刚性桩-半刚性桩-土工格栅增强路基承载及影响参数

刚性桩-半刚性桩-土工格栅是加固路基工程的一种有效方法,与传统桩网结构路基相比,桩-土相互作用更为复杂。为分析其承载特性,尤其是刚性桩桩身长度、桩径、桩间距和土工加筋材料及其种类对路基沉降和桩土应力比的影响规律,研究了复合路基加固优化设计方案,开展了在静力荷载下的室内模型试验和有限元方法理论计算。研究结果表明：刚性桩和半刚性桩的承载力均主要由侧摩阻力分担,但侧摩阻力发挥程度存在一定差异;路堤上部荷载在刚性桩-半刚性桩-土工格栅加固路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,沿路堤行车方向向路堤横断面方向扩散;桩顶平面土体沉降在横断面上呈“W”分布,刚性桩能够显著减少其桩顶位置土体沉降量;在一定范围内,增加刚性桩的桩身长度、增大桩径、减小桩间距,能够减小7.12%～35.96%的路基土体变形和路基总沉降量,并提高路堤承载能力;在路堤中设置土工加筋材料,其与碎石垫层协同工作,可协调荷载在路基中重新分配,使其内部应力分布更为均衡;与土工格栅相比,土工格室具有三维立体结构,对减小路基内部土体沉降和调节荷载传递有更好的效果。在实际工程中,应根据上部荷载和地质条件,合理设计桩身长度、桩径和桩间距,选用合适的横...     

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。     

褥垫层参数对CFG桩复合地基承载特性的影响研究

为研究褥垫层物理参数对CFG桩复合地基承载特性的影响,采用Midas/GTS建立了某工程CFG桩复合地基有限元模型,分析了不同工况下的地基沉降量和桩土应力比。研究结果表明,随着上部荷载的增大,地基沉降量和桩身应力比也呈增大的趋势,褥垫层能降低地基沉降量。垫层厚度越大,地基沉降量越小,桩土应力比越大;垫层模量越大,地基沉降量越小,桩土应力比越大。选择合理的褥垫层参数有利于调节桩土荷载分担比例,充分发挥地基承载性能。考虑经济效益和安全性能范围内,该工程褥垫层厚度宜取值为400 mm,模量宜取值70 MPa,实际工程的合理设计具有指导作用。     

刚性桩加固软土路基设计方案探讨

采用有限元软件Plaxis建立了四个模型,通过对比模型计算结果,分析了土工格栅和桩帽对刚性桩加固软土路基中的作用,并与柔性桩加固软土路基的效果进行对比。结果表明:土工格栅对调节桩土应力比、均化沉降有一定作用;桩帽对提高桩土应力比、减小差异沉降的作用较明显;与柔性桩相比,刚性桩更能有效控制路堤总沉降和约束地基土体的侧向位移。     

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。     

塑料套管桩复合地基桩土应力分析研究

结合某高速公路的实际,利用有限元的方法,分析研究塑料套管桩复合地基的最大压(拉)应力、最大剪应力随桩长的分布规律,并计算了不同桩长及桩间距的桩土应力比。计算表明,桩土应力比随路基高度的增加而增加,而桩帽顶应力与桩周土的应力比随套管桩的间距变化并不明显。     

短桩桩网复合地基荷载分担特征监测试验

依托柳(州)南(宁)客运专线工程试验段，开展现场全尺寸监测试验，监测了短桩桩网复合地基在填筑期和放置期的地表桩土沉降和桩土应力变化。结果表明:在路基填筑过程中，桩顶和桩间沉降的地基表面沉降横向分布逐渐从“W”型趋向“^”型，最终分布比例趋于一致；桩土承担荷载比例逐渐降低，格栅承担荷载比例逐渐增大，路肩格栅增大比例大于中心处；桩土合力在横向上按“W”型分布，桩土应力比和桩土合力呈正比例关系，桩土合力增大，桩土应力比增长速率减缓。     

土工袋装砂石桩复合路基的理论研究和数值模拟分析

针对土工袋装砂石桩复合路基,通过有限元分析方法研究了路堤长期堆载下袋体包裹长度、土工袋刚度以及置换率对复合路基的性状影响。数值计算结果表明:与普通砂石桩相比,袋装砂石桩复合路基的桩土应力比显著提高,土体沉降变形明显减少,桩身鼓胀变形得到有效限制;在一定范围内增加袋体刚度能有效提升复合路基承载性能;荷载较小时,增加袋体包裹长度对桩土应力比及沉降的影响并不明显,随着路堤高度增加,需全长包裹以减少桩体沉降;增大置换率一方面有利于减少桩体沉降,而另一方面将减少桩体的有效利用率。基于单元体模型,推导了袋装砂石桩的变形和应力的弹性解析解,并通过有限元分析方法对理论解进行验证,得到较好的吻合度。     

哈大客运专线CFG桩与MIP桩应力比试验研究

通过哈大客运专线新营口车站的现场试验,对CFG桩、MIP桩、褥垫层和钢筋混凝土板复合基础中的CFG桩与MIP桩的荷载分担比进行了分析。试验结果表明,这种复合基础中CFG桩与MIP桩的应力比随路基填筑荷载的增加而增大,在填筑结束后应力比基本维持不变。在填筑结束时平均应力比为4.5,且这种复合地基表现出自适应能力。     

水泥粉喷桩复合地基受力性状试验研究

在水泥粉喷桩单桩，复合地基以及天然地基载荷试验的基础上，阐述了桩身应力应变随深度呈非线性分布，桩土应力分担比随荷载而变化，复合地基与天然地基载荷板下应力分布以及复合地基与天然地基承载力等的试验结果，揭示了桩身应力应变在桩身中的传递深度是有限的。     

土工格栅包裹碎石桩力学特性数值模拟分析

为了研究加筋包裹碎石桩中土工格栅和碎石的力学参数对桩体承载性能的影响程度,基于室内试验建立ABAQUS三维有限元计算模型,分析碎石内摩擦角、碎石弹性模量和土工格栅弹性模量对桩体承载力、桩身侧向变形和桩土应力比的影响,探讨分析了3个参数提高桩体承载性能的作用机理。结果表明:碎石内摩擦角对加筋包裹碎石桩的桩体承载力的敏感度最高,碎石弹性模量对桩土应力比的敏感度最高,土工格栅弹性模量对桩身最大侧向变形的敏感度最高;碎石内摩擦角、土工格栅弹性模量、碎石弹性模量对于桩体承载性能的影响分别主要表现为提高桩体承载力、减小桩身侧向变形,以及提高桩土应力比、增强桩身荷载传递性能。     

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。     

武广客运专线红粘土CFG桩复合地基桩体变形研究

为研究红粘土复合地基中CFG桩的变形特性,在CFG桩内埋设混凝土应变计进行监测,结合室内土工试验,分析了红粘土复合地基中CFG桩桩身不同部位应变随荷载、时间的变化规律及其内在作用机理。结果表明:CFG桩在施加上覆荷载之前就存在初始内应力,桩顶下一定部位存在一初始应变零点;红粘土的膨胀性对CFG桩桩体变形有重要影响,复合地基需要较长的时间进行内部变形调整;变形稳定后,桩体中存在两个应变零点,拉压区域交替出现。     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

扩顶CFG桩加固高速公路软弱地基的研究

分析了扩顶CFG桩的作用机理,以河南省驿宛高速公路一桥头软弱地基加固作为工程背景,进行现场监测,并依据监测数据,对普通桩和扩顶CFG桩从路基沉降、土体侧移和桩、土应力比三个方面进行了对比分析,表明扩顶CFG桩复合地基起到了很好的“集中荷载”作用,能更有效地控制沉降。     

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。     

基于桩-土相互作用的刚性桩荷载传递机理研究

通过离散广义桩、土单元,构建了考虑桩-土相互作用以及水平加筋体兜提作用的基本方程,并编制了计算程序,利用已有工程试验验证了模型和基本方程的正确性。在模型基础上,以福厦高速公路改扩建工程为依托,分析研究了路堤刚性桩的荷载传递机理。研究表明:桩顶无桩帽时,桩体荷载分担比显著下降;考虑加筋作用后,桩体荷载分担比有所提高,且随填土高度的增加提高越显著,三层土工格栅较之一层土工格栅对桩体荷载分担比的提高不明显;在不同的填土高度下,桩侧摩阻力中性点的位置均在桩身中部,且加筋对桩侧摩阻力的改变不明显。     

砾石桩复合地基桩土作用性状分析

为了探究盐渍土地区砾石桩复合地基桩土作用性状，结合西北地区某盐渍化软土地基处治试验段，运用有限元软件建立砾石桩复合地基数值分析模型，考虑砾石桩复合地基在施工期和运营期排水固结的前提下，对上部路基荷载作用下砾石桩复合地基桩土的承载性状、沉降性状、应力分担等作用性状进行分析。结果表明:路基填土高度对砾石桩复合地基桩土作用性状产生了较大的影响；路基填筑期至运营期，桩土应力比呈现先增大后减小，直至趋于稳定的变化规律。     

刚柔性长短桩复合地基工程特性有限元分析

以邢衡高速公路一期工程为例，采用数值模拟的方法，对高速公路路基下刚柔性长短桩复合地基的桩土应力比和沉降变形的变化规律进行了研究。研究结果表明:桩间距、柔性桩桩长、下卧层土体变形模量对桩土应力比的影响较小，适当提高柔性短桩变形模量可增加柔性短桩的荷载分担比；适当减小桩间距和提高柔性短桩变形模量可在一定程度上减小路基的沉降变形；下卧层土体的变形模量对路基的沉降变形影响较大。     

高速公路CFG桩复合地基承载特性现场试验与数值分析

对某高速公路软基试验段填砂路堤下CFG桩复合地基承载力特性进行了现场试验,同时采用有限差分法建立数学模型,对复合地基桩土应力与土体沉降进行了数值仿真计算。结果表明:现场实测路堤加载下的桩土应力比与静载试验测试的桩土应力比相差较大,数值计算的桩土应力与实测路堤加载下的桩土应力比较为吻合。目前采用静载试验确定路堤荷载下CFG桩复合地基承载力是不合适的,该文的研究成果可为该地区公路软基CFG桩复合地基设计提供参考。