高速公路夯实水泥土桩复合地基工程特性敏感因素分析

基于非线性有限元方法,建立了高速公路夯实水泥土桩复合地基几何模型,分析了多种因素对夯实水泥土桩复合地基工程特性的影响,提出了在满足承载力前提下以变形控制为主,应综合考虑多方面因素,尤其要考虑桩体模量、地基土模量、路基填筑高度(即荷载水平)和长径比等因素对复合地基变形的影响,对夯实水泥土桩复合地基的设计和布桩优化,及其在高速公路中的应用和推广有重要的参考价值.     

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。     

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。     

桩筏基础桩土荷载分担比研究

为解决在传统设计方法中忽略筏基下土体承载力的问题,利用有限元分析软件ABAQUS建立带筏板的双桩模型,深入分析改变距径比、长径比、端间土模量比、桩间土弹性模量、筏板厚度、垫层厚度、垫层弹性模量对桩土荷载分担比的影响。计算结果表明:当距径比增大时,桩体荷载分担比逐渐减小;当长径比增加时,桩体荷载分担比随之增大;端间土模量比的改变对桩体荷载分担比影响很小;随着桩间土弹性模量的增大,桩体荷载分担比有明显变小趋势;筏板厚度对桩体荷载分担比影响不大;随垫层厚度增加桩体荷载分担比逐渐减小,且减小幅度逐渐减小最终趋于平缓;垫层弹性模量越大桩体荷载分担比越大。综合考虑对桩土荷载分担比影响较大的因素,总结归纳出桩体荷载分担比计算公式,其计算结果较为准确。     

基于透明土技术的加筋碎石桩承载特性试验研究

加筋碎石桩是软土地基处理的重要手段之一,荷载作用下,加筋碎石桩桩体径向鼓胀变形及桩与桩周土体相互作用特性是影响桩基整体承载能力的关键因素。基于人工合成透明土材料及PIV图像处理技术,开展了非嵌入式加筋碎石桩承载特性试验研究。连续观测不同荷载作用下加筋碎石桩桩体鼓胀变形的发展过程,以及桩周土体位移变形情况,探讨加筋长度及刚度等因素对桩体鼓胀变形及承载特性的影响。研究结果表明：与普通碎石桩相比,加筋长度的增加会使桩体承载力显著提升。筋材刚度一定时,加筋长度由1D分别增加2倍、4倍时,即加筋长度为3D、5D时,桩体承载力分别提高约37.7%和62.3%,桩体承载力的提高幅度与加筋长度呈现非线性关系;碎石桩加筋长度最优范围为3D～5D。本试验单元体单桩加载情况下,加筋长度为3D时,桩体径向鼓胀变形量较常规碎石桩减少约44%;加筋刚度一定时,桩顶荷载增加,桩体主要鼓胀变区域z/D逐渐下移且鼓胀量增大,桩顶荷载为204 kPa时,桩体最大鼓胀变形量δ/D为5.9%。荷载作用下,沿桩深方向,桩周土体变形扰动区主要集中在加筋段以下部分。利用透明土与PIV图像处理技术进行试验,可对加筋碎石桩加固地基设计...     

斜向水泥土桩加固路基室内模型试验研究

通过室内模型试验研究斜向水泥土桩加固技术的工作机理是一种比较有效的方法,在国内尚无先例。此次模型试验设计,主要考虑在线路荷载作用下路基本体的沉降变形相似和桩体材料的刚度相似两个方面出发,共设计了8组模型试验,通过模型试验研究了路基顶面沉降变化规律、路基边坡位移变形规律、路基土体内部竖向应力分布规律及水泥土桩体受力变形特征,得到了一系列有价值的结论。     

微型抗滑桩加固边坡极限抗力研究

研究目的:微型抗滑桩具有桩位布置灵活、施工速度快、对施工场地适应性强、对环境影响小等优点,近年来在边坡加固领域得到广泛应用和推广,但目前缺乏分析微型抗滑桩加固边坡极限抗力的科学方法。基于此,本文采用数值分析手段建立微型抗滑桩加固边坡的极限抗力分析模型,以桩身弯曲承载力、剪切承载力和结构位移为控制条件,提出一种微型抗滑桩加固边坡极限抗力的分析方法,并进行力学机制研究。研究结论:(1)不同类型边坡微型抗滑桩提供的极限抗力有所不同,岩土强度越高微型抗滑桩提供的极限抗力越大,整体而言,对于土质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受桩身弯曲承载力控制;对于岩质边坡,微型抗滑桩的极限抗力主要受剪切承载力控制;(2)滑坡推力主要由靠近荷载的半幅桩承载,远离荷载的半幅桩基本不受力;(3)微型抗滑桩与岩土的接触反力主要由靠近荷载桩单元的正应力提供,剪应力的影响不大;(4)该研究成果可为微型抗滑桩在边坡加固工程中的设计和安全评价提供理论依据。     

铁路桥梁大直径预应力管桩单桩试验

为验证大直径预应力管桩设计参数和施工工艺的可靠性,以京雄城际铁路固霸特大桥为工程背景进行了试桩试验。对于所选取的试桩,经低应变反射波法和高应变法检测桩身结构完整性,判定为Ⅰ类桩。通过单桩竖向抗压及水平承载力试验得到了单桩抗压荷载-沉降曲线及抗压极限承载力、单桩水平荷载-位移曲线及水平极限承载力,推定了地基土抗力系数的比例系数;并通过桩头与承台的连接可靠性试验得到了桩头与承台连接的破坏荷载。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

银昆高速公路湿陷性黄土地基水泥土挤密桩处理试验研究

水泥土挤密桩复合地基的承载力和浸水后的时空变形特征是高速公路湿陷性黄土地基处理的重要研究课题。以银川至昆明高速公路(G85)太阳山开发区至彭阳(宁甘界)段为研究对象,采用现场载荷试验和浸水试验为手段,研究水泥土挤密桩处理后的复合地基承载力和浸水条件下的复合地基变形。研究表明:水泥土挤密桩对黄土地基的承载力改善具有十分显著的作用,随着桩数的增加,复合地基承载力特征值和群桩效应均随之增加;不同深度处的湿陷变形速率曲线规律具有明显的一致性,土体湿陷变形呈现时间早、速度快、变形量大的特点;在浸水试验试坑竖向方向和横向方向的变形分析表明水泥土挤密桩对黄土地层的湿陷变形能够起到良好的控制作用。     

列车荷载下桩-土复合地基动力响应研究进展

研究目的:桩-土复合地基在列车荷载下会产生动力作用,甚至造成强度失效或整体变形破坏,严重威胁列车运行安全。因此,亟需开展列车荷载下桩-土复合地基动力特性的研究,对有效提高铁路路基的稳定性、保证高速列车的行驶安全具有重要意义。本文通过分析桩-土复合地基的加固机理及破坏模式,总结国内外关于桩-土复合地基在不同动荷载下的动力响应研究现状以及几种常用的不同桩型复合地基在列车荷载下的动力响应规律,并在此基础上指出目前的研究不足和提出未来需要重点关注的研究问题。研究结论:(1)尽管不同动荷载作用下桩-土复合地基的动力响应呈现了不同的特征,但在动荷载下桩体响应都大于土体响应,这与桩-土复合地基的作用机理吻合,不管在静载或动载下桩体承担了大部分荷载,因此对桩-土复合地基动力响应的研究应重点分析桩体的响应,但同时也不能忽略桩间土的影响;(2)桩体材料、桩体形状、桩帽、褥垫层厚度、复合土体模量等因素都会影响复合地基的动力特性,列车荷载下桩-土复合地基的动力响应特性还与列车的车速、列车载重、循环次数等有关,且普遍认为刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,碎石或砂砾垫层表现出良好的隔震作用;(3)列车荷载下不同桩...     

变截面桩的水平荷载模型试验研究

通过模型试验分析了水平荷载作用下桩在不同变截面位置处桩的工作机理.根据水平荷载—位移曲线、桩身入土深度—拉压应变、水平荷载—拉压应变、水平荷载—桩顶转角的测试结果,分析了变截面桩的水平承载性能,并进一步分析了变截面不同位置变化对水平承载特性的影响.结果表明,变截面桩为弹性桩,桩身截面位置的合理布设对于桩体材料节省和抵抗水平位移具有关键的影响,合理布设变截面位置对于工程具有实际意义.     

高压旋喷桩复合地基承载力研究

以某铁路枢纽西南环线铁路路基为背景,运用高压旋喷桩桩体低应变动态测试试验、抽芯检测及单桩复合地基承载力静载荷试验,以及理论计算和数值分析,研究高压旋喷桩复合地基承载力。结果表明:该路基的356根高压旋喷桩中,一类桩占95.5%,二类桩占4.5%,桩体强度均大于1.6MPa;现场试验所得单桩复合地基承载力特征值为169~181kPa,理论计算所得特征值为248.7kPa,表明当现场加载未达到极限状态时,所得复合地基承载力特征值偏小;数值模拟所得单桩复合地基承载力为155kPa,其荷载—沉降曲线变化趋势与现场试验结果相同;该复合地基成桩质量及承载力能够满足工程设计要求。     

高速铁路黄土地基水泥土柱锤冲扩桩工作性能研究

以兰张(兰州—张掖)三四线铁路工程为依托,通过现场试验与数值模拟,评价了水泥土柱锤冲扩桩的挤密效果,测得了单桩与复合地基的荷载与沉降之间的关系,研究了复合地基的桩土应力特征,计算得到单桩与复合地基的承载力特征值,分析了桩体力学特征与复合地基破坏模式.结果表明:水泥土柱锤冲扩桩单桩挤密范围为0.50 m(1.25倍桩径)...     

湿陷性黄土地基水泥土搅拌桩加固效果研究

研究目的:为确定水泥土搅拌桩对湿陷性黄土地基的加固效果,以太焦高速铁路某工段为背景,首先,试验测试该路段黄土的物理力学特性,确定其湿陷性指标和湿陷等级,分析其力学特性的变化特点;其次,设计该黄土地基的加固方案以及水泥土搅拌桩的试桩参数,抽芯检测试验桩体的成桩质量;再次,通过复合地基承载力试验并结合数值分析,研究不同试桩参数的水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值;最后,在地基加固试验段铺筑试验路基,采用现场监测、理论计算及数值模拟相结合的手段研究路基的沉降变形规律。研究结论:(1)3种水灰比试验桩的成桩质量良好,测得试验桩体无侧限抗压强度分别为1.6 MPa、1.8 MPa和2.0 MPa,均大于1.0 MPa的工程设计要求,最终确定该工程施工所用水灰比为0.50;(2)现场试验所得单桩复合地基承载力特征值为261～266 kPa,理论计算及数值模拟所得其特征值分别为282.87 kPa和209 kPa;(3)现场监测、理论计算及数值模拟所得试验段路基的最终沉降量分别为21.17 mm、31.25 mm和26.14 mm,该复合地基强度满足工程设计要求;(4)本研究成果可为高速铁路软土地基...     

流塑状软土复合地基桩土相互作用机理的研究

为解决流塑状软土地基处理中存在的问题,对单根桩在流塑状软土中的工作机理进行了有限元分析,研究了桩土模量比、桩体与滑弧切线夹角、土体抗剪强度对桩体的抗剪特性、破坏模式及桩土相互作用机理的影响。研究结果表明:桩体刚度、桩土模量差异、土体抗剪强度、桩体与滑弧切线间夹角等是影响桩体视抗剪强度(地基所提供的抗滑力减去土体提供的抗滑力)的主要因素;随着桩土模量比及桩体与滑弧切线间夹角的减小,桩体视抗剪强度逐渐增加;随着桩土模量差异逐渐增大,桩体可能发生的破坏模式依次为抗剪切破坏、受拉(压)破坏、弯曲破坏、土体绕流破坏、桩体倾倒破坏和桩体整体侧移破坏,对应不同破坏模式桩体具有不同的视抗剪强度。     

深部缩径缺陷桩的透明土模型试验研究

针对传统室内模型试验无法了解缩径桩桩周土体内部位移场的缺点,利用透明土和粒子图像测速技术研究深部不同缩径参数对单桩承载特性和桩周土体位移场的影响.通过对比分析完整桩和缩径桩的荷载-沉降曲线以及桩周土体位移场发现:缩径径向尺寸对基桩极限承载力的影响大于缩径长度;当荷载达到极限承载力时,桩端土出现扇形的位移面,桩顶周围的桩...     

边坡工程中受压微型桩的屈曲分析

建立考虑土体抗力的微型桩组合抗滑结构中受压桩计算模型,进行受压微型桩屈曲分析。地基抗力的分布型式分别采用常数法、m法和k法,运用基于虚位移理论的伽辽金方程,推导受压微型桩屈曲临界荷载的理论计算公式,进而导出压杆计算长度系数。结果表明,理论公式计算结果对土体参数的取值十分敏感;地基抗力的分布型式采用m法和k法计算得到的长度系数随αl的增大极速衰减,偏离实际;对长细比较大的微型桩,地基土抗力型式使用常数法分布得到的计算结果较为合理。     

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。     

单叶片螺旋钢桩竖向承载特性数值分析

为分析单叶片螺旋钢桩在砂土地层竖向抗压承载特征,结合单叶片螺旋钢桩现场静载试验进行有限元软件模拟。将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析,验证其数值计算结果的可靠性,其次采用该有限元软件分别模拟不同相对密实度砂土中几何参数不同的单叶片螺旋钢桩静载试验而得到不同荷载-位移曲线,同时将螺旋叶片直径的5%位移值对应荷载作为桩极限承载力。考虑砂土相对密实度,钢桩埋深,螺旋叶片直径,中心钢轴4个参数变化对单叶片螺旋钢桩极限承载力影响。结果表明:单叶片螺旋钢桩桩周土层的相对密实度和桩埋深是影响承载力的主要参数,螺旋钢桩叶片直径影响次之,钢轴直径的影响最小;同时,单叶片螺旋钢桩极限承载力增量百分比在松砂中最大,中密砂次之,密砂最小。