高速铁路CFG桩筏复合地基沉降变形特性研究

选取京沪高速铁路CFG桩筏加固软土地基的典型断面,采用ABAQUS有限元程序建立了三维数值模型。考虑高速铁路路堤分级填筑施工过程和长期荷载作用,对CFG桩加固后路基填筑期和运营期的沉降进行计算模拟,分析CFG桩筏复合地基沉降变形发展规律。研究结果表明:计算结果与实测值相一致,数值模型可以较好地反映路基填筑过程和后期沉降过程。基于该方法预测了高速铁路运行10a后的沉降,桩筏复合地基技术可以有效地控制京沪高速铁路(凤阳段)的工后沉降,可为类似工程提供参考依据。

桩筏复合地基负摩阻段分析及桩土应力比计算

通过对桩筏复合地基桩顶负摩阻段桩-土相互作用分析,得到桩顶负摩阻段桩间土中附加应力计算方法。在此基础上,利用弹簧组模型对桩筏复合地基桩-土-垫层相互作用进行分析,得出桩顶处桩和桩间土竖向有效应力及桩顶刺入变形计算方法。分析垫层对应力调节、沉降控制的影响。结果表明:在桩与桩间土间摩擦力作用下,桩间土竖向有效应力随深度增加衰减,并在某一深度衰减到较小水平,可不考虑该位置以下桩土相互作用对桩顶处桩土应力比的影响。垫层模量对桩顶处桩、土应力调节起重要作用,并对桩顶上刺量影响显著。垫层模量越小刺入量越大,且随模量减小刺入量增长速度加快。

高速铁路湿陷性黄土桩筏复合地基沉降控制效应

为研究和分析高速铁路荷载作用下刚性桩桩筏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筏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轨道结构对路基工后沉降的要求,需要加固处理.随着桩间距由2倍增至6倍桩径,地基总沉降量及工后沉降量显著增大且变化速率较大,桩间土对桩体的负摩阻力增大.桩间土与桩体相对位移中性点位置随着桩间距的增大而显著降低,工后阶段中性点位置变化趋势为逐步上升并趋于稳定.工后阶段筏板与桩体相对位移量呈减少并趋于稳定的趋势.差异沉降主要发生在施工阶段,桩筏复合地基工后阶段控制沉降及差异沉降的能力较好.

高速铁路CFG桩筏复合地基沉降特性试验研究

对京沪高速铁路CFG(Cement Fly-ash Gravel)桩筏复合地基进行了现场试验研究,实测了桩顶、两桩中心、四桩中心处桩间土体的沉降值及路基面沉降值,深入分析了桩顶、两桩中心、四桩中心处桩间土体的沉降及路基面沉降随荷载和固结时间的变化规律,对CFG桩筏复合地基的沉降特性进行深入研究,得到以下主要结论:沉降主要发生在加载期间,即沉降快速发展阶段,期间桩顶、桩间土沉降均占总沉降的60%左右;CFG桩加固区沉降约占相应总沉降的1/4,下卧层沉降约占3/4;路基面沉降曲线成锅形分布,路基中间沉降量较大,路基两侧较小;地基沉降—荷载—时间规律可分为3个阶段,即沉降快速发展阶段、沉降发展阶段和沉降基本稳定阶段;超载预压对于减少工后沉降是必要的,预压3个月后,地基沉降基本上趋于稳定,路堤的预压静置时间应不小于3个月。

路基工程中CFG桩桩筏复合地基与桩网复合地基对比

京沪高速铁路路堤地段,地基处理采用了桩顶设置"桩帽+土工格栅+碎石垫层"的桩网复合地基与桩顶设置"碎石垫层+混凝土板"的桩筏复合地基两种CFG桩复合地基形式。对这两种复合地基的由来、桩土荷载调节原理、沉降计算方法以及我国的研究进展做了详尽的阐述。

桩筏复合地基在盾构下穿时的力学特性研究

桩筏复合地基常用于地质较软弱的工程中,桩筏结构能够有效提高地基的承载能力和抗变形能力,桩-筏板-地基三者通过协调变形来承担上部荷载作用。盾构隧道下穿桩筏结构时,隧道的开挖支护将改变桩-筏复合地基的边界条件并产生应力扰动,从而对上覆建(构)筑物的安全造成威胁。通过采用有限元软件对盾构隧道下穿既有桩筏复合地基进行平面应变分析,探究了隧道开挖对桩筏结构内力和地基应力影响的变化规律,得出如下结论:(1)桩筏复合地基结构的筏板和边跨处桩基的弯矩值较大,跨中处桩基的轴力较大;(2)盾构隧道的施工对刚度较大的桩筏结构的内力影响较小,隧道开挖对桩筏结构的内力附加作用不显著;(3)桩筏结构在岩土介质中具有隔离作用,可以有效减小隧道开挖对上覆建构筑物的影响。

路堤荷载下桩筏复合地基受力及沉降特性研究

依托实际工程,运用Midas/GTS软件建立三维有限元模型,对路堤荷载下CFG桩筏复合地基受力及沉降规律进行研究.结果表明,桩筏复合地基具有良好的加固效果,能有效地减小沉降,提高地基承载力.路基填筑过程中,地基沉降分为快速发展阶段、发展阶段和稳定阶段.沿路基横断面方向,桩筏复合地基桩顶、桩间土沉降及竖向应力变化规律基本一致,均在路堤中心处最大,向两侧坡脚处延伸沉降值逐渐减小.沿深度方向,桩体沉降变化较小、桩间土沉降变化较大,二者在一定深度处相交;桩身轴力呈先增加后减小的趋势;桩侧摩阻力近似呈"S"形分布;中性点位置约在桩顶以下5.3m处.所得结论可为路堤荷载下桩筏复合地基的设计及施工提供一定的参考.

桩筏复合地基加固技术在京沪高铁工程中的应用

京沪高速铁路宿州东站路基段采用管桩筏板复合地基处理技术,经沉降观测,沉降观测曲线呈现出"小量级,大波动"的特征。说明该复合地基具有整体沉降量和差异沉降量小、沉降稳定、速度快的特点,同时也可加快超载预压进度,大大缩短了工期,具有良好的经济效益。

高速铁路深厚松软土层CFG桩桩筏和桩网复合地基沉降特性的试验研究

依托京沪高速铁路李窑试验工点,对深厚松软土层中CFG桩桩筏和桩网复合地基的沉降特性及规律进行了试验研究,得出如下主要结论:桩网复合地基的路堤底面地表沉降比桩筏复合地基的大20%。桩网复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的28%和72%;桩筏复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的25.5%和74.5%。桩网复合地基CFG桩桩顶和桩间土间的沉降差远远大于桩筏复合地基,二者最大比值超过10倍;桩筏复合地基CFG桩桩顶和桩间土之间的沉降差很小,可忽略不计。就沉降和承载力特性而言,桩筏复合地基的整体性好于桩网结构。

高速铁路CFG桩-筏复合地基沉降试验研究

为了解路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基沉降变形特性,在京沪高速铁路凤阳试验段进行了沉降变形现场试验.设置沉降板、观测桩和测斜管,分别监测地基面桩土沉降、路基顶面沉降和地基侧向水平位移,分析了沉降变形随路堤填筑高度和时间的变化规律,探讨了双曲线沉降预测方法.研究结果表明:CFG桩-筏复合地基沉降随路堤填筑高度和时间的增加而增大;路基经过6个多月的静置后,沉降已趋于稳定;复合地基总沉降量小于15mm,桩土沉降差小于2mm;路堤坡脚线外1m处的地基侧向最大水平位移小于4mm;采用双曲线法进行路基沉降预测是可行的,且预测精度较高.采用CFG桩-筏复合处理后的地基总沉降、沉降差和水平位移均较小,路基沉降稳定较快,能够提高路基的稳定性并缩短工期.

桩筏结构复合地基中筏板受力分析的理论计算模型与试验研究

由于缺乏刚性桩复合地基之上筏板受力的合理计算公式,目前中国高速铁路桩筏结构复合地基中筏板的设计计算仍采用简化算法,其计算结果的准确合理性尚不满足要求,为此拟对桩筏基础之上的筏板进行理论求解。选取桩筏结构中单桩作用的筏板区域作为求解单元,将该单元结构视为位于单桩和Winkler弹性地基共同支撑的四边滑支Reissner矩形中厚板,将Reissner矩形中厚板的基本方程导入Hamilton体系,利用辛几何中的分离变量及本征函数展开等方法,求出矩形中厚板弯曲问题的解析解,进而可求得复合地基上筏板的内力、挠度、桩顶反力和桩间土压力等设计值。最后将现场试验实测值与理论模型解析解的计算结果进行对比,结果采用文中理论模型计算得到的筏板弯矩、桩顶轴力及桩间土压应力等与现场实测结果吻合较好,表明在桩筏结构复合地基的筏板设计中,提出的理论模型是一种准确可靠的计算方法。

无砟轨道X形桩–筏复合地基动土压力分布规律试验研究

基于1∶5的轨道–路基–桩筏复合地基模型,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下无砟轨道X形桩–筏复合地基的动力特性模型试验,研究不同激振频率引起的轨道–路基–桩筏复合地基中的速度和动土压力,测得了速度响应、动土压力随深度和激振频率的变化规律。研究结果表明:在路堤横截面方向上,振动响应主要集中在轨道–路基结构中,基床表层中的动土压力在路堤横截面方向呈"W"形分布,地基表面的动土压力呈"U"形分布。基床表层中的动土压力荷载放大系数随激振频率的增加而逐渐增加。相关研究成果可为无砟轨道X形桩–筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。

振动波型对X形桩桩–筏复合地基动力响应影响的模型试验研究

基于大比例模型试验系统,开展砂土地基中现浇X形桩桩–筏复合地基的模型试验研究;分析正弦波与"M"波荷载作用下X形桩桩–筏复合地基的累计沉降、动位移幅值、动刚度、振动速度等的变化规律,初步揭示X形桩桩–筏复合地基动力响应机理。试验结果表明,桩筏复合地基的沉降s与荷载循环次数N的关系曲线可近似用对数函数描述;动位移幅值和动刚度与荷载形式和振幅有关。振动速度随深度增加而逐渐衰减,碎石垫层在振动速度向地基土传播过程中起到了良好的减震作用。研究成果为X形桩–筏复合地基的应用提供了参考依据。

不同激振频率下现浇X形桩桩-筏复合地基模型试验研究

基于大比例模型试验,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下X形桩桩-筏复合地基的动力特性模型试验,研究激振频率对X形桩-筏复合地基动力响应的影响。着重分析了不同激振频率引起的X形桩-筏复合地基的速度、动土压力、桩身动应力等,获得了速度响应、桩身动应力随深度的变化规律。结果发现:筏板的速度响应幅值随着激振频率的增加近似呈线性增加;地基表面动土压力和动力荷载放大系数随激振频率的增大而增大,且增幅逐渐加大;桩顶动应力随激振频率的增大而逐渐增大。相关研究成果可为我国高速铁路桩-筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。

不同振动波形对单桩桩-筏复合地基动力响应特性研究

桩-筏复合地基是控制高速铁路等路基工后沉降的一种常用地基处理技术,然而针对其在不同振动波形荷载下的动力响应特性对比研究相对较少。基于大型模型系统,开展砂土地基中单桩桩-筏复合地基大比例模型试验研究,着重分析不同振动波形加载下单桩桩-筏复合地基的累积沉降、桩底-桩侧土动土应力比、加速度及速度传递等变化规律,初步探讨振动波形对单桩桩-筏复合地基承载特性的影响机制。试验结果表明,M波振动波形对地基累积沉降的影响较正弦波振动波形对地基累积沉降的影响略大一些,对桩底-桩侧土动应力比的影响则反之;振动响应加速度和速度随着加载频率及振幅幅值的增大而增大。相关研究成果可为单桩桩-筏复合地基的理论分析与计算提供参考依据。

高铁CFG桩-筏复合地基固结解析解及特性

考虑桩—土在刚度、渗透性等方面的差异,建立端承型CFG桩—筏复合地基轴对称固结模型,推导桩间土的固结方程,并给出“单级等速加载”情况下固结方程的解析解;应用该解析解结合工程实例进一步研究置换率、桩—土压缩模量比、加荷速率地基设计参数对固结特性的影响。结果表明:桩的作用增大复合地基等价固结系数,固结速率随置换率、桩—土压缩模量比、加荷速率的增大而提升,该工程软土地基的置换率和桩—土压缩模量比适宜范围分别为0.03~0.06和100~150。

高速铁路PHC/CFG桩-筏复合地基变形特性研究

桩-筏复合地基在高速铁路软土地基处理中所占比例较大,研究其变形特性对工程设计及运营期维修具有重要意义。基于沪宁(上海-南京)城际铁路PHC桩-筏复合地基和CFG桩-筏复合地基工程实例,采用室内模型试验和现场测试相结合的方法,对PHC和CFG桩-筏复合地基建设期及运营期变形特性进行研究。研究结果表明:若桩长和面积置换率相同,桩刚度对桩顶沉降影响较小;若桩刚度相同,桩顶沉降随面积置换率增加而减小;PHC桩-筏复合地基整体变形小于CFG桩-筏复合地基,且在限制侧向位移方面表现出较大的优越性;桩-筏复合地基在建造期(铺轨前)堆载预压3个月完成的沉降量约占堆载预压6个月沉降量的90%以上,约占铺轨后沉降量的80%,建造期沉降量约为运营后3年半沉降量的65.4%~78.6%。

桩-筏(网)复合地基桩土应力比现场测试研究

桩土应力比是刚性桩复合地基的一个重要设计参数,通过对沪宁城际铁路路基试验段CFG桩-筏(网)和PHC桩-筏复合地基桩土应力进行长期观测,分析了桩土应力变化规律,对桩土应力横向分布、桩间土应力变化、桩土应力比及荷载分担比等进行了对比研究。研究表明:桩土应力比与填筑荷载成非线性关系,与桩土相对刚度密切相关;桩土应力横向呈不规则锯齿形分布,桩顶应力集中现象明显,桩间土承载作用在填筑初期得到了充分发挥,桩土差异沉降迫使桩顶承受更多荷载,褥垫层和土工格栅调整了桩土荷载分担,揭示了路堤荷载作用下桩-筏(网)复合地基承载机制。

冻土区公路CFG桩-筏复合地基承载力与沉降变形研究

对伊绥高速公路K44+400~K44+575段冻土区实际问题进行CFG桩—筏复合地基承载力与沉降变形研究。通过桩—筏承载力试验得出结论桩低轴力值减小量高达桩顶轴力值的45%左右;由于桩间冻土在CFG桩影响范围内且筏板放热作用导致上部冻土融化冻土侧摩擦阻力降低,使得筏板下的CFG桩桩身轴力向下传递较快,实验用A筏板最大沉降量为1.19 mm。通过有限元模拟得到的桩底反力数据与实验数据对比分析可知二者符合情况良好,证明了有限元计算的合理性;荷载级别到达12级时柱底反力约为65 kN。

长期列车荷载下无砟轨道X形桩-筏复合地基动力响应模型试验

基于缩尺比例为1︰5的无砟轨道X形桩-筏复合地基模型试验,在长期列车循环荷载作用下开展饱和砂土地基中该复合地基的动力响应研究,分析X形桩桩身动应力、桩侧摩阻力以及累计沉降随荷载循环次数的变化规律。试验结果表明,桩身轴力和累积沉降均随加载次数的增加而逐渐增加,但增加的速率逐渐放缓,桩身轴力的发挥具有明显的时间效应。加载频率越小,桩身轴力趋于稳定所需的荷载加载次数越少。在桩顶向下1m范围内为负摩阻力区,在1 m范围外为正摩阻力区,中性点位置在桩长的1/4处。归一化桩身轴力、桩侧摩阻力和沉降随归一化荷载循环次数的变化规律均可用对数函数描述。