铁路路堤填土柔性荷载下CFG桩复合地基沉降及桩身应力研究

分别采用室内模型试验和有限元数值模拟分析不带桩帽悬浮式、不带桩帽支承式、带桩帽悬浮式、带桩帽支承式4种CFG桩复合地基在路堤填土柔性荷载下的沉降和桩身应力分布规律。两种分析方法的结果均表明:设置桩帽和支承式CFG桩均可以明显减小复合地基的沉降,复合地基沉降大小不仅取决于桩间土的承载力,而且桩端持力层土的性质也起很大作用;坚硬下卧层的存在可以让桩体分担更多的荷载,使得桩体承载力在全桩长范围内得到发挥,桩端应力值增大;桩帽的设置使得桩身应力值有所增大但不如下卧层影响明显。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。     

路堤荷载下长短桩加固黄土地基影响因素的分析

黄土高原地区,有关路堤荷载下长短桩复合地基工作特性的研究较少,相关经验也较为缺乏。为更好地了解这种复合地基的桩土共同作用状况,结合实际工程,运用MIDAS/GTS有限元软件,分析桩长、桩间距和下卧层刚度对复合地基工作性状的影响。研究结果表明:在一定范围内,桩长和下卧层刚度的增加、桩间距的减小均能起到减小沉降的作用;由于负摩阻力的存在,长短桩的桩身应力最大值出现在桩顶以下一定深度处,当长桩为18 m,短桩为8 m时,长桩桩身应力最大达1 831.7 kPa;长(短)桩的桩身应力随短(长)桩长度的增加而减小;长桩桩土应力比随长桩长度、桩间距和下卧层刚度的增加呈先增加后稳定的趋势;短桩桩土应力比随短桩长度的增加而增加,随桩间距的增加而减小,随下卧层刚度的增加则呈先增加后稳定的趋势。因此,长短桩复合地基应在满足沉降及承载力要求的前提下,选取最经济的桩长、桩间距并使长桩桩端尽量支撑在较坚硬的持力层上。本文研究成果对长短桩复合地基的设计和施工均有一定的参考价值。     

复合地基下卧层附加应力实用计算方法研究

研究目的:目前复合地基下卧层附加应力计算方法主要有Boussinesq法、应力扩散法、等效实体法和当层法,这些方法均为近似计算方法,其适用性有待探讨。本文通过工程算例,重点分析这些方法计算结果受其主要计算参数的影响程度。研究结论:(1)应力扩散角和侧摩阻力对下卧层附加应力计算结果有明显影响,当应力扩散角或侧摩阻力取不同值时,下卧层附加应力可能出现集中或扩散现象;(2)加固区与下卧层的压缩模量比对当层法计算结果的影响亦非常明显,但采用当层法计算时,下卧层附加应力一般只出现扩散现象;(3)应力扩散法、等效实体法及当层法的计算结果受主要参数取值影响较大,建议工程中采用Boussinesq法计算下卧层附加应力;(4)该研究结论对工程人员选用下卧层附加应力计算方法具有参考价值。     

CFG桩复合地基室内模型试验研究

通过CFG桩复合地基的大型室内模型试验,研究褥垫层厚度、桩长、桩间距对CFG桩复合地基沉降和桩土应力比的影响规律。结果表明:复合地基的CFG桩存在扩径现象,且从下至上扩径现象越明显;褥垫层越薄,桩分担荷载越大,桩间土荷载分担比越小;随着褥垫层厚度的增加,桩承担荷载增长趋势变缓,故为充分发挥桩的承载作用,建议合理褥垫层的厚度为20～30cm;在外荷载一定的情况下,桩土应力比随桩长和桩间距的增加而增加,因此在进行复合地基桩间距的设计时,不仅要保证复合地基承载力满足设计要求,而且还要保证加固后地基土的工后沉降量满足规范要求,同时还应充分考虑打桩带来的不利影响。     

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。     

路堤荷载下粉喷桩复合地基临界桩长的试验研究

通过两个铁路软土路堤的现场原位试验,从变形的角度,对路堤荷载作用下粉喷桩复合地基临界桩长进行了分析.在常规的水泥掺入比、桩径等条件下,临界桩长出现与否,与土层条件、桩身强度、桩体是否打穿软土层有关.对于桩体强度较均匀、打穿软土层至相对硬层的粉喷桩复合地基不存在临界桩长,而对桩体下部较软弱、未打穿软土层的悬浮式粉喷桩复合地基,存在临界桩长.     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

粉喷桩复合地基参数优化设计研究

本文采用有限元软件 ADINA,针对天津新港地区某一粉喷桩复合地基建立了桩—土分离三维有限元模型,并采用二次开发的 E-B模型来模拟软土的非线性,研究不同桩体模量、不同置换率、不同桩长下复合地基的沉降特性.分析不同荷载作用下各个设计因素对复合地基沉降特性的影响,从而指导工程实际中合理选择桩体模量、桩长、置换率以及褥垫层厚度和模量,使桩土共同作用达到最优.     

高速铁路站场咽喉区复合地基的工程特性研究

结合京沪高速铁路济南西客站工程实际,对站场咽喉区深厚软土大面积堆载预压下复合地基的工程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,为该地区同类工程设计和施工提供科学依据。研究结果表明:站场咽喉区复合地基内的超孔隙水压力随着荷载的增加而增大,达到峰值后消散,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;在下卧层中,随着深度的增加,超孔隙水压力逐渐减小。站场咽喉区复合地基最大沉降发生在25m CFG桩加固区的中部,35mPHC管桩有效减小了站场中心区的沉降。主要压缩量发生在加固区底部和下卧层。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。     

桩-网复合地基附加应力的Boussinesq-Mindlin联合解法

桩-网复合地基是近年来发展起来的一种有效的软土地基加固方法,通过桩-加筋垫层-桩间土三者协同作用,共同承担上部荷载,其相互作用机理复杂。在简要分析桩-网复合地基作用机理的基础上,应用Mindlin解和Boussinesq解推导出了复合地基中附加应力的计算公式。结合具体算例,计算复合地基的沉降变形量,计算结果与沉降观测数据吻合较好,可以为类似无砟轨道等对沉降要求严格的铁路工程复合地基沉降计算提供参考。     

高速铁路柔性路基下CFG桩弯曲破坏研究

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基因其成本低、桩体刚度大、沉降小,广泛应用在对工后沉降要求较高的高速铁路路基加固工程中,但是关于柔性路基下复合地基稳定性和破坏模式的研究尚不成熟。结合工程实例,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了铁路柔性路基下CFG桩地基稳定性和破坏模式。研究表明:与复合地基剪切破坏准则和BS 8006-1:2000规范获得的稳定系数相比,基于弯曲破坏强度理论计算得出的CFG桩复合地基稳定系数最小;基于CFG桩弯曲破坏模式得出的最危险圆弧滑动面与不加CFG桩时不重叠;对于柔性路基下CFG桩加固的复合地基,当下伏地层土质较差时,可在路基外设置1～2排桩;CFG桩顶加筋垫层可以提高桩体承受侧向荷载的能力,从而提高桩网结构复合地基的稳定系数,降低弯曲破坏发生的概率。     

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。     

CFG桩在加固软土路基中的应用

洛湛铁路永州至岑溪段部分路段高填方软土地基需采用CFG桩加固处理，根据地质现状，对CFG桩的桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层、加固范围进行设计。通过现场成桩试验，修订施工工艺，加强混凝土配合比、泵送灌注、捣固、抽样检测的控制，严格质量控制指标等措施，确保复合地基达标。     

基于颗粒流理论的流塑状软土地基稳定失效机理研究

基于散体介质理论建立流塑状土中CFG桩的力学模型,分析了水平荷载作用下流塑状软土复合地基的变形特性及破坏模式,并研究了土的细观力学特征与桩土相互作用宏观力学行为之间的联系。研究结果表明,在水平附加荷载作用下桩周土应力最大值位置与其刚度、黏聚力有关,流塑状软土复合地基中存在桩周土绕过桩现象,其中桩周土位移是桩顶位移的30倍左右。提出了流塑状软土复合地基桩体"视抗剪强度"的概念,该强度指在水平附加荷载作用下发生结构性破坏时桩体发挥的强度。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

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...     

桩筏基础路基地基应力测试研究

研究目的:附加应力是路基地基沉降分析中非常重要的参数,附加应力计算方法不同,计算结果差异较大。本次研究拟通过现场测试了解桩筏基础路基地基应力分布规律。研究结论:(1)桩筏基础路基地基实际应力小于计算值是沉降计算误差产生的原因之一;(2)桩筏基础路基地基加固存在临界桩长;(3)地下水位以下土层自重应力计算采用浮容重是合理的。     

某港区后方交通联络线浅埋基岩复合地基沉降特性研究

以某码头交通联络线的CFG桩复合地基为工程背景,开展浅埋基岩复合地基的加固机理研究,采用ABAQUS软件分析CFG桩端距基岩距离、嵌岩深度和下伏岩性等不同工况对浅埋基岩复合地基的承载效果。结果表明,浅埋基岩的CFG桩复合地基的承载主要由桩体承担,但桩间土也能承担部分荷载;距基岩距离越小,桩顶处出现的沉降量越小,桩顶处桩土应力比越大;嵌岩深度越大,沉降量也越小,而桩顶处桩土应力比越大;下部基岩弹性模量越大,沉降量越小,桩顶处的桩土应力越大。