高速铁路CFG桩-土复合地基减振性能研究

为系统研究高铁运行引起的CFG桩-土复合地基环境振动特性及其自身减振性能,首先基于2.5维有限元计算理论,利用等代桩墙对CFG桩-土复合地基进行等效,建立轨道-路堤-CFG桩-土复合地基系统的2.5维有限元模型;其次,与高速铁路环境振动既有实测研究成果进行对比,验证所建模型的正确性;最后,考虑高速列车的不同运行速度,以竖向振动加速度为评价指标,分析桩径、桩间距和桩体刚度对CFG桩-土复合地基减振性能的影响。研究结果表明:相较于无桩地基,CFG桩-土复合地基对高速列车运行引起的地面环境振动具有良好的减振效果,距轨道较远处减振效果优于轨道近处减振效果;距轨道较近处,CFG桩-土复合地基的减振效果由列车运行速度和共振条件共同主导;增大桩径d、增大桩体刚度或减小桩间距s均能提高CFG桩-土复合地基的减振效果。然而,当桩径d≥1/4s或桩间距s≤4d或桩土刚度比R_(PS)≥138.9时,继续改变CFG桩设计参数将难以进一步显著提高减振效果。CFG桩-土复合地基可提高地基的临界速度,当车速接近该临界速度时减振效果较差。

回填土地基上独立基础的CFG桩复合地基设计

CFG桩复合地基主要用于多层及高层建筑物,以往的研究和应用主要是针对基础埋深相对较深的情况。对于回填土地基的独立基础,采用桩基础相对较多,采用CFG桩复合地基较少。文章从受力机理、变形特性和工程造价等角度对桩基础和CFG桩复合地基进行对比分析,探讨了CFG桩复合地基的优势。同时,依托具体工程实例,依据不同规范,对回填土地基上独立基础的CFG桩复合地基沉降计算进行对比分析。结论如下:对于承载力要求不高的独立基础,相比桩基础,CFG桩复合地基在满足承载力和变形控制的前提下,能够大幅度节约工程造价;位于回填土地基上的独立基础CFG桩复合地基设计以沉降控制为主,承载力计算和沉降计算均需考虑填土的不利影响,沉降计算需按照整体进行协同计算。

CFG桩复合地基褥垫层厚度与桩土应力比的数值模拟和试验

CFG桩复合地基设计中,褥垫层厚度的确定一般是根据经验在一定范围内选取,这样给出的褥垫层厚度值并不确定是否是最适合的,从而对CFG桩复合地基承载力的发挥造成不确定性的影响。为了充分发挥桩与桩周土的承载能力,使两者更好的协同工作,本文通过数值模拟结合试验验证的方法,分析了影响桩土荷载分担比的两个主要因素,其一是所受荷载的大小,其二是褥垫层厚度。建立在此前成果上,研发了针对CFG桩复合地基设计时确定垫层厚度的计算模拟技术,旨在提供科学选取垫层厚度的理论支持,确保桩体及其周围土的承载能力得以充分发挥。

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。

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。

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。

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。

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。

排水桩-网复合地基处置可液化路堤地基的振动台试验研究

排水刚性桩融合了刚性桩基础承载力高和具有排水性能的双重优点。为研究排水刚性桩处置可液化路堤地基的抗液化作用效果,采用7#硅砂作为路堤地基模型材料,3×5群桩布置形式,在水平向和竖直向施加双向动力荷载,对排水桩-网复合地基和普通桩-网复合地基处理可液化路堤地基开展了振动台模型试验研究。从超孔隙水压力、加速度、沉降等动力响应对排水桩-网复合地基的抗液化作用效果进行了分析。试验结果表明:排水桩-网复合地基的处置效果明显优于普通桩-网复合地基的加固效果。排水桩工况超孔压比峰值最大值为0.79,最小值为0.61,普通桩工况超孔压比峰值均达到1.0,处于完全液化状态。排水桩工况水平向峰值加速度放大系数沿路堤模型底部至顶部呈现明显的放大效应,峰值加速度放大系数最大值为1.60。普通桩工况峰值加速度放大系数呈现一定的液化地基减震效应,峰值加速度放大系数最大值为1.07。排水桩工况沉降平均值为11.4 mm。普通桩工况沉降平均值为25.7 mm,排水桩工况最终沉降量平均值较普通桩工况减小55.6%。排水桩能够有效加快超孔隙水压力的消散,减小路堤沉降量,是一种处置可液化地基的有效措施。

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。

软岩地基斜锚-短桩复合基础水平承载性能研究

针对山区输电线路岩石地基斜锚-短桩复合基础这一新型基础型式,采用有限元方法构建并验证计算模型,并进一步以短桩的桩径及其嵌岩深度、斜锚长度、斜锚连接节点距地表深度为参数,开展嵌岩短桩及斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能对比研究。基于斜锚-短桩复合基础水平荷载-位移曲线初始弹性段、弹塑性过渡段和直线破坏段的三阶段变化特征,确定了各基础相应阶段的水平承载力。研究岩体及桩身截面混凝土应力分布特征、斜锚与短桩连接节点位置对斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能的影响规律,结果表明:斜锚与岩体间的黏结锚固作用可将基顶水平力转化为斜锚拉力,使水平荷载传递至斜锚周围及短桩桩端以下的岩体,进而有效提高斜锚-短桩复合基础水平承载性能。通过优化斜锚连接节点距地表深度,可减小桩径及其嵌岩深度同时满足相应基础抗水平承载力设计要求,从而有效降低基础施工难度,提高基础安全性。

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。

CFG桩复合地基设计与施工工艺

以CFG桩复合地基为研究对象,介绍了CFG桩的概念和基本原理,并结合具体工程,从土层参数、桩径、桩间距、面积置换率等方面进行了CFG桩复合地基设计,对CFG桩复合地基施工技术要点展开了研究,开展CFG桩复合地基的现场载荷试验,并对试验结果进行分析。

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。

逐级加载下水泥搅拌桩复合地基桩土应力的研究

在工程中设计桩土复合地基的主要目的是充分发挥桩体承担荷载的效应,以达到变形协调的作用,桩土应力比是反映桩体加固效果的重要参数,为此探索桩土复合地基在逐级填土加载的过程中,桩身与桩间土所受应力的变化情况.本文以实际工程项目为依托,通过有限元建模计算,结合现场实测,研究桩土应力比的变化趋势.研究发现,桩土应力比在分级填筑的过程中会逐渐增加;在第三级填筑之前,路肩处桩土应力比大于路基中部;停止路堤填土后,桩土应力比曲线走势平稳,路基中部桩土应力比大于路肩处.桩体弹性模量对桩土应力比有显著影响,当桩体弹性模量从150 MPa增加至400 MPa,路基中部与路肩处桩土应力比最大值均有增加.

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。

机场改扩建工程中CFG桩复合地基施工技术研究

本文以机场改扩建工程中CFG桩复合地基施工技术为对象进行了研究,旨在了解客观基础地质条件对地基荷载状态下的稳定性产生的影响。首先,在考虑地质条件和荷载对CFG桩复合地基性能影响的基础上,设计了CFG桩的布置和参数范围,在具体施工阶段,从施工设备选择、施工材料控制、施工操作执行等部分进行细化。然后,通过实验法验证了CFG桩复合地基施工技术设计的应用效果,结果表明:在作用荷载相同的前提下,不仅沉降位移实现了快速收敛,且最大沉降位移也仅为8.20mm,具有较好的应用效果。由此可知,CFG复合地基施工技术具有强度高、承载能力强等优势,符合建筑基础的稳定性要求。考虑土层的厚度、性质、力学性能等因素,合理布置CFG桩,可以保证地基的稳定性和承载力。

浅层就地固化桩土刚性复合地基沉降计算新方法

针对就地固化桩土刚性复合地基沉降计算研究的不足及现行规范此类工况沉降计算方法的局限性,首先剖析了就地固化桩土刚性复合地基沉降机理,分析了土拱效应下的桩端应力分担比例和等沉面以上负摩阻区的附加应力对沉降的影响,提出了就地固化桩土刚性复合地基沉降计算的新方法,并通过数值模拟和工程实例进行了验证。验证结果表明,就地浅层固化土技术,可强化土拱效应、增强桩基传递效应,能有效减小复合地基的整体沉降,新沉降计算方法准确可靠。