硬壳层对管桩复合地基桩-土应力比的影响

为研究就地固化硬壳层对预应力管桩复合地基桩-土应力比的影响,以绍兴钱滨线泥浆池路段为背景,开展现场试验和数值模拟分析,研究路堤荷载作用下预应力管桩复合地基的受力和变形;从桩-土应力比的角度,着重探讨硬壳层对桩基复合地基承载性能的影响规律;分析路堤高度与桩帽净间距之比、桩帽宽度与桩帽净间距之比等设计参数对桩-土应力比发展的影响机制.研究结果表明:硬壳层的存在能够有效提高桩基复合地基的承载特性;在本文试验条件下,就地固化硬壳层的预应力管桩复合地基最大水平位移发生在地表以下5~6 m处,区别于传统桩基复合地基的土体水平位移沿深度逐渐降低的规律;桩-土应力比在23~37,高于传统桩基复合地基.

路堤荷载下联合管桩加固复合地基桩-土应力比和沉降分析

联合管桩加固复合地基是目前处理浅层超软土加固的有效措施之一。为探讨管桩复合地基对浅层超软土层固化效果、分析地基沉降演变规律,结合荷载传递法理论,建立联合管桩加固复合地基的理论计算方法,考虑应力、沉降变形连续性等因素对浅层超软土加固效果的影响。利用有限元软件将下卧层、柱间土、基桩、固化层和路堤填料作为一个模块,将模拟数据及理论计算结果与某地区现场加固复合地基监测试验数据进行对比,分析所建模型和理论的可靠性和精确度。研究结果表明:在路堤荷载下,管桩复合地基加固浅层超软土的效果显著,其桩基的承载性能得到充分发挥;随就地加固层弹性模量的增加,桩-土应力比呈线性增长趋势;为充分发挥加固材料性能,水泥掺量设定低于11%的固化剂用量;在浅层超软土加固模量递增趋势下,桩体中性点位置(0.12~0.45)也呈增大现象。

路堤荷载下浅层就地固化联合管桩复合地基桩-土应力比及沉降计算

浅层就地固化联合管桩复合地基是超软土地基加固的有效方法之一。基于复合地基荷载传递法理论,将路堤填料、固化层、基桩、桩间土和下卧层作为一个系统,建立考虑应力、沉降变形连续性的浅层就地固化联合管桩复合地基的理论计算方法,探讨浅层固化层对管桩复合地基桩-土应力比及地基沉降的影响规律。通过与浅层就地固化联合管桩复合地基现场试验结果的比较分析,并与传统管桩复合地基现场试验结果对比,验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。研究结果表明,浅层固化层的设置能够充分发挥管桩复合地基中基桩的承载性能,桩-土应力比随着浅层固化层模量的增大而呈线性增加(斜率约为1.6MPa^(-1));现场工况下,桩体中性点位置随浅层固化层模量的增大而上移(介于0.12~0.45之间);考虑到发挥固化剂材料性能及加固效果,选取水泥掺量不超过11%的固化剂较为合适。

格栅强度对桩-网复合地基桩-土应力比影响研究

为探索不同格栅强度条件下桩-网复合地基桩-土应力比的变化规律,首先基于桩-网复合地基工作机理,推导出桩-土应力比的解析式;然后依托赣龙(赣州—龙岩)和哈大(哈尔滨—大连)高速铁路桩-网复合地基工程实例,由实测数据对比分析了格栅强度100k N·m^(-1)和300k N·m^(-1)条件下的桩-土应力比变化规律;最后建立三维数值模型,进一步分析了格栅强度在100~400k N·m^(-1)区间的桩-土应力比变化规律。结果表明:格栅强度在100~300k N·m^(-1)区间时,桩-土应力比随格栅强度增幅较大,当格栅强度超过300k N·m^(-1)以后增加的幅度较小。考虑复合地基承载特性最大贡献,建议选取格栅强度200~300k N·m^(-1),此时桩-土应力比为3.8~4.5。

带垫层的砼芯水泥土搅拌桩复合地基桩-土应力比的计算

在考虑了砼芯水泥土搅拌桩桩顶刺入垫层,桩端刺入下卧层,桩周存在的负摩阻力的情况下,导出了带垫层的砼芯水泥土搅拌桩复合地基桩-土应力比的计算公式,并对不同桩深的桩-土应力比也做了推导。最后通过实例验证,结果显示本文所提出的桩土应力比计算方法与实测具有很好的一致性。

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明:中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。

高强格栅桩-网地基荷载传递桩-土应力特性

为揭示高强格栅桩-网复合地基上部路堤荷载传递过程中桩-土应力的传递特性,依托某高铁高强格栅桩-网复合地基工程背景,建立了适合较小桩-土差异沉降桩-网复合地基荷载传递特性分析的修正土拱模型,并将理论计算桩-土应力比与现场测试结果进行对比,验证模型的合理性。结果表明:本文修正模型计算的桩-土应力比与现场测试结果吻合度高,验证了模型的可靠性;相同条件下,土拱效应影响范围随填土高度的增加呈变小趋势,拉膜特征值随桩-土差异沉降的增加呈指数增大;高强格栅因具有“拉膜架驭”效应,桩-土协同发挥承载功效在填筑期基本完成,最终稳定时桩-土应力比为3.8~4.0。同时,对比桩-土应力比与沉降随填筑荷载变化规律可知,前者对填筑荷载的敏感性略大于沉降,说明利用桩-土应力比可达到高铁路基控沉效果评估的目的。研究成果可为高速铁路桩-网复合地基精细化建造提供理论依据。

桩-土间剪切应力的传递探讨

对不同情况下桩-土间剪切应力进行了初步的理论分析,并基于ADINA有限元程序,对不同情况下的桩-土间剪切应力进行了计算对比分析。结果表明,同种土体和桩体条件下,各种模式达到极限状态时桩-土间剪切应力不同,堆载作用下负摩擦力值最大,抗拔桩负摩阻力值最小,桩顶受压桩、托桩的摩阻力值介于其间;桩材泊松比在0.15～0.35范围内时,桩侧摩阻力随泊松比的增大而增大。所得结论有助于进一步认识桩-土相互作用规律以及桩-土荷载传递机制。

现浇X形桩桩-土荷载传递规律现场试验研究

现浇X形混凝土桩(简称X形桩)是为了更好地满足沿海、沿江软土地基处理应用而开发的一种新桩型。该新型桩具有比表面积大、侧向摩阻力高,施工便捷,经济效益高等技术经济优势;但针对其在复合地基中桩-土荷载传递规律特性的研究却相对较少。结合某污水处理厂软基处理工程,开展了X形桩复合地基中桩-土荷载传递规律的现场试验,测得了荷载-沉降关系,桩-土荷载分担比、桩-土应力比,以及桩身轴力等发展情况,分析了不同工况下复合地基中桩-土协调相互作用和中性点位置规律;并将等混凝土用量圆形桩和X形桩的单桩静载荷试验作为对比分析。研究结果表明,本文试验条件下复合地基中X形桩桩侧正、负摩阻力转化发生在0.2倍桩长处,桩侧正摩阻力最大值约为其负摩阻力最大值的140%;相同桩长情况下桩-土应力比随竖向荷载等级增长速率随桩间距的增加而减小。

CFG桩复合地基桩土应力比简化计算

研究了CFG复合地基桩-土应力比的计算方法,既考虑桩顶刺入垫层和桩端刺入下卧层的情况,又考虑桩的负摩阻力,在此基础上建立了桩-土应力比的计算模型,导出了带垫层的刚性桩复合地基桩-土应力比的计算公式。通过工程实例验证了计算方法的合理性。

夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状试验研究

针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组圆柱形桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究这4组复合地基在相同条件下的桩-土平均沉降差、桩体应力、平均桩-土应力比、平均沉降随荷载变化的规律。研究结果表明:夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩-土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能;在一定荷载范围内,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩-土应力比夯实水泥土圆柱形桩复合地基的平均桩-土应力比大;随着荷载的增加,桩体所分担的荷载是有限的,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩-土应力增长趋于稳定或下降,即楔形桩的倾斜侧壁能有效地缓解桩体应力集中现象。

长短桩组合路堤桩三维复合拱土拱效应分析

基于等长桩路堤桩土拱效应的Hewlett分析方法,提出均布荷载作用下长短桩组合路堤桩的三维复合拱土拱效应分析方法。采用有限元法形象描绘土拱效应形成的应力集中形态随长桩与短桩的桩长比不同时的变化,基于此提出三维复合拱的基本理论框架。引入土拱效应系数来表征土拱的强度状态,建立桩帽顶部平面的应力平衡微分方程,结合边界条件及土拱效应系数之间的关系计算长桩和短桩的桩-土应力比;当加筋体存在时,分区域对加筋体进行变形假设,建立考虑加筋体拉力的桩帽顶部应力平衡微分方程。与离心模型试验和现场实测结果及有限元方法的模拟结果进行比较,验证了此方法的合理性,进一步开展参数分析对主要影响因素进行等级评价。分析表明,加筋体的存在明显增大桩-土应力比,尤其当桩帽覆盖率比较小时效果更为明显。

桩-网复合地基承载及变形特性的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,通过有限元数值模拟的方法分析了路堤荷载作用下桩-网复合地基中土工合成材料刚度、垫层厚度、桩体模量以及桩间距对复合地基的荷载传递特性、桩-土应力比、路基的表面沉降及侧向位移的影响。总结、分析计算结果,获得了桩-网复合地基承载及变形的一些基本特性,如:增加土工合成材料刚度,可显著地减小桩-土差异沉降和路基侧向位移,并增加桩-土应力比;增加垫层厚度,可明地改善桩-土荷载分担比和桩-土应力比等力学性状。这些结果对桩-网复合地基的设计与施工具有一定的指导意义。

包裹碎石桩和碎石桩复合地基抗震性能对比试验研究

包裹碎石桩是在碎石桩外包裹一层土工材料制成的一种新型桩体,由于包裹作用,碎石桩的刚度和抗剪强度得到了明显提高。然而,目前有关包裹碎石桩的研究较少,特别是其抗震性能方面。鉴于此,通过开展包裹碎石桩复合地基和碎石桩复合地基振动台模型试验,在考虑不同类型、幅值的地震波作用下,研究两种复合地基的加速度、桩土应力、破坏现象和位移,进而对比分析这两种复合地基的动力响应规律和抗震性能。试验表明:包裹碎石桩桩顶和桩间土水平方向加速度放大系数均约为碎石桩的2倍;相同地震波条件下,包裹碎石桩复合地基的峰值桩-土应力比约为碎石桩复合地基的3倍;与碎石桩复合地基相比,0.9g人工波加载后包裹碎石桩复合地基在较大区域内产生较窄裂缝;包裹碎石桩复合地基产生的总沉降较碎石桩复合地基减小了51%。因此,包裹碎石桩复合地基的抗震性能优于碎石桩复合地基。

Y型沉管灌注桩加筋路堤力学性状试验研究

结合申嘉湖杭(上海―嘉兴―湖州―杭州)高速公路嘉兴段Y型沉管灌注桩处理桥头软基实体工程,通过路堤填筑荷载下Y型沉管灌注桩加筋路堤路基表面及桩帽上下应力分布的现场试验研究,获得了路堤荷载下桩帽间土体表面应力、桩帽上应力及桩帽下土体表面应力的分布及变化规律,比较了距桩不同位置处桩帽间土体表面应力差别、桩帽上与桩帽下应力差别、桩帽下与桩帽间土体表面应力差别、桩帽上与桩顶上应力差别,分析了桩-土应力比及荷载分担比在路堤填筑荷载下变化趋势及规律。通过特殊加载时间段,分析了路堤填筑加载后应力及桩-土应力比调整规律。通过路堤进入预压期后的观测数据,分析了路堤进入预压期后桩-土应力比及荷载分担比变化规律。

带帽刚性桩复合地基荷载传递特性研究

根据控沉疏桩理论,探讨了带帽PTC型刚性桩在高速公路深厚软土地基处理中的适应性。为了掌握带帽PTC管桩复合地基的作用机理,分析了其承载能力、荷载传递、桩侧土压力、桩侧摩阻力、桩土荷载分担比及桩-土应力比等力学性状,并进行了带帽和无帽单桩复合地基现场足尺试验,对试验结果进行了深入地分析和研究。试验结果能为带帽PTC管桩复合地基理论研究提供合理的试验依据,并指导工程设计。

刚性桩复合地基垫层合理厚度确定方法

垫层厚度的设计是复合地基承载力能否全部发挥的关键因素,垫层的合理厚度基本是靠经验取值,缺少理论根据。基于垫层-桩-土相互作用机制,考虑使复合地基中桩和桩间土承载力发挥度相等的情况下,给出了垫层合理厚度的计算方法。利用该方法可对刚性桩复合地基进行优化设计。分析表明可以通过调整垫层厚度来调节桩-土应力比,较好地发挥桩和土的承载力,达到降低工程造价的目的。

循环荷载下圆柱形桩与楔形桩复合地基工作性状对比试验研究

为探讨循环荷载作用下夯实水泥土圆柱形桩与夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状的差异,通过室内模型试验,并在桩顶及桩周土表面埋设微型土压力盒,进行循环荷载下夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩的4桩复合地基及单纯软土地基工作性状对比试验,探讨循环应力比和加载周数对夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律。研究软土地基加固方法对永久沉降和桩-土应力比的影响,揭示了循环应力比与桩-土应力比的关系。研究结果表明:采用夯实水泥土桩加固软土地基,能提高地基的临界循环应力比,增强地基抵抗循环荷载的能力;在相同的加荷周数和循环应力比的加载条件下,采用夯实水泥土楔形桩加固软土地基对降低地基永久沉降的效果比采用夯实水泥土圆柱形桩的效果要好,且楔形桩的楔角越大,降低永久沉降的效果越明显。循环应力比越大,桩-土应力比越大;桩-土应力比随楔形桩楔角的增大而增大,随加载周数的增加而降低,并存在一临界加载周数;当加载周数小于临界周数时,桩-土应力比随加载周数迅速降低;当加载周数超过临界周数时,桩-土应力比几乎不随加载周数的变化而变化。

刚性桩复合地基承载机制试验研究

进行了压板和原位测试,对广东地区不同类型刚性桩复合地基桩-土应力比、桩-土的荷载分担比进行了研究,实测数据表明,桩-土应力比与地质情况以及桩-土的相对刚度有关,其测试结果可为今后刚性桩复合地基设计提供参考。

软土地基上循环荷载作用下加筋碎石垫层工作特性分析

通过模型试验研究了循环荷载作用下土工格栅、土工格室及纯碎石垫层在软土地基上的承载特性;分析不同工况下沉降、桩身应变及桩土应力比随循环次数、峰值荷载的变化规律。研究结果表明:在动载条件下,加筋碎石垫层能有效地限制垫层的位移,显著减小复合地基的累计沉降;加筋后的碎石垫层强度和刚度均得到增强,能有效调节桩-土应力分布,改善碎石垫层的受力特性,大幅度提高桩-土应力比,有效减小桩身应变;同等条件下,土工格室碎石垫层对于减小桩顶沉降、提高桩-土应力比和降低桩身应变的性能略优于土工格栅碎石垫层,并随着循环峰值荷载增加,两者的作用效果更好。