩土应力比,且灌注桩基中桩土相互作用的密切程度要明显小于碎石墩复合地基中的墩土相互作用,即灌注桩基中荷载大部分由桩体承担,碎石墩复合地基则表现出更强的墩土共同承担荷载的复合地基的承载模式;此外,通过研究墩体直径对复合地基沉降的影响,发现置换率一定、路堤较高时,墩径越大复合地基沉降越小,可有效减小路堤坡脚外侧的隆起量,提高路堤稳定性。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

填土路堤下复合地基受力与变形的CAT分析

本文利用编制的二维有限元程序，分析了复合地基中的桩土刚度比、置换率、桩长以及路堤刚度等对地基沉降、侧移及桩土应力分配的影响，特别是路堤刚度变化对应力比的影响，并模拟了填土路堤下复合地基的受力性状，从而为填土路堤下复合地基的设计提供了参考依据。     

水泥土搅拌桩在高速公路桥头段的应用

对桥头跳车产生的原因,使用水泥土搅拌桩对江苏济徐高速公路某桥头段地基进行加固,并通过现场试验分析了水泥土搅拌桩的桩身质量、复合地基桩土应力和地表沉降特性,结果表明:由于水泥土搅拌桩刚度远大于天然地基,在路堤荷载下地表桩间土的沉降大于桩顶沉降,这种桩土差异沉降导致路堤荷载通过土拱作用向桩顶转移,减小了桩间土的附加应力,进而减小桥头段地基总沉降和工后沉降,可以减轻或消除桥头跳车现象。     

群桩复合地基桩土应力比数值模拟研究

结合南京某软基处理工程现场试验,应用有限元软件ABAQUS建立模拟群桂复合地基的三雏模型,分析了不同桩身模量、土体模量、桩长、褥垫层厚度及褥垫层模量下的桩土应力比分布.结果表明群桩复合地基桩土应力比随桩身模量、褥垫层模量和桩长的增大而增大,随桩周土体模量和褥垫层厚度的增加而减小;群桩复合地基桩土应力比理想值为20～25...     

水泥土搅拌桩复合地基固结机理室内模型试验

为了揭示水泥土搅拌桩复合地基的固结特性,进行了端承型水泥土搅拌桩复合地基和悬浮型水泥土搅拌桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测荷载作用下复合地基桩顶和桩间土沉降、桩顶和桩间土应力及软土中不同位置处的超静孔隙水压力,分析了2种复合地基的桩土应力比、桩体荷载分担比、超静孔隙水压力消散等变化规律的差异性。研究结果表明:端承型搅拌桩较悬浮型搅拌桩可以明显减少复合地基的总沉降量与工后沉降;由于桩土刚度差异导致的桩土差异沉降引起了桩间土承担的荷载向桩体转移,桩间土承担的附加应力减少,桩土应力比增大,桩体荷载分担比增加,进而加速搅拌桩复合地基的固结;端承型水泥土搅拌桩复合地基较悬浮型水泥土搅拌桩复合地基的桩土差异沉降大,桩间土荷载转移现象更加显著,固结速率也更快;水泥土桩在复合地基中的排水通道作用并不显著,但因其模量较桩间土大,因此可以在一定程度上加速复合地基固结。