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%。

公路软基静压PHC管桩承载特征原位试验研究

通过软土路基上PHC管桩的压桩、复压和原位载荷试验,研究静压PHC管桩的承载特征。试验表明,压桩力具有静力触探锥尖阻力的特征,能够反映地层的力学性状,可以用做现场判定桩长的依据;软土地基压桩后,桩体的极限承载力会随时间有所增长,采用压桩终压值预估桩体的极限承载力是可行的,依据静力触探指标和规范方法计算的承载力偏于安全,以复压压桩力评估承载力随时间的增长偏于危险;桩承荷载既有端阻力也有侧阻力,侧阻力大于50%,本试验中PHC管桩的摩擦桩特征更为突出。

PHC桩复合地基在工程地基处理中的应用

本工程位于天津滨海新区临港工业区,拟建场地属于华北平原滨海冲积平原,本场地原为浅海区域,经人工吹填后形成陆地。地基土中存在分布连续厚度6.5~7.80 m的淤泥质粘土,属高压缩性土。为减少构筑物的沉降量,采用了PHC桩复合地基法进行设计,对复合地基的承载力及沉降量进行了计算,取得了较好的结果,该方案技术合理,经济可行。

黄土区楔形桩-网复合地基承载特性

[目的]针对黄土地区中楔形桩-网复合地基的承载性能进行探究.[方法]开展以几何相似常数为第一基本量、重度相似常数为第二基本量的土工模型试验,研究了不同受荷区域基桩承载能力,并通过有限元计算方法进一步分析其承载特性.比较模型试验结果与有限元计算结果,揭示了黄土区楔形桩-网复合地基的荷载沉降、桩身轴力、侧摩阻力、桩土应力比及荷载分担比等分布与变化规律.[结果]复合地基沉降变化总体趋于均匀,荷载-沉降曲线为缓变型;不同受荷区域基桩的桩身轴力、侧摩阻力呈现明显差异性;楔形桩-土相互作用与荷载和深度呈现正相关关系,但存在一定上限;复合地基中楔形桩随荷载增大能有效分散桩身应力,并将荷载由桩体向桩周土传递、由地基中心向外围扩散.[结论]楔形桩-网复合地基表现出良好的承载能力,直接受荷区桩能更高效地发挥楔形桩承载特性,楔形桩在复合地基中很好地实现桩-网-土协同作用.

CFG桩复合地基试验研究

CFG桩复合地基广泛应用于土木工程各个领域,但就CFG桩复合地基的工作性态及桩-土共同作用机制尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对CFG桩复合地基在川北某高层建筑中现场测试项目的资料分析,得出了CFG桩的桩-土应力分担的变化规律,对褥垫层上下的应力状态有了更为清晰的了解。测试荷载是实际的结构荷载,测试环境是实际的基础环境,测试结果更具实用性。测试结果显示,随着外加荷载的增加,桩-土应力比比例增加。当施工荷载为210 kPa时,桩-土应力比可达16。随着施工荷载的增加,桩体所分担的荷载增加较快,桩间土体分担荷载增加较慢。

垫层对CFG桩复合地基承载力评价的影响研究

为了能正确利用静载荷试验评价CFG桩复合地基承载力,进行了两组载荷板下不同厚度和材料垫层条件下的CFG桩复合地基垂直静载荷试验,对桩土反力进行了测试。根据试验结果和复合地基桩土共同作用的特性,研究了外荷载增加时不同厚度垫层条件下CFG桩复合地基桩土应力比、荷载分担比以及沉降的发展历程。认为垫层厚度和材料对CFG桩复合地基的承载力性状有很大影响,两者之间有个匹配问题。提出在CFG桩静载荷试验时,可以采用厚度为50～150mm的石屑+中粗砂、碎石+中粗砂或碎石+石屑垫层,桩间土的承载力发挥系数为0.75～1.0。

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明:筏板+垫层+疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。

深厚软土中水泥土长短桩复合地基承载特性试验

通过水泥土长短桩复合地基承载特性试验,实测长桩、短桩和桩间土顶面应力,探讨了采用水泥土长短桩方法对深厚软土进行处理时,复合地基桩土应力比及其变化规律。研究表明:水泥土长短桩复合地基荷载试验曲线同单一桩型复合地基一样均为缓变型;长桩和短桩桩土应力比均表现为先增大,后减小,再趋于稳定的趋势,并在临界荷载前后,复合地基主次桩顺序发生变化。根据试验结果,得到了考虑荷载水平的水泥土长短桩复合地基承载力计算公式,且计算结果同实测结果十分接近。

对水泥土桩承载力确定的几个问题的分析

根据水泥土桩桩土接触面载荷传递模型试验、水泥土桩与灌注桩承载力的现场足尺对比试验和有限元分析 ,对水泥土桩载荷传递机理和破坏机理进行了分析 ,对水泥土桩复合地基载荷试验承压板桩土相互作用进行了研究 ,进一步分析了复合地基载荷试验方法对单桩进行检验的局限性 ,辨证分析了褥垫层对水泥土桩复合地基承载力确定的影响 ,不能简单地认为垫层对提高复合地基承载力和减少沉降是有利的 .

CFG桩复合地基承载力及施工检测

本文讨论了CFG桩复合地基承载力的确定 ,以及复合地基检测应注意的几个问题。

透水混凝土桩复合地基的承载特性模型试验

为研究透水混凝土桩复合地基的承载特性,采用模型试验获得了分级加载过程中的沉降、桩土应力比、桩身侧摩阻力和孔压消散规律.结果表明,骨料粒径为3~5 mm、孔隙率为30%的透水混凝土模型桩可以兼顾强度和透水性.处理饱和粉土地基时,相比不透水混凝土桩复合地基,透水混凝土桩复合地基使固结时间缩短30.3%,侧摩阻力平均提升0.12 kPa,并降低了荷载引起的超孔压峰值.水平方向越靠近桩体,透水混凝土桩的排水减压作用越明显.对比不同深度的超孔压峰值,靠近桩体时,透水混凝土桩对上部地基的排水减压效果较好,而远离桩体时,透水混凝土桩对下部地基的排水减压效果较好.透水混凝土桩可以快速提高桩周土体的承载能力.

褥垫层对刚性短桩复合地基承载特性的影响

以预应力高强度混凝土(prestressed high-imtensity concrete,PHC)短桩复合地基静载试验为基础,运用FLAC3D软件建立计算模型;并模拟计算静载试验的情况,将数值计算的结果与现场静载试验的情况进行对比分析,结果表明所建模型能够较好地反映现场试验情况。在原模型的基础上建立3×3的PHC短桩复合地基模型。通过设置不同褥垫层厚度及不同褥垫层模量,对比分析计算结果,研究褥垫层厚度及其模量对PHC短桩复合地基承载特性的影响。结果表明:褥垫层对桩土荷载的分配具有很好的调节作用,同时褥垫层厚度及其模量的变化对PHC短桩复合地基的承载特性有一定的影响,需要合理选取。

长短桩复合地基承载力发挥系数取值研究

根据水泥土长短桩复合地基试验结果,得到了考虑荷载水平的水泥土长短桩复合地基承载力计算公式。然后,考虑复合地基中桩体、桩间土和复合地基沉降量之间的相互关系,利用现场载荷试验成果,对单桩复合地基和长短桩复合地基的桩间土承载力发挥系数和合理的s/b取值范围进行了对比研究,得到了长短桩复合地基桩间土承载力发挥系数的计算方法。结果表明:长短桩复合地基桩体先于桩间土出现破坏,桩体极限荷载点对应的复合地基s/b值为s/b的上限;当垫层模量Ec为100M Pa时,长短桩复合地基s/b上限为0.0034,对应的桩间土承载力发挥系数为0.29。

复合地基中褥垫层的极限下限分析

作为复合地基的重要组成部分,褥垫层影响着路堤下复合地基的桩、土承载力的发挥,所以有必要对其承载与变形特性进行研究。根据极限分析下限法,在满足应力边界条件和摩尔-库伦屈服条件下,通过构建应力场、应力叠加计算等步骤,分别推导出褥垫层在厚度无穷大和厚度较小时的极限承载力下限解,以及桩土应力比计算公式。通过对算例进行分析,揭示了褥垫层存在压密和塑性流动两个受力变形阶段;桩土应力比随着内摩擦角的增大而增大,随着褥垫层厚度的增大而减小等规律;以及桩土应力比试验值与理论计算值偏差的原因。

CFS桩处理软弱地基的试验研究

介绍了一种新兴的地基处理技术——水泥粉煤灰钢渣桩(CFS)。采用现场大面积堆放钢坯的方式,模拟研究了CFS桩复合地基工作期间的承载特性,得出了堆载条件下基底的最终沉降量、桩间土体深层水平位移及竖向附加应力分布、临近的人工挖孔桩水平位移及其桩体前(后)附加应力变化等规律,探讨了堆载作用下CFS桩复合地基-临近桩体的共同作用机理。此外,研究了CFS桩施工所引起的环境效应,得出了CFS桩成桩过程中地基土侧向附加应力在水平、垂直方向上的变化规律及A,B试验区受桩体施工影响的地面隆起量。

置换率对刚-柔性桩复合地基的影响

为了研究桩置换率对刚-柔性桩复合地基性能的影响程度,在温州地区进行了多个大型刚-柔性桩复合地基静荷载试验.在静荷载试验中对刚性承压板下压力盒进行同步检测,根据检测成果比较不同置换率下刚-柔性桩复合地基沉降情况,分析置换率对刚-柔性桩复合地基的桩土应力、桩土应力比以及荷载分担比的影响.检测结果表明:复合地基中刚性桩置换率对沉降特性影响较大,增大刚性桩置换率会明显减小沉降.刚-柔性桩复合地基中刚性桩在承载方面发挥重要作用,刚性桩置换率越高作用越明显.复合变形模量随复合地基中桩置换率减小而减小.刚性桩置换率越高,刚性桩承载力发挥度越小,柔性桩承载力发挥度越大,土承载力发挥度越小.

CFG桩在复合地基中的应用

根据CFG桩复合地基的承载机理和特性，提出了CFG桩的应用与设计。并参照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），结合工程实例中单桩承载力及复合地基承载力标准值的计算，对其在复合地基中的适用性和可行性进行了探讨。

刚性桩复合地基应用中几个问题的探讨

对刚性桩复合地基在湿陷性黄土地基中的应用。

模量对搅拌桩复合地基承载性能影响的数值研究

在现场试验的基础上,利用FLAC3D建立数值模拟模型,分别改变复合地基的褥垫层、持力层和桩体材料的模量,计算采用不同模量时复合地基的沉降以及桩土的应力,分析模量变化对复合地基承载力和沉降的影响规律。结果表明,褥垫层的材料和模量影响到桩间土承载力的发挥,褥垫层宜采用级配砂石,模量取值范围为20～50MPa。持力层模量增大可以提高复合地基承载力减小沉降,因此水泥土搅拌桩的桩端要进入到具有一定硬度的土层中,除软弱土外,其他土层做持力层其强度对复合地基承载力和沉降的影响不大。在一定范围内增大桩模量可以有效提高复合地基承载力减小沉降,采用水泥土搅拌桩加固软土地基时,桩的模量不要过大,建议取值范围为200～400MPa。

桩体刺入全过程褥垫层的工作特性

褥垫层是复合地基的核心构成,能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中,褥垫层的工作特性在发生变化,这方面研究还较少见。通过室内模型试验,观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果,来研究褥垫层的全过程工作特性,并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明:在桩体刺入过程中,褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段;桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响,在其他条件相同时,褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大;桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段,褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大,且基本呈线性增长。