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。

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。

基于附加应力法的刚性桩复合地基沉降影响参数分析

针对现有文献中刚性桩复合地基沉降的影响因素分析较为缺乏这一问题,基于刚性桩复合地基的附加应力法,对地基土、刚性桩、路堤等因素对加固区沉降、中性面深度、负摩擦力等的影响规律进行了分析。研究结果表明,加固区沉降随淤泥质粉质黏土压缩模量、工作垫层厚度、工作垫层侧阻力逐渐增加;中性面深度随工作垫层厚度逐渐增加,但随工作垫层侧阻力逐渐减小;负摩擦力均随工作垫层厚度、工作垫层侧阻力逐渐增加。加固区沉降均随桩端土极限端阻力、总极限端阻力和单桩极限承载力逐渐增加。相对于开口条件,桩端为闭口时,桩端阻力较大,单桩承载力较高,加固区沉降较小。加固区沉降均随路堤高度、路堤填料重度、路堤顶宽和路堤边坡坡率逐渐增加;中性面深度和负摩擦力也随之呈现增加趋势。此研究结果可为刚性桩复合地基设计与计算提供一定参考。

地铁路基刚性桩处理沉降计算方法探讨

地基处理采用刚性桩桩网复合地基往往是应用于深厚软土层中,且对沉降有较为严格的控制要求。地铁路基对沉降要求较为严苛,尤其是在路基面上铺设轨道时,工后沉降根据轨道铺设类型的不同细分为:有咋轨道线路不应大于200 mm,过渡段不应大于100 mm,沉降速率不应大于50 mm/a,无咋轨道线路不应大于20 mm,差异沉降不应大于10 mm。严苛的沉降要求使得设计者应对刚性桩的作用原理十分熟悉,设计观念中不应仅采用传统的柔性桩设计思路,桩长穿透软弱土层,进入持力层即可,应选择合适的计算理论去应对精密的工后沉降要求。通过分析多种沉降计算方法,并结合实际工程案例,选取较适用的刚性桩沉降计算理论。

Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降

对考虑桩径因素的Mindlin解群桩应力场剖析表明:端阻应力在桩端下2d范围呈现明显的应力集中现象,在竖向和水平向衰减迅速;侧阻应力在桩端平面分布明显不均,至桩端下1d平面趋于均匀,沿深度和水平向衰减较慢。按半无限体表面荷载下的Boussinesq解计算的群桩应力显著偏大,致使按实体深基法计算的桩基沉降需乘以0.25~0.5经验系数折减。桩基沉降计算采用Mindlin解计算附加应力的合理性是明显的,但按习用的自由荷载下应力叠加法计算将导致中点沉降偏大、边角点偏小。基于群桩Mindlin解附加应力场和群桩基础变形特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,提出Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降。该方法具有如下特点:一是可反映桩端应力集中贯入变形;二是可近似反映承台和上部结构刚度的影响;三是可查表或采用程序进行计算,操作简便;四是计算值与实测值、规范统计值接近,初步预计无需修正。

带帽桩复合地基复合桩土应力比的计算及影响因素分析

在分析带帽刚性桩复合地基试验成果的基础上,提出复合桩土应力比的概念,以合理反映带帽桩复合地基的力学性状。以土力学和弹性理论为基础,基于合理假定,采用等沉面的思想,考虑复合桩体发生上、下刺入变形现象,推导出能够反映层状不均质地基和带帽桩复合地基空间三维沉降变形特征的复合桩土应力比隐式计算公式。通过工程算例,分析了桩体中心间距、桩长、桩帽尺寸、垫层变形模量、下卧层土体变形模量、桩帽间土体变形模量和静止侧压力系数等因素的影响,提出了利用复合桩土应力比进行带帽桩复合地基按桩帽间土体沉降量控制优化设计的思路。

路堤荷载下刚柔长短桩复合地基承载特性研究

为研究路堤荷载下刚柔长短桩复合地基的承载特性,结合某桥头过渡段带帽薄壁管桩(pre-stressed thin-wall concrete,PTC)联合水泥土搅拌桩(cement deep mixed,CDM)的软基处理工程,开展了PTC-CDM组合式长短桩复合地基承载特性现场试验,对路堤填筑过程中桩土应力比、荷载分担比以及桩土沉降差的变化规律进行了分析,并进一步采用有限元对刚柔长短桩复合地基的路堤荷载传递规律进行了数值模拟.试验与计算结果表明:CDM桩顶与桩间土应力增长缓慢,PTC桩帽上应力增长相对较快;填土达到一定高度土拱完全形成后,大量的路堤荷载转移至刚性长桩;刚性长桩和柔性短桩的桩土应力比分别达到7.5和2.1;短桩的存在减少了长桩桩顶荷载和上部桩身出现负摩阻力的深度,中性点位置上移;短桩达到一定桩长时再增加其长度,对路基总沉降影响不明显,因此,短桩桩长可根据承载力要求的临界桩长来设计.

刚性桩复合地基沉降计算方法

基于原状土切线模量法,对刚性桩复合地基的沉降计算提出一种新的沉降计算方法。该方法用切线模量法分别计算基础下土体和刚性桩的荷载–沉降过程曲线。依据共同作用时桩和桩间土的沉降相等的条件,对土体和刚性桩的荷载–沉降过程曲线进行复合得到刚性桩复合地基的荷载–沉降过程曲线,则刚性桩复合地基的沉降可以根据其荷载–沉降曲线得到。对于有复合地基的载荷试验的情况,提出直接利用其试验曲线建立复合地基的双曲线切线模量方程,利用该方程计算实际基础的沉降。通过工程实例表明,新的沉降计算方法具有较好的精度。

软土地基刚性桩复合地基沉降计算的简化方法

既简便又具有较好精度的刚性桩复合地基沉降计算方法仍是工程实践中迫切需要而又有待于解决的问题。对于软土地基中的刚性桩复合地基沉降计算,现行规范方法把其沉降分为加固区的沉降和下卧层的沉降,加固区复合模量的提高采用复合地基与天然地基承载力的倍数求得,实际发现这样得到的加固区复合模量的提高不够,造成计算沉降偏大。本文认为造成这种情况的原因是由于公式推导中假设了桩土应力比与桩土承载力比相等而造成的。另外对于软土地基刚性桩复合地基沉降计算,当桩底置于可靠持力层时,提出其复合地基的沉降可以简化为桩的沉降加褥垫层的压缩沉降的简化方法。工程实例表明,简化方法既简便又具有较好的精度,可为工程实践提供一个有效实用的计算方法。

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。

刚柔性长短桩复合地基性状分析

对刚柔性长短桩复合地基的工程性状进行了分析研究。利用有限元方法对不同的垫层模量、垫层厚度、短桩模量及长桩长度对长短桩复合地基的总沉降、长短桩应力比和长短桩桩身应力所产生的影响及规律进行了分析。结果表明,优化材料参数可以较好地改善长短桩复合地基的受力性状,使基础受力更合理。另外,长桩的存在可有效减小地基沉降值。结合对温州某小区该类型地基埋设压力盒的现场监测,分析了实际工程中刚柔性长短桩复合地基的应力比和土压力的发展规律。其结果可为该类型复合地基的设计和应用提供参考。

刚性桩复合地基沉降计算的简化方法

既简便又具有较好精度的刚性桩复合地基沉降计算方法仍是工程实践中迫切需要而又有待于解决的问题,文中提出了一个解决的简化方法。在刚性桩复合地基中,由于桩间土荷载水平不高,将桩间土荷载-沉降曲线近似为线性。当桩的荷载水平不高时,对桩的沉降可按线性考虑,线性关系可按线弹性方程计算得到。若桩可能进入非线性甚至塑性,则假设桩的荷载-沉降曲线满足双曲线规律,可较好地考虑桩的非线性沉降过程。通过计算单桩承载力特征值下的沉降,然后通过双曲线方程特点得到桩的非线性沉降方程。对于有单桩静载试验的情况,提出直接利用单桩试验曲线建立单桩的双曲线方程。最后依据共同作用时桩和桩间土的变形协调条件和静力平衡方程,即可计算其实际基础下复合地基的沉降,从而得到一个刚性桩复合地基沉降计算的简化方法。工程实例表明,简化是方法既简便又具有较好的精度,可为工程实践提供一个有效实用的计算方法。

基于实测的挤密砂桩复合地基沉降算法研究

挤密砂桩作为深水原位处理地基新技术在港珠澳大桥和深中通道工程中得到了大量应用。对挤密砂桩复合地基水下原位载荷试验测试的桩土应力分布情况进行分析,在加载过程中实测桩土应力比始终维持为6左右。对大面积水下堆载过程中的复合地基沉降进行了现场实测,对实测资料进行了统计分析,与现有的理论计算方法进行了比较,认为现有普遍应用的日本规范推荐算法,在置换率低于50%时,其计算结果相对实测值偏大,当置换率高于50%时,该方法不再适用。提出了基于实测的挤密砂桩沉降修正计算方法,并建议桩土应力比取值范围为5~6.3。

桩筏基础相互作用下土中应力场的变化规律

在以往文献的基础上，通过计算分析，研究了不同桩数和桩长对土中应力场的影响以及桩基工作性状的变化规律，从应力角度探讨了桩基对沉降的控制作用。

塑料套管混凝土桩承载试验及沉降计算方法研究

塑料套管混凝土桩(TC桩)是由预先打设在地基中的塑料套管内浇注混凝土组成的,适用于软土地基处理工程中,具有承载力高、施工速度快和成桩质量可靠等优点。通过TC桩承载力的模型和现场试验,研究了TC桩的工作性状,并考虑到路堤柔性荷载下刚性桩复合地基桩土存在沉降差,分别采用Mindlin应力解计算塑料套管桩群在复合地基中产生的附加应力,采用Boussinesq解计算地基土荷载产生的附加应力,叠加塑料套管桩群桩和地基土产生的附加应力,采用分层总和法计算复合地基沉降量。研究结果表明:TC桩承载力具有明显的时效性,其不同间歇期的承载特性有显著差别;所建立的TC桩沉降计算方法的计算值与实测值相一致。

刚性桩复合地基沉降变形与影响因素分析

探讨天津软土地区刚性桩复合地基桩、土、垫层共同作用的特点,分析不同荷载作用下刚性桩复合地基桩土位移场及桩土应力比的变化规律;采用ANSYS有限元软件分析垫层模量、桩间土模量及桩间距等因素对复合地基沉降变形的影响。研究表明,桩间土模量的变化对刚性桩复合地基的整体沉降量影响较显著,复合地基的整体沉降量随桩间土体模量的增加而减小;桩间距是控制刚性桩复合地基整体沉降量的主要因素之一。地基沉降量随桩间距的减小而减小,但桩间距过小时,对减少刚性桩复合地基整体沉降量的作用并不明显。

关于长桩超长桩桩基沉降计算问题

随着高层超高层建筑的兴建快速发展,长桩超长桩桩基的使用随之增多,设计中长桩、超长桩桩基的沉降计算成为一个新的关注焦点。本文首先对既有主要沉降计算方法进行了浅析,通过工程案例采用既有方法进行了沉降计算比较,其中包括我们正在研究的Mindlin解均化应力系数法。通过计算过程中附加应力、压缩层厚度、沉降计算结果的合理性、可靠性的分析比较,提出了优化计算方法的意见。

基于剪切位移法的刚性桩复合地基沉降计算

在对刚性桩复合地基的工作机理及受荷过程中刚性桩与桩间土的受力特性进行分析探讨的基础上,引入Mylonakis & Gazetas模型模拟桩与桩及桩与土之间的相互作用,充分考虑桩侧土体的非线性特性,假定桩侧土剪应力与剪应变的弹塑性关系,应用剪切位移法分别导出弹性阶段及弹塑性阶段的桩顶荷载与桩顶位移的显式关系式.在此基础上,考虑垫层作用的影响,提出一种能综合考虑桩-土-垫层体系共同作用的刚性桩复合地基沉降计算方法.结合某模型试验实测结果对文中理论计算进行了验证,其结果表明该计算方法是可行的.

群桩沉降计算理论分析

基于Geddes应力解,并根据叠加原理计算群桩内任意点处的三向应力,采用基于Duncen-Chang本构模型的修正分层总和法计算群桩内任意点处的沉降量,最后,根据基点法和群桩基础荷载、变形协调关系建立方程,从而,最终获得群桩的沉降计算。该理论较常规弹性理论方法计算群桩沉降有较大的改进,具体体现在以下几个方面:(1)考虑了群桩中地基土的三向应力分布对群桩沉降计算的影响;(2)考虑了土体本构模型(Duncen-Chang弹性非线性本构模型),因而,能计及土体非线性特性对群桩沉降的影响;(3)采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及恻向变形对单桩沉降计算的影响。

单桩沉降计算理论研究

以Geddes应力解为基础,考虑土体的三向应力分布,并根据土的Duncan-Chang本构模型和基础沉降计算的修正分层总和法,建议了单桩沉降计算新理论。该理论与以往基于Geddes应力解计算单桩沉降方法相比,作了如下改进:(1) 考虑了地基土的三向应力分布对单桩沉降计算的影响;(2) 考虑了土本构模型(Duncan-Chang模型),因而能计及土体非线性特性对单桩沉降计算的影响;(3) 采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及侧向变形对单桩沉降计算的影响。因而该单桩沉降计算方法在理论上更趋完善,而且计算量适中,适合工程应用。