盐渍土地区CFG桩水泥土褥垫层性能的研究

利用MIDAS-GTS NX数值模拟软件,针对褥垫层厚度和弹性模量变化对桩的沉降和桩土应力比的影响等问题,通过数值模拟对CFG桩桩顶沉降、桩顶应力、桩土应力比等进行研究,并得出以下结论:随着弹性模量的增大,桩土应力比增加趋于平缓,桩顶沉降增加;随着水泥土褥垫层厚度的增大,桩顶应力变化趋势也随之增大,且趋势基本相似;褥垫层厚度小于600 mm,弹性模量小于100 MPa时,地基沉降与二者参数变化有着较大关联;盐渍地区600 mm的水泥土褥垫层理论上可以有400 mm碎石褥垫层的工作性能。

软土厚度不均匀地段CFG桩褥垫层厚度设计

褥垫层作为CFG桩软土加固技术的组成部分之一,其厚度的设计可以有效保证CFG桩技术的加固效果,在实际应用CFG桩技术时,常受到工程所在地的软土分布情况影响,通过分析桩体的应力扩散厚度以及桩体刺入褥垫层的厚度,计算褥垫层的设计厚度,通过实际软土厚度不均匀的桥梁工程案例进行验证,利用监测和模拟的方法,根据沉降量的变化情况反映最佳的CFG桩褥垫层厚度,经对比可知,最佳的CFG桩褥垫层厚度约为0.5 m,计算的褥垫层设计厚度为0.48 m,两者相较误差较小,通过计算得到褥垫层厚度可满足使用要求。

基于Winkler地基离散元模型的复合地基褥垫层工作特性模拟

为了更为真实地反映复合地基的工作状态,建立了Winkler桩土地基、基础钢筋混凝土筏板和素混凝土保护层的复合地基离散元(DEM)数值模型并进行了标定。设计了一组L_(16)(4^(5))正交数值试验,以探究复合地基褥垫层厚度、桩宽、基础底板厚度、桩土刚度比的影响,对复合地基褥垫层变形形态、基础底面受力和桩土应力比等进行了分析。结果表明:不同因素对基础底板受力均匀程度的影响由大到小依次为褥垫层厚度、桩土刚度比、底板厚度、桩宽,不同因素对桩土应力比的影响由大到小依次为桩宽、桩土刚度比、褥垫层厚度、基础底板厚度;随着褥垫层厚度的增加,褥垫层变形由三角形模式逐渐扩展,直至形成等沉模式,同时褥垫层力链网络分布更加均匀,桩土应力比显著减小,当褥垫层厚度达到300 mm时,基础底面受力趋于均匀分布。

复合地基褥垫层工作性能的混合试验研究

褥垫层是影响复合地基工作性能的关键影响因素。由于研究手段的欠缺,目前对复合地基褥垫层工作性能的认识还有待深入。采用开发的混合试验装置及数据交互系统开展混合试验,建立了褥垫层与上部加载的物理模型与桩土地基数值模型相结合的全组件参与的试验方法,大大缩减了模型试验工作量。利用该试验方法开展了3组不同褥褥垫层厚度的混合试验,分析了复合地基褥垫层的工作性能,揭示了桩土荷载传递规律、沉降规律及桩侧摩阻力的分布。随着褥垫层厚度的增加,桩间土承担的荷载以及桩土相对位移增加;当褥垫层厚度超过200mm时,桩土荷载分担比趋于稳定。

CFG桩复合地基新型嵌入式褥垫层桩-土应力比改善特性

CFG桩复合地基具有较好的环保效益,近年来在软基处理中推广迅速。鉴于天然地基自身较差的工程特性,加之CFG桩施工扰动易引发表层土持力性能进一步弱化,受荷状态下刚性的CFG桩与桩间土易形成过大的桩-土应力比,褥垫层结构破坏风险增大,不利于复合地基协同受力。研究提出对截桩面下约50 cm厚剧烈影响区土层采用压实碎石换填,再铺设水泥土垫层而形成新型嵌入式褥垫层结构,以改善CFG桩复合地基持力性能,得到以下结论:①基于单桩复合地基现场载荷试验对比分析,采用嵌入式褥垫层测得的桩-土应力比显著低于常规平铺褥垫层,极限载荷下桩-土应力比较常规褥垫层的22.9降至13.8,降幅约40%,且全过程桩-土应力比曲线波动相对平缓,尤其是达到极限承载力后无陡降,有利于地基安全受荷;②采用数值试验手段模拟CFG群桩复合地基竖向受荷特性,嵌入式褥垫层对桩间土压缩层起到了显著的综合强化作用,既有效减小了桩向褥垫层的相对刺入,也使得褥垫层的变形形态更均匀平整,局部刺入和翘起得到有效缓解,避免了桩-土应力比过大对褥垫层结构的破坏;③嵌入式褥垫层条件下不同部位CFG桩的水平变形状态更优,顶部较强的约束将CFG桩受力模式由接近“悬臂式”变为接近“简支式”,对复合地基边桩和角桩的变形受力状态改善显著。

不同褥垫层厚度下大直径CFG桩复合地基桩土应力比试验研究

褥垫层厚度是调整复合地基工作状态的主要参数。基于相似关系开展了室内模型试验,分析了砂土地基中不同褥垫层厚度下大直径CFG桩复合地基桩土应力比的变化规律。试验结果表明:当褥垫层厚度一定时,桩土应力比随荷载增加先快速上升后趋于稳定;当荷载一定时,桩土应力比随褥垫层厚度增大而逐渐减小;在加载初期,桩间土发挥主要承载作用,随着荷载增加,桩体逐渐发挥承载能力;褥垫层具有应力扩散作用,过薄不利于桩间土承载能力的发挥,过厚不利于桩体承载能力的发挥;当桩土应力比为5.4~11.2,砂土地基的褥垫层厚度与桩径比合理取值范围为0.37~0.74,能够充分发挥桩土共同承载能力。基于试验结果,提出能合理反映砂土地基中褥垫层厚度对桩土应力比影响规律的数学模型,以期为类似工程设计施工提供借鉴。

刚性桩复合地基体系中褥垫层减震效应研究

基于上海7度设防烈度规范标准反应谱生成人工地震波,选取一软土场地中的10层混凝土框架结构为例,利用通用有限元分析软件ABAQUS进行刚性桩复合地基-筏板基础-上部结构体系和桩筏基础-上部结构体系的建模及动力时程分析,对比在6度、8度罕遇地震作用下主要受力构件(桩体和上部结构)的动力响应,归纳刚性桩复合地基体系的抗震特点。结果表明,复合地基体系中,褥垫层表现出较好的减震作用,桩基内力包络值明显减小,而位移仅略有增加;上部结构水平加速度、水平位移、层间位移及内力响应均明显减少。可见设置褥垫层的抗震性能优于不设置褥垫层的情况,且大震效果更优。

复合地基上褥垫层设计的理论分析

通过理论分析，指出褥垫层设计中应考虑的问题及有关规律，并导出褥垫层内摩擦角上限值及垫层厚度的计算公式，可供有关设计人员参考。

变厚度褥垫层在复合地基中的应用

从褥垫层的作用机理出发,探讨在褥垫层设计中注意的问题。并通过工程实例,介绍用变厚度褥垫层,消除不均匀沉降的方法。

复合地基的褥垫层设计

为了从理论上确定褥垫层的设计参数,桩与褥垫层的关系可以看成倒置的桩对地基土的作用,桩体上刺可能引起褥垫层产生整体剪切破坏、局部剪切破坏或刺入破坏,而能够调节应力比的合理模式是整体剪切破坏,据此提出了褥垫层内摩擦角理论上限值的迭代公式·同时根据Terzaghi滑移线理论,证明了对数螺旋滑移线与基础底板相交时褥垫层的厚度为最小设置厚度,低于最小设置厚度,调节桩土应力比能力减弱·褥垫层的宽度设置应按照应力扩散原则,防止褥垫层失效·

褥垫层对复合地基承载特性影响的试验研究

通过现场静载荷试验,研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对夯实水泥土单桩及多桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明,随垫层厚度的增加,桩身分担荷载的比例逐渐减小,而桩间土分担荷载的比例却逐渐增大,表现为桩土应力比随垫层厚度增加而降低的特点。另一方面,垫层材料性能越好,则调整桩土协调变形的能力越强,即要求设置的褥垫层厚度越薄。对试验的两种材料不同厚度的褥垫层,其最佳厚度为0.2～0.3 m。

复合地基褥垫层的作用及其最小厚度的确定

褥垫层下复合地基桩间土的沉降大于桩体的沉降。由褥垫层的受力机理导出计算刚性结构层下褥垫层最小厚度的理论公式。

复合地基桩土应力比与褥垫层厚度关系的试验研究

采用在水泥土桩单桩复合地基载荷试验中设置不同厚度褥垫层的方法 ,将其试验结果与无褥垫层的单桩载荷试验资料进行对比分析 ,探讨了褥垫层作用下桩土应力比的分布规律 ,并得到了桩土应力比与褥垫层厚度的变化规律。该研究为褥垫层合理厚度的设置及复合地基的优化设计提供了依据。

刚性基础下复合地基褥垫层细观工作机制

垫层是保证变形协调、实现复合地基荷载合理分配的关键组件。但目前对垫层细观工作机制的认识还不够深入,参数选取主要依赖经验。为了进一步揭示垫层协调工作机制,利用自制试验装置进行了3种不同填料高度下的砂垫层可视化平面应变试验。结合2D DEM数值正交试验,揭示了不同尺寸参数组合下垫层的3种变形形态及其细观力链分布特征,指出变形形态与垫层相对厚度(厚度与桩间净距的比值)有关,并提出了按相对厚度控制垫层参数选取的建议。同时,通过垫层细观工作机制分析,提出垫层协调性能的评价指标,利用正交试验分析得到了垫层厚度与桩间净距是影响垫层变形协调能力的显著因素,给出了指标的取值上限值以指导垫层参数设计。

高速公路CFG桩复合地基褥垫层作用机理研究

CFG桩 (cement fly-ash gravel pile) 复合地基的核心技术是设置褥垫层,而褥垫层设计的是否合理,对CFG桩复合地基的承载与变形特性都产生较大的影响。根据太沙基基本理论,详细地讨论了CFG桩复合地基褥垫层作用机理,并推导出CFG桩复合地基最佳桩间距、合理褥垫层厚度、桩土应力比、实际置换率的解析表达式。计算结果与工程实例对比表明了该解答的可行性,能够为CFG桩复合地基的优化设计提供帮助与指导。

不同厚度褥垫层刚性桩复合地基工作特性研究

对刚性桩复合地基褥垫层的工作机理进行了分析。并据此设计了桩竖向刚度很大的刚性桩复合地基模型试验。进行了桩顶进入不同厚度褥垫层的复合地基试验,研究了刚性桩复合地基褥垫层在竖直荷载作用下的工作性状。结果表明:竖向刚度很大的桩即使在100 mm厚褥垫层情况下也很难充分发挥其承载力,桩顶下设置一定厚度的褥垫层有助于提高桩的荷载分担比,减小刺入量。

褥垫层对复合地基承载机理的影响

首先利用数值试验的方法 ,系统研究了 4种模量的代表性群桩复合地基 (极柔性桩、一般柔性桩、半刚性桩、刚性桩 )施加褥垫后的承载性状 ,分析了褥垫在复合地基中的加固机理与作用。

复合地基上褥垫层设计的理论与试验研究

复合地基上褥垫层的设计是桩体复合地基设计的关键技术 ,通过对桩土应力比与褥垫层厚度关系的理论推导分析 ,并采用在水泥土桩单桩复合地基载荷试验中设置不同厚度褥垫层的方法 ,得到了褥垫层作用下桩土应力比的分布规律 ,此分布规律与理论分析一致。

CFG桩复合地基褥垫层效用的有限元分析

水利工程中为提高泵站地基的承载力,常采用CFG桩(长螺旋成孔)复合地基进行地基处理。由于上下游存在水位差,褥垫层材料常采用水泥土或黏性土代替散粒体材料。利用有限元软件ABAQUS,建立单桩复合地基有限元模型,分析了不同褥垫层材料、不同厚度及不同变形模量对桩土应力比的影响规律。该研究为CFG桩复合地基褥垫层材料的选择及褥垫层厚度的设置提供了依据,有利于复合地基的优化设计。

CFG桩复合地基褥垫层效用的有限元分析

复合地基上褥垫层的设计是桩体复合地基设计的关键技术,通过有限元数值模拟分析,得到了桩土沉降与荷载之间的关系,获得了褥垫层厚度及其压缩模量对桩土应力比、桩土沉降等的影响规律。该研究为复合地基褥垫层厚度的设置及选择和配制合理的垫层材料提供了依据,有利于复合地基的优化设计。