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。     

桩-网复合地基承载性状现场试验研究

桩-网复合地基是一种软弱地基处理方法,它能通过变形协调,充分发挥桩、网、土的各自作用,有效地控制工后沉降或差异沉降。为了解路堤荷载下桩-网复合地基工作机制,深入分析其沉降变形、荷载传递、桩土应力比和网的受力等性状,接桩体种类设计了两个试验区进行对比分析,研究成果表明,桩网复合地基可以有效减少沉降量;土工格栅的荷载传递能力强于土拱;土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘,仅为1 %,最小应变则出现在桩间。试验结果为桩网复合地基理论研究和优化设计提供了依据。     

红粘土桩-网复合地基现场试验研究

桩-网复合地基同时具备竖向增强和水平向增强两种加固形式的优点,由桩、网、土三者共同协调作用,有效分担路堤荷载,是一种作用机理复杂的地基加固方法。通过对某客运专线红粘土桩-网复合地基试验段进行的现场测试试验,对复合地基的基底土压力、土工格栅变形、孔隙水压力以及桩土沉降量等方面的测试,得出红粘土复合地基需要在桩、网、桩间土通过一个反复的作用过程才能达到稳定状态等结论,将有助于深入研究桩-网复合地基加固机理,并为进一步完善桩-网复合地基设计方法提供依据。     

圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究

在大型圆形煤场中采用桩-网复合地基是火电厂地基方案设计的新思路,该方案不仅要考虑地基土层的强度满足上部荷载的要求,还需要考虑堆载区内土体的变形对环基的影响。通过对圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究,介绍了在大面积堆载下如何进行桩、土及垫层中应力与应变的测试,设计了2套堆载与测试方案,在试验1区铺设了2层土工格栅,而在试验2区未铺设土工格栅。根据在2个试验区所获得的测试成果,研究了大面积堆载对堆载区内外土体变形的影响深度与范围,对比分析了不同高程处垫层与土体的竖向及侧向应力随深度的变化规律,结合堆载区中桩与边桩的桩身轴力变化,计算出上部桩侧土体对桩所产生的负摩阻力,并依据承台顶面附近测得的垫层与土层的应力,计算出桩土分担荷载的比例,以及桩土应力比的大小与变化规律。在此基础上得到土工格栅对大面积堆载区内外土体应变与应力的影响程度,从而可以为大型圆形煤场桩-网复合地基方案的设计与施工提供客观的技术参数与建议。     

粉喷桩-土工格栅复合地基应力现场测试研究

粉喷桩-土工格栅复合地基使地基水平向和竖直向对抵抗变形的能力得到了增强。针对粉喷桩联合土工格栅加固地基性状进行了现场研究,包括地基的沉降、地土压力、孔隙水压力。根据试验结果,分析了格栅上下土压力的变化、桩土应力比变化、沉降与土压力的关系以及埋于不同深度孔隙水压力变化情况,得到桩-网复合地基受力机理和地基沉降的规律：（1）超孔隙水压力消散慢,但孔隙水压力与上部填土相比变化不大;（2）桩土应力较大,具有均化土压力的作用,同时基于各个断面土压力分布特点,提出了“拱效应”的观点;（3）地基的变形主要是以下卧软土层压缩和桩刺入变形和桩本身的变形,研究结果为进一步的理论研究和工程设计提供了有益的依据。     

路堤下桩-网复合地基桩土应力现场试验研究

桩-网复合地基是近年常用的一种地基加固措施,桩土应力比则是复合地基研究中一个很重要的参数。通过对某客运专线试验段的桩土应力现场测试,得到了路堤下桩-网复合地基桩土应力及桩土应力比的变化规律和复合地基工作机理。现场测试结果表明:路堤下复合地基桩土应力比要比刚性基础下小很多,而且需要在桩、网垫层和桩间土的相互作用下,逐渐达到稳定;拉膜效应和土拱效应在桩-网复合地基工作时起到非常重要作用,网垫层能够有效提高复合地基桩土应力比。     

桩网复合地基桩土应力比的确定

实践证明,桩网复合地基同时具备竖向增强体复合地基与水平向增强体复合地基的加固优点,能很好地提高地基土体承载力,减小不均匀沉降,特别是桥头过渡段地基处理中能有效控制“桥头跳车”现象的产生。本文主要对桩网复合地基的加固机理进行分析,并结合自然平衡拱理论和加筋垫层拉膜效应理论推导出路堤下桩网复合地基桩土应力比计算公式,同时分析了各设计参数变化对桩土应力比的变化规律。工程实体试验表明,本文所推导的桩土应力比计算公式具有较好的适用性。     

超大面积深厚软土桩-网复合地基现场试验研究

结合潮汕车站软基处理工程设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、深部水平位移、桩顶应力、桩间土应力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析,结果表明,在加载初期,桩间土和桩顶土的应力都存在一个迅速增大的过程,但桩顶土应力增大的速率要大于桩间土应力增大的速率;当填土达到一定高度时,桩间土应力出现极值,产生的土拱效应会使4桩中心处的应力小于2桩中心处的应力值;管桩的轴力、摩阻力和地层情况密切相关,且均随时间、荷载的增加而增大;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;土工格栅的拉伸位移量随着填土高度的增加而增加,且其增长速率经历了由慢到快再到缓的过程;地基水平位移随荷载的增加而增大,随深度增加而减小,管桩有效地限制了地基的水平位移。     

基于Winkler模型的双向增强体复合地基沉降计算

将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立了双向增强体复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层及桩间土刚度、桩土应力比等主要因素的影响。以其为基础,设计完成了2组双向增强体复合地基室内模型试验,得到了其相应的荷载-沉降曲线及桩土应力比数据。模型试验与工程实例计算分析表明,加筋垫层的水平抗力对于降低复合地基沉降量是有利的,其影响不容忽视,同时验证了该方法的合理性和可行性。     

格栅结构复合地基的应用研究

格栅结构复合地基是一种有侧限结构复合地基。通过载荷试验和相关测试研究表明:格栅结构的侧向变形受到相邻桩的限制,侧向变形减少;格栅内的地基土没有侧向位移;地基土内有应力集中和应力分担比增加的规律。     

超大面积深厚软土桩-网复合地基承载性状模型试验研究

基于厦深铁路潮汕车站地基处理加固工程,完全参照原型的软土地基地层分布情况,设计了两种不同桩间距下的超大面积深厚软土桩-网复合地基物理模型试验,对荷载传递机制与不同桩间距下桩体荷载分担比、桩土应力比及地基沉降规律等进行了系统研究。结果表明,桩身轴力沿着桩身高度往下先逐渐增大到某一深度后又逐渐减小,随着桩间距增大,桩承担上部荷载的方式由摩擦桩逐渐向端承桩变化;随着桩间距增大,桩身中性点下移,桩身最大负摩阻力出现的位置下降,且其值减小;桩间距对桩-土应力比有显著影响,而对桩体荷载分担比影响较小;不同桩间距下,两桩中心桩间土与桩顶差异沉降均小于4桩中心桩间土与桩顶差异沉降;随着路堤填土荷载增加,土工格栅表现为拉应变逐渐增大,拉应变曲线刚开始比较平缓,后逐渐变陡,增大的速率先慢后快。     

水泥土桩与土工格栅联合加固沟谷软基机理研究

针对山区沟谷软基的特殊土质,并结合夯实水泥土桩和土工格栅在地基加固中的作用特点,提出用夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方案来处理沟谷软基,并利用平面应变弹塑性有限元数值分析方法,对这种地基的受力性状、作用机理进行了多方面研究。结果显示：土工格栅在其中起到类似抗拉膜的作用,以控制地基的不均匀沉降,可以减小路堤坡脚附近的侧向位移,增加地基的极限承载能力。桩间土对夯实水泥土桩有负摩擦力作用,使得桩身的最大平均有效应力位置处在桩体的中下部。格栅对路基沉降量的影响则较小。     

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。     

静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

水泥土桩联合土工格栅复合地基的离心模型试验研究

在软土地基上修筑路堤需要兼顾承载力和变形两方面的要求。针对山区沟谷软基的特点,采用了夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方法,是一种创新,选择合适的试验手段来研究该种型式的复合地基对于工程设计和施工具有重要意义。通过离心模型试验,模拟夯实水泥土桩联合土工格栅复合地基上路堤的填筑进程,水泥土桩采用石膏柱模拟,土工格栅采用预拉伸加筋格网模拟,试验得出了该种复合地基的工程特性。夯实水泥土桩具有较好的加固基础作用,格栅的主要作用是均衡上部荷载和减小差异沉降,采用夯实水泥土桩联合土工格栅的复合地基形式可以满足沟谷软基的沉降控制要求,其最终结论可以为设计和施工提供参考。     

PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究

铁路相对于公路对承载力和沉降控制都提出了更高的要求。现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）技术首次在南京南站联络线铁路工程中应用,为了研究PCC桩加固铁路路基的工作特性,开展了PCC桩加固铁路软土地基的现场检测与监测试验研究。现场检测包含静载试验、低应变检测和开挖检测。现场监测内容为：桩土应力、地基和路堤水平位移、表面沉降、分层沉降、土工格栅张力、孔隙水压力等。质量检测结果表明,PCC桩施工质量良好,承载力达到铁路地基设计要求。现场监测表明,地基沉降在填土结束后3个月稳定,最大水平位移为13 mm,路基沉降稳定快,水平位移小,路堤稳定性高,能满足铁路严格控制沉降和快速施工的要求。研究成果对PCC桩复合地基加固铁路地基的设计和应用提供了依据。