Experiments of Multi-element Composite Foundation with Steel Pipe Pile and Gravel Pile

A set of serf-developed apparatus for foundation physical model were utilized to conduct model tests of the multi-element composite foundation with a steel pipe pile and several gravel piles. Some load-bearing characteristics of the multi-element Composite foundation, including the curves of foundation settlement, stresses of piles, pile-soil stress ratio, and load-sharing ratio of piles and soil, were obtained to study its working performances in silty sand soil. The experimental results revealed that the multi-element composite foundation with steel pipe pile and gravel pile contributed more than the gravel pile composite foundation in improving the bearing capacity of the silty fine sand.

Bearing capacity and mechanical behavior of CFG pile composite foundation

CFG pile (i.e., pile constructed by granular materials of cement, fly-ash and gravel) composite foundation is applied in subsoil treatment widely and successfully. In order to have a further study of this kind of subsoil treatment technology, the influencing factors and calculation methods of the vertical bearing capacity of single CFG pile and the CFG pile composite foundation were discussed respectively. And based on the obtained solutions, effects by the cushion and measurements to reduce negative friction area were analyzed. Moreover, the developing law of settlement and bearing capacity eigenvalue controlled by the material strength with the increase of load were given for the CFG composite foundation. The in-situ static load test was tested for CFG pile. The results of test show that the maximum test load or half of the ultimate load is used from all the points of test, the average bearing capacity eigenvalue of single pile is 390 kN, and slightly greater than the design value of bearing capacity. The bearing capacity eigenvalues of composite foundation for 3 piles are greater than 300 kPa, and the mechanical properties of CFG pile composite foundation are almost identical in the case of the same load and cushion thickness. The pile-soil stress ratio and the load-sharing ratio can be adjusted through setting up cushion thickness.

On composite foundation with different vertical reinforcing elements under vertical loading:a physical model testing study

Aphysical model facility was designed, built, and setup for conducting model tests on a composite foundation in a soil ground. The model tests were carried out on a composite foundation with different combinations of vertical reinforcement elements in the same soil ground. Via the analysis of the collected data the characteristics of the composite foundation with different reinforcing elements were obtained, including the characteristics of load-settlement curves, column stresses, stresses of the intercolumn soil, pile-soil stress ratio, and load-sharing ratios of columns and soil. Results from the model tests reveal the mechanism of a composite foundation with different reinforcing elements quantitatively. It is concluded that both a composite foundation with a combination of steel pipe pile and sand column and that with a combination of concrete pile and lime column have a higher bearing capacity than the composite foundation with only sand columns with the same conditions of soil ground and loading. A composite foundation with lime column and sand column embodies no much better performance than that with sand colunms only.

深基坑斜直交替钢管桩复合土钉墙数值模拟分析

依托福建某医院的基坑工程实例,采用数值模拟方法,研究斜直交替钢管桩复合土钉墙支护结构的变形特征及其稳定性。结果表明:坡面水平位移最大变形出现在基坑“腰部”,设计时应适当加强此位置的变形控制;斜直交替钢管桩复合土钉墙支护体系安全可行,其较双排直立钢管桩复合土钉墙及单一土钉墙有更好的变形控制能力和更高的稳定性。

岩溶区PST管桩复合地基的工程应用

经对某场地高层建筑地基素填土厚度大、下伏基岩岩溶发育、以多层串珠状溶洞为主的地层条件研究,提出一种PST管桩刚性复合地基。采用试验和监测等方法来指导复合地基处理设计与施工,根据场地试桩数据来验证设计的合理性。施工完成后,采用静载荷试验对复合地基进行质量验收检测,并连续进行沉降监测。结果表明:岩溶区PST管桩复合地基是一种处理高层建筑地基很可行的方法,处理后可以满足高层建筑物对地基强度、变形及稳定性的要求。

双向增强复合地基桩土应力比计算方法研究

研究目的:桩土应力比是反映双向增强复合地基工作特性的重要指标。由于路堤荷载下双向增强复合地基承载变形机理复杂,本文以双桩范围内的路堤与双向复合地基为研究对象,考虑路堤土拱效应、加筋层网兜效应、应力扩散效应等多重效应的共同作用,建立路堤-水平加筋垫层-竖向桩体-桩间土协调变形的二维理论分析模型,探究各影响因素对桩土应力比的影响规律。研究结论:(1)桩土应力比随填土重度、桩间距的增加而减小,随填料内摩擦角的增大呈先增加后减小趋势,随路堤填筑高度、格栅层数、填料黏聚力的增加而增大;(2)桩土应力比对各参数的敏感性由高到低排序为:桩间距、路堤填筑高度、路堤填土重度、路堤填料黏聚力、格栅层数及路堤填料内摩擦角;(3)本研究成果可为类似工程的桩土应力比计算提供理论依据及工程借鉴。

CFG桩复合地基附加应力场研究

CFG桩复合地基具有提高承载力、减小变形和成本低等优势,在地基处理中得到广泛应用。然而,实际工程案例表明,现行规范中常用的沉降计算方法与实测值存在较大差距,其中一个主要原因是对附加应力场分布规律了解不足。结合北京海淀某住宅项目案例,现场进行单桩复合地基静载荷试验,进一步使用Midas GTS/NX有限元软件对CFG桩复合地基进行建模分析,得到了复合地基整体附加应力场的分布规律,并研究了桩径、褥垫层厚度与附加应力场的变化规律。这些结果对于理解CFG桩复合地基受力机理并指导设计具有重要意义。

厚软土层下高层建筑长短桩复合地基承载性能研究

为了提升厚软土层下高层建筑地基的承载力,提出长短桩复合地基承载性能研究。基于地质勘测结果设计长短桩复合地基,分析其承载性状及沉降情况;利用Mohr-Coulomb模型,完成承载性能模拟。实验结果显示:在短桩和长桩桩体的单桩承载载荷最大时,沉降结果均在5.00 cm左右;楼体层高为30.00 m时,单位载荷沉降平均值为0.51 cm。所提方法能够可靠分析厚软土层的高层建筑长短桩复合地基承载性能,为厚软土层的高层建筑长短桩复合地基设计提供可靠依据。

基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

【目的】柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大影响,但目前柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基特性仍有待进一步的研究。【方法】以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景,在土工格栅层数不变的情况下,对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm,桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验,研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。【结果】现场试验表明:随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm,桩土荷载比减小了51.5%,桩土应力比减小了52.5%,总沉降量增大了7.9%;随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m,桩土荷载比增大了29.0%,桩土应力比减小了29.2%,总沉降量10.4%.本文区域地质条件,宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。

重载码头堆场CFG桩网复合地基离心模型试验研究

CFG桩网复合地基广泛应用于处理软土地基。采用土工离心模型试验研究某码头堆场超大荷载下CFG桩网复合地基的变形和桩土应力特性,试验模拟了地基、CFG桩、树根桩、加筋垫层、防尘网和轨道梁基础、矿石堆载等,分析了超大荷载作用下复合地基表面变形、桩顶轴力、桩间土压力、桩土应力比的变化规律。试验结果表明,复合地基的沉降速率在稳定控制标准之内,沉降量满足堆场使用要求,防尘网基础和轨道梁基础水平位移和沉降均很小,桩土应力比为25.2~43.8,CFG桩网复合地基在350 kPa荷载作用下是稳定安全的,达到了预期加固效果。

桩网复合地基离心模型试验中桩顶轴力测试方法研究

桩网复合地基是常见的软土加固措施。在开展桩网复合地基离心模型试验时,为了分析桩土应力比,需要测量桩顶轴力和桩间土压力。微型土压力计在离心模型试验中已经得到广泛应用,但尚无成熟的微型桩顶轴力测试传感器。利用模型桩的桩帽,开发了一种离心模型试验专用桩顶轴力测试方法,标定结果显示该方法测试线性度好。通过某桩网复合地基离心模型试验和数值分析的桩土应力比结果对比分析,验证了该方法的测试效果。

含碎石芯软黏土复合试样大三轴试验研究

以拟建的某水电站碎石桩地基处理为背景,研发了能提高重塑软黏土固结效率、减小试样扰动的含碎石芯软黏土复合试样的室内试验制样方法,开展了不同围压和碎石芯置换率的复合试样室内大三轴试验研究.研究表明,复合试样在较小围压下表现出应变硬化特性,在较高围压下则基本呈现软化特征,且碎石置换率越小,软化特征越明显,相同围压时,复合试样的初始变形模量随试样面积置换率的增大而增大;在高围压和低置换率时,软黏土碎石芯复合试样的剪切破坏面明显,在低围压和高置换率时,复合试样中部出现较明显的鼓胀现象,碎石芯最大鼓胀量总体随着围压和置换率的提高而增大.规范方法高估了复合试样(地基)的内摩擦角,面积置换率越大,规范计算值与试验结果的差值越大.高围压下传统应力叠加法高估了软黏土振冲置换碎石桩复合地基的承载能力,低估了复合地基的沉降,置换率越高,相同轴向应变时与复合试样大三轴试验的偏应力误差越大.

考虑桩土变形协调的复合地基设计方法

目前在复合地基的设计中,由于采用桩体压缩模量计算得到的复合压缩模量偏大,造成复合地基加固区沉降被低估;另外桩和桩间土承载力发挥系数取值主观性较强,导致复合地基承载力计算结果偏大。针对上述两个问题,从复合地基形成机理出发,指出桩及桩间土共同直接承担荷载时必须保证桩土变形协调。桩土变形协调的条件是:(1)桩刺入垫层的深度不能超过垫层厚度;(2)桩宜设置为摩擦桩。在此前提下,分别计算桩及桩间土的沉降,利用桩土变形协调方法得到了桩土应力比和承载力发挥系数理论值,进而得到加固区的沉降计算方法。工程算例证实,从保证复合地基有效设计和工程安全的角度出发,应该根据桩土变形协调来进行复合地基设计计算。

PHC管桩复合地基失稳分析及加固处治设计

湖南省某高速公路位于洞庭湖平原区,以湖相及河湖相沉积盆地的软土为主,失稳路段采用PHC管桩复合地基处治,当路基填筑到96区时,路基发生失稳滑移。以失稳滑移路段为依托,分析了管桩复合地基失稳的原因,发现了其失稳的破坏模式并非剪切破坏而是弯曲破坏,提出了加固处治设计。通过1.5 a的监测,其数据均已收敛,表明了其加固处治设计是安全可靠的,确保了高速公路如期通车和运营安全。

水泥土搅拌桩处理风积沙地层复合地基静载荷试验数值分析

以榆林地区水泥土搅拌桩处理风积沙地层复合地基工程为背景,基于ABAQUS有限元分析软件,对水泥土搅拌桩处理风积沙地层的复合地基静载荷试验进行数值模拟,并分析风积沙复合地基桩土荷载传递机制及变形特性。结果表明:合理设置褥垫层厚度能有效减小桩顶应力集中,降低桩土应力比。提高褥垫层模量可减小复合地基的沉降,改善其承载性能。设置褥垫层的桩侧摩阻力在桩顶附近出现负摩阻力,随着深度向下快速增加至零,并转为正摩阻力。桩身的附加轴应力在桩顶附近先增加到峰值,然后逐渐衰减。水泥土搅拌桩处理风积沙地基时存在临界桩长。在相同荷载水平下,随着桩长的增加,桩土应力比先增大后趋于稳定,桩侧摩阻力分布随着桩长的增加趋于稳定。按规范设计的风积沙复合地基承载力特征值偏于安全,有较大的富余度。

路堤下复合地基的垫层对桩土应力比的影响分析

垫层是复合地基的核心,其主要作用是调节桩土应力比。但是,目前复合地基的垫层多采用厚度约30 cm的砂石垫层。简单模式的垫层,尚不能充分发挥垫层对桩土应力比的调节作用,使得复合地基的工作性状最优。针对路堤下不同黏结强度桩复合地基垫层的弹性模量、厚度对桩土应力比的影响展开数值模拟分析,得出:复合地基桩土应力比随垫层弹性模量和垫层厚度的增加而提高,但它的提高幅度反而逐步缩小。每种复合地基垫层都有其敏感厚度,垫层的敏感厚度可以作为垫层厚度设计的参考。垫层的敏感厚度与复合地基桩本身的黏结强度、垫层的弹性模量有关。桩的弹性模量越大,桩土应力比对垫层的弹性模量和厚度变化越敏感,变化幅值也越大。可以通过改变复合地基垫层材料、密实度、黏结强度、厚度等来改变垫层对桩土应力比的调节作用,改善复合地基的工作性状。

水载预压下复合地基沉降及桩土受力特性分析

以广东省某高速公路T3标段为研究对象,部分路段采用预制管桩复合地基加固软土地基,采用水袋加载的方法进行等载预压,选取3个典型监测断面埋设传感器,监测分析地基土和桩身的沉降、土压力、桩身轴力的变化规律。结果表明:复合地基中桩体为主要的受荷体,设置褥垫层使其产生刺入变形,可有效调动地基土的承载力;荷载在地基中的传递存在滞后性,提升加载速率可有效改善荷载的传递速率,分级加载有助于达到更好的预压效果;过大的加载速率会导致土压力与桩身轴力出现波动,通过荷载重分配实现桩土共同承担上部荷载。采用水载预压联合预制桩复合地基处理软土路基,可降低30%的施工成本,且可有效提升地基工后的稳定性。

水泥土搅拌桩长芯复合地基桩土应力比计算研究

桩土应力比是复合地基的重要设计参数,加芯搅拌桩复合地基桩土应力比的计算是一个工程技术难题。针对长芯搅拌桩,采用“截面法”将其划分上部等芯桩和下部刚性桩:前者采用考虑柔性性荷载作用下的侧阻分段非线性分布模式,后者采用线性侧阻分布模式;采用叠加原理计算长芯搅拌桩的桩土应力比。研究表明:高填方路堤柔性荷载作用下,侧阻分段非线性分布模式提高了桩的竖向荷载的分担比。桩径越大、桩长越长,桩土应力比越大。桩长对桩土应力比的影响幅度大于桩径。本文结果可为相关研究提供参考。

修正等应变假定下均匀开孔透水管桩复合地基固结解析解

复合地基是一种有效且应用广泛的软土地基处理技术,而开孔透水管桩综合了散体材料桩的透水性与黏结材料桩高承载力的优点,是地基处理中增强体的新选择。据此,为研究透水管桩复合地基的固结特性,在考虑桩体向褥垫层和下卧层发生刺入的前提下对传统等应变假定进行了修正,并引入半透水边界作为桩土界面排水条件,在此基础上推导了桩身均匀开孔下土体固结的微分方程和求解条件,综合考虑了不同的附加应力分布形式以及扰动效应。利用有限正弦傅里叶变换等方法,求解了土体内部超静孔压、地基沉降及固结度的解析表达式,并通过退化分析和有限差分解的对比,验证了本文解答的正确性。最后,通过算例分析系统探究了开孔率、开孔半径、地基附加应力分布形式、扰动效应以及垫层和下卧层的压缩模量对地基固结特性的影响。结果表明:相比于传统管桩,透水管桩对加快桩周土内超静孔压的消散有着显著的效果;具体为开孔率越高、开孔半径越小,则桩侧土内超静孔压消散越快;与此同时,附加应力呈倒三角分布且不考虑扰动效应时地基固结速率最快;此外,增加垫层和下卧层的压缩模量也可以提升地基固结速率。本文的研究结果可为透水管桩技术的推广和工程设计提供一定的理论依据。

复合桩基在既有基础加固中的应用

对既有基础结构进行加固时,通常会选择采用注浆方案或桩基方案。注浆方案对地层有着适用性,注浆质量不易控制;桩基方案安全可靠,但造价高,工期长。依托天津某实际案例,对比多种备选方案,并通过造价、工期和施工等方面进行对比分析,最终采用前压浆微型钢管桩复合桩基对既有基础进行加固,并采用盈建科对承载力和沉降进行有限元分析。