考虑桩土差异沉降影响的桩网复合地基桩土应力比分析方法

桩土应力比是桩网复合地基或路基设计的重要控制参数,受土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用及其耦合作用的综合影响,为此,本文首先引入几何同心拱模型,考虑桩土差异沉降与土拱发挥程度的关系,建立了新型桩网复合地基土拱效应分析模型,并根据水平加筋网变形特征将水平加筋网变形曲面视为球面与柱面的组合,建立了反映桩土差异沉降影响的拉膜效应分析模型。然后,考虑桩土相互作用及桩土差异沉降,建立了考虑路基填土、网、桩土加固区耦合作用的桩网复合地基荷载传递分析模型,进而提出了其桩土应力比分析新方法。该方法不仅能反映土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用对桩土应力比的影响,而且还能反映桩土差异沉降对三者发挥程度的影响。最后,通过工程实例计算以及与现有同类相关方法的比较分析,表明了本文分析模型与方法的可行性与合理性。     

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。     

高速公路拓宽工程沉降控制复合地基优化设计

按沉降控制设计理论,结合有关公路设计规范、路面功能性和结构性的要求以及有限元法分析路基差异沉降引起路面附加应力的计算结果,提出了采用工后路基路拱横坡度变化小于等于0.45 %作为软土地基上高速公路拓宽工程的容许新老路基差异沉降控制标准。采用有限元法对佛山-开平高速公路拓宽工程标准断面进行分析,采用不同参数计算出水泥土搅拌桩复合地基的新老路基差异沉降。根据沉降控制标准,优化出既满足新老路基差异沉降控制要求,又效益最优的高速公路拓宽工程软土路基水泥土搅拌桩处理的设计参数,即工程水泥土搅拌桩采用面积置换率为8.9 %(对应桩间距1.6 m),桩长8 m,桩径为0.5 m,水泥掺入比为15 %;实际使用时,考虑桩土存在一定的不协调,可适当提高桩体面积置换率达10.1 %（对应桩间距1.5 m）。     

侧向约束防渗路基新结构防渗效果试验研究

在湿陷黄土地区修建客运专线如何满足修建过程中以及工后沉降的要求,同时提高路基结构的抗渗性能,是该地区客运专线路基工程的关键技术。提出侧向约束防渗的路基结构新形式,研究了湿陷性黄土地基侧向约束防渗路基结构的防渗效果。采用灰土挤密桩和水泥土挤密桩作为侧向约束防渗结构,通过室内模型试验,针对不同桩体填料及桩间距,测试地基中不同位置及深度处地基土含水率的变化,对比分析后得出,与天然地基相比,设置挤密桩显著提高了地基的侧向防渗能力,且随着桩间距的减小,地基土含水率增长速率逐渐减小,即渗流速度减缓,防渗效果越好。对比试验中两种挤密桩复合地基,水泥土挤密桩侧向防渗效果优于灰土挤密桩,研究成果可供同类工程参考。     

高速公路工程中水泥搅拌桩桩身合理设计强度研究

在公路工程的搅拌桩地基设计中,一般假设加固区桩土变形协调,从而采用复合地基理论进行设计。但是目前许多的工程实践表明在路堤荷载作用下,搅拌桩地基桩土之间存在差异沉降,桩身强度不能够完全发挥,为此需要对复合模量的表达式进行改进。本文采用有限元分析了路堤荷载作用下搅拌桩地基的变形响应情况,分析了加固区桩间土变形与桩身模量之间关系,得到了水泥土搅拌桩强度的合理范围。     

桩-筏(网)复合地基桩土应力比现场测试研究

桩土应力比是刚性桩复合地基的一个重要设计参数,通过对沪宁城际铁路路基试验段CFG桩-筏(网)和PHC桩-筏复合地基桩土应力进行长期观测,分析了桩土应力变化规律,对桩土应力横向分布、桩间土应力变化、桩土应力比及荷载分担比等进行了对比研究。研究表明:桩土应力比与填筑荷载成非线性关系,与桩土相对刚度密切相关;桩土应力横向呈不规则锯齿形分布,桩顶应力集中现象明显,桩间土承载作用在填筑初期得到了充分发挥,桩土差异沉降迫使桩顶承受更多荷载,褥垫层和土工格栅调整了桩土荷载分担,揭示了路堤荷载作用下桩-筏(网)复合地基承载机制。     

考虑路堤-加固区相互作用的刚性桩复合地基沉降算法

为合理计算路堤荷载作用下刚性桩复合地基沉降,考虑路基填土中的土拱效应以及路堤-地基加固区竖向荷载传递的耦合特征,基于填土中内、外土柱界面摩阻力系数随深度线性发挥模式以及复合地基中桩土相对位移模式与桩侧摩阻力系数分布模式,采用微元体静力平衡原理,并考虑路堤-加固区-下卧层之间的应力连续与变形协调条件,推导出了路堤下刚性桩复合地基的桩土应力比、桩土沉降差、加固区沉降量的计算公式,定量反映了路基填高、填土及软土地基的黏聚力和内摩擦角、桩长、桩径、桩间距等多个主要因素。实例分析表明,加固区沉降量的计算值与实测值误差一般不超过15%;桩长对加固区沉降呈非线性影响;面积置换率、地基土内摩擦角与黏聚力对加固区沉降均具有线性的负相关影响特征,且沉降量受内摩擦角影响比黏聚力更敏感。     

水泥土桩复合地基桩土应力比的解析算法

选取常用的双折线荷载传递函数,推导出一组轴向荷载-沉降曲线的解析算式,从而用其来表征桩的荷载-沉降曲线;选取双曲线函数来表征地基土的荷载-沉降曲线,推导出了水泥土桩复合地基中考虑桩-土相互作用的桩土应力比的解析算式,并讨论相关参数对桩土应力比的影响。研究结果表明,水泥土桩复合地基桩土应力比不仅与桩周土的特性有关,而且还受到桩体尺寸、弹性模量和复合地基所受的总荷载的影响。其结果为复合地基桩土应力比的计算提供了一种新思路。     

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。     

软基路堤桩-网复合地基试验研究

桩-网复合地基是近些年发展起来的一种有效的软土地基加固方法,它集复合地基中水平向增强体与竖向增强体两种"单一型"复合地基之长,桩-加筋垫层-桩间土三者协同作用,共同承担上部荷载,其相互作用机理复杂。通过京沪高速铁路试验段中桩-网复合地基处理段进行的路基现场试验,对桩-网复合地基中基底土压力、土工格栅应力应变、桩和土的沉降及地基侧向位移等进行观测测试,分析了桩土应力分担比的变化过程、土工格栅的受力特点、沉降及侧向位移规律,有助于桩-网复合地基各组成部分的承载机理和应力传递机理的深入研究及网垫层对沉降控制的研究,并为提出桩-网复合地基的设计新方法提供一定的依据。     

卫生填埋场生物降解沉降的热力学机理及其估算

从热力学的角度阐述了填埋体生物降解沉降的物理机理。依此对卫生填埋场生物降解沉降进行了界定,并初步建立了生物降解沉降量的计算模型。利用该模型,根据相关实测资料,对香港某卫生填埋场内因固体废弃物生物降解产生的沉降量进行了估算,并将估算结果与该填埋场的实测总沉降量进行了比较。     

碎石环梁与混凝土环梁超大储罐强夯地基沉降变形对比研究

地层沉降及不均匀沉降控制是储罐建造安全性保障的重要环节。本文重点分析了加设碎石环梁强夯地层的沉降变形特征,综合比较了碎石环梁与混凝土环梁加固储罐地基土的环向、径向沉降与不均匀沉降差异;指出地层差异能影响两类环梁基础的地基土加固效果;考察了碎石环梁弹性模量改变对储罐地基土沉降规律的影响;比较了截面为矩形的混凝土环梁与梯形碎石环梁对储罐地层的加固效果;并给出了碎石环梁加固储罐地基土的工程建议。研究成果可为类似工程建设提供借鉴参考。     

深厚淤泥爆破挤淤堤坝沉降计算与分析

爆破挤淤技术在海洋围垦和潮汐电站等工程堤坝建设中发挥着重要作用,随着海洋工程的不断推进,堤坝修建需要处理淤泥(软基)厚度在逐渐加深,在超过12 m的深厚淤泥中往往采用“悬浮式”堤坝结构,对该种堤坝结构开展沉降计算与分析有着重要的意义和应用价值。以惠州港兴盛油库护岸工程为工程实例,分别采用传统沉降计算方法、基于多孔介质渗透理论的考虑浮力作用沉降计算方法及数值模拟方法,对其爆破挤淤形成的“悬浮式”堤坝开展沉降计算,并与实际监测结果对比验证,分析几种沉降计算方法的适用性和合理性。研究表明,传统沉降计算方法得到的沉降值比实际监测值明显偏大,不适合于“悬浮式”堤坝沉降计算;考虑浮力作用方法和数值模拟方法的计算结果较为接近实际监测值,可用于“悬浮式”堤坝沉降计算。     

甬江沉管隧道长期沉降监测数据及有限元分析

甬江沉管隧道位于甬江下游河湾处的软土地基上,地基承载力较低,使隧道发生了较大的沉降。此外,甬江严重的淤积及每天2.67 m的潮差对隧道的沉降产生了显著的影响。依据甬江沉管隧道运营期间16 a的沉降监测数据,结合地层条件、潮汐和清淤资料,对该条沉管隧道的长期沉降进行了分析,并提出了基于流-固耦合理论的有限元方法计算沉管隧道的长期沉降,计算结果与监测结果具有较好的一致性。此外,采用上述计算方法分析了影响沉管隧道沉降的3个主要因素（即地层条件、基槽淤积和回淤与清淤）对隧道运营期沉降的影响。分析表明,地层条件是影响沉管隧道沉降的主要因素,软土地基隧道沉降远大于其他地基。潮汐作用会使隧道沉降发生周期性变化,该变化约占隧道运营期沉降的4%～10%。淤积对隧道长期沉降影响显著,但定期清淤只能短时间减小隧道的沉降,使隧道沉降产生周期性变化。上述结论均可为相关工程提供参考。     

盾构施工纵向地表沉降分析及基于延迟差分方程的动态预报

结合南京地铁某盾构施工区间,对纵向地表沉降进行了理论分析,提出了盾构掘进对纵向地表的影响范围,总结了盾构推进不同阶段引起地表沉降量占总沉降量的百分比。针对引起地表沉降因素的复杂性和不稳定性,将纵向地表沉降视为随机过程,基于延迟差分方程建立模型进行动态预报,并与实测数据进行比较。结果表明,该方法具有较高的准确性。     

高原湖相沉积软土地基沉降计算经验系数的推算

高原湖相沉积软土压缩模量偏低,地基沉降计算深度范围内压缩模量当量值有时会小于2.5MPa,超出了规范沉降计算经验系数计算依据的取值范围,且具有沉降量偏大的特点。本文根据昆明地区某软土地基实测沉降资料,分别运用了三点法、双曲线法、Asaoko法拟合了最终沉降量,并与规范分层总和法的地基沉降量相比得到了6个沉降计算经验系数值,据此分析给出了压缩模量当量值2.05~4.15MPa时沉降计算经验系数的拟合曲线方程,提出了压缩模量当量值1.5~2.0MPa时沉降计算经验系数的建议值,弥补了在高原湖相软土地区沉降计算经验系数取值范围不足的问题。     

含分数阶的灰色模型及其在地基沉降预测中的应用

基于灰色理论建立的传统沉降预测模型均为整数阶,存在不连续、与实测数据差异较大的缺陷。鉴于此,本文以灰色模型为研究对象,通过改变模型中的整数阶微分为分数阶微分来改进灰色模型的预测效果。本模型与传统模型的最大区别在于增加了分数阶阶次的识别,首先结合灰色理论得到无输入的常微分方程;接着对其引入输入项,并将常微分方程做变换得到含分数阶的微分方程;最后将该模型与实测数据进行对比,且与传统灰色理论沉降预测模型进行误差计算,发现本文建立的沉降预测模型可以较好地预测地基沉降。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验, 对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析, 测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响, 论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形, 结合实例, 计算其后期沉降量与固结沉降量的比值, 并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数。     

Ground improvement using SPVD and RPE

Excessive total and differential settlement at the intersection of a surcharged prefabricated vertical drain (SPVD) and a rigid piled embankment on soft ground during the post-construction period leads to considerable time and costs being spent on repetitive remedial works in the future. This paper presents a sustainable design approach for high and long embankment filling on soft clay at the approach to the structure by introducing the intersection of an SPVD at the transition to a rigid piled embankment in order to regulate the differential settlement between the two conventional ground treatment approaches. This paper also presents a full-scale field study to validate the performance of the intersection of the SPVD at the transition to the rigid piled embankment. By introducing the intersection ground treatment, post-construction settlement and differential settlement are minimised significantly, while the post-construction total settlement at the rigid transition piled embankment (TPE) zone is reduced significantly by about 80 to 95% of the total settlement, as compared to a conventional TPE.     

软土地区深埋桩筏基础沉降实测与反分析

对上海环球金融中心（Shanghai World Financial Center,简称SWFC）实测沉降结果进行研究,分析坑底的回弹、沉降随时间的发展规律,并通过沉降推测上部结构刚度的变化情况。软土地区深埋桩筏基础沉降与加荷速率、基坑回弹、附加应力在桩长及桩下土中的传递、基坑降水与停止降水等多种因素有关。基础沉降-时间关系曲线并非理想的双曲线,即使是施工加荷速率相对稳定时。建筑物施工初始阶段沉降速率较小,与深基坑回弹密切相关,建筑物接近封顶时往往沉降速率较大,可能与附加应力传至桩端以下土中有关。沉降过程反映4.5 m的厚筏为弹性体,上部结构刚度对筏板刚度具有贡献性和有限性,上部刚度是随着施工的进程逐步形成。采用3种方法对SWFC进行沉降计算反分析,通过计算结果与实测数沉降数据进行对比得出,运用上海规范采取合适的经验系数（0.40～0.55）、考虑70%的水浮力,利用明德林解得出的计算结果与实测值吻合很好;深埋桩筏基础共同作用分析计算中不能过大考虑上部结构刚度的贡献。