柔性基础下群桩复合地基荷载传递规律及计算

复合地基沉降及荷载传递规律的研究是复合地基理论中一项非常重要的研究内容,然而对群桩复合地基的沉降及荷载传递规律的研究,在理论上很不成熟。在采用文[1]推荐的竖向变形模式及文[2]推荐的径向变形模式的基础上,利用弹性理论及桩-土位移协调条件建立了桩及桩周土的控制微分方程,并由此推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。通过算例将该方法所得结果与有限元结果进行了对比,同时也与模型实验结果进行了比较。算例及模型实验结果均表明：该方法对分析柔性基础下群桩复合地基的荷载传递规律及加固区的变形具有足够的精度,且该法计算工作量小,便于工程应用。     

考虑成层土路堤荷载下复合地基加固区沉降计算

考虑土的成层性,假定桩周成层土弹性模量的不同不影响桩中性点位置,应用弹性理论和桩土位移协调条件及边界条件,推导了路堤荷载下复合地基加固区桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得到了各层土范围内桩、桩周土竖向应力及桩侧剪应力的表达式,并利用有限元分析了桩周土弹性模量的变化对桩中性点位置的影响规律,验证了假定。结果表明:使用该计算方法分析路堤荷载下复合地基加固区内桩和桩周土的变形,计算结果与有限元及实测结果比较接近,满足工程计算精度要求,能为类似地基土成层分布工程沉降分析提供有益参考。     

路堤荷载下考虑地基成层性的复合地基加固区沉降计算

根据路堤荷载下复合地基的荷载传递机理及变形特征,基于弹性理论,引入假定的桩间土位移模式,综合考虑路堤填土的土拱效应、复合地基加固区桩间土的成层性,建立了典型单元体的平衡方程,应用桩土位移协调条件及边界条件,得到了各层土范围内桩、桩周土竖向应力及桩侧剪应力的分布规律,从而推导出路堤荷载下复合地基加固区桩及桩周土压缩量计算的解析式,获得了表征复合地基工作性状的桩土应力比及沉降变形的解析表达式,并分析了加固区桩周土体层序对复合地基受力变形特性的影响。研究结果表明:当地基浅层土质较好时,复合地基加固区压缩量较其他情况下小,按本文建议的方法计算所得结果满足工程计算精度要求。     

基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法

本文深入研究碎石桩复合地基的受力变形机理,利用摩尔库伦弹塑性材料的剪胀特性,同时引入应力跌落三折线模型,视筋箍碎石桩承受上部荷载时的径向鼓胀为圆孔扩张,将产生变形的桩周土体分为弹性区和塑性区两部分,运用Vesic圆孔扩张理论分别建立了弹性区和塑性区桩周土体的应力场和位移场表达式,进而利用桩体影响半径处土压力为静止土压力的假设,求出了桩周土对碎石桩的径向围限力,再结合被动土压力公式导得了碎石桩的单桩承载力计算式。为验证该方法的可行性,本文结合实际工程数据对所推导的承载力计算式进行了验证分析,结果表明计算值与实测值吻合。     

路堤荷载下碎石桩复合地基沉降分析

基于路堤荷载下碎石桩复合地基的竖向与径向变形特征,采用更为合适的桩周竖向位移模式与径向位移模式,推导出桩侧摩阻力分布的解析解,然后通过典型单元体的受力分析,给出一种路堤荷载下碎石桩复合地基加固区压缩变形的分析计算方法。该方法不仅能反映出桩间土的相互作用和桩侧摩阻力分布存在中性点的特性,而且考虑了桩体鼓胀变形对复合地基沉降的影响。最后,结合工程实例的对比分析结果表明,本文方法计算结果相比复合模量法及不考虑桩体鼓胀变形的方法更接近实测值,表明了本文方法的合理与可行性。     

考虑桩土滑移和鼓胀影响的碎石桩复合地基沉降分析方法

本文在深入研究柔性基础下碎石桩复合地基变形力学机理的基础上,结合单元体桩周土位移模式建立出柔性基础下碎石桩复合地基沉降分析方法。首先,根据柔性基础下碎石桩复合地基桩土界面上存在相对滑移的特点对现有竖向位移模式进行改进,然后,考虑到碎石桩复合地基桩体侧向鼓胀不可忽视的特征,在位移模式分析方法中计入径向位移的影响,并且由此得到桩侧摩阻力的分析方法,最后,通过对该模型的受力分析得到复合地基加固区压缩变形分析方法。该方法不仅能反映桩土间的相互作用以及复合地基桩土滑移的特征,而且能考虑碎石桩体鼓胀变形对复合地基沉降分析的影响。最后通过工程实例分析,表明了本文方法的可行性与合理性。     

浆固碎石桩成桩注浆影响范围现场试验研究

浆固碎石桩作为一种新型桩基技术,不仅具有一般刚性桩的桩体置换作用,而且能改善桩周土的力学性质,从而可有效地提高复合地基的承载力及减小沉降变形。通过现场进行成桩前后的桩周土性质研究,验证了注浆对桩周土性质的改善作用,得出成桩时注浆影响范围及分布规律。针对黏性土中浆固碎石桩浆液挤密作用,按平面轴对称问题分析了塑性区边界条件及内部单元体的平衡条件,提出浆固碎石桩浆液影响范围的计算公式。理论公式计算结果与原位测试结果较为符合,从而验证了计算方法的合理性,这对浆固碎石桩的注浆加固具有一定的指导意义。     

碎石桩复合地基承载力性状分析

按等置换率原则建立碎石桩复合地基有限元计算模型，在考虑基础刚度、荷载强度变化条件下对比分析了天然地基与复合地基附加应力分布特征、塑性区扩展规律；根据有限元计算结果分析了桩身荷载传递规律并与实测结果对比确定桩身应力随桩身呈指数衰减。计算结果还表明：桩土应力比不仅与桩土模量比有关，也与荷载水平及置换率有关；在鼓胀破坏情形下桩体侧向变形性质取决于桩周土而与置换率、模量比、桩长无关。     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究

浆固碎石桩是加固软土地基的一种新型桩基技术,已成功应用于高速公路和高速铁路等工程软土地基处理。为了研究浆固碎石桩单桩荷载传递机制,假定浆固区压缩模量呈指数分布,应用圆形承载板作用下的半空间体位移的解,对竖向荷载作用下单桩复合地基各部分沉降进行分析,推导出桩轴向压应力、桩侧摩阻力和桩顶沉降计算公式。现场试验实测结果与理论计算结果对比表明,理论计算值与实测值相吻合,验证了理论计算公式的合理性     

强夯碎石墩处治“山地型”软土路基的变形特征研究

为明确填方路堤荷载下强夯碎石墩的变形特征与其路堤稳定性的内在关联,针对“山地型”软土地区某高速铁路车站高填方路堤的失稳破坏现象,基于现场实测数据和三维数值分析模型,着重研究了不同位置强夯碎石墩墩体的鼓胀变形与侧向弯曲变形规律,并定义墩体鼓胀率和最大侧向弯曲值对其变形特征予以描述。研究结果表明:路堤荷载作用下不同位置的强夯碎石墩发生不同程度的鼓胀变形和侧向弯曲变形,其中鼓胀变形主要由上覆路堤荷载所产生的压缩鼓胀和路堤侧滑所产生的滑动剪切鼓胀所组成,且其最大鼓胀变形区域集中在距桩端1~2倍桩直径范围内;位于强夯碎石墩复合地基潜在滑裂面剪入口附近墩体的鼓胀率最大(0.75%),约为路堤中心处墩体鼓胀率的1.5倍,表明该处以滑动剪切鼓胀变形为主。沿路堤中心线向外不同位置的强夯碎石墩墩体的最大侧向弯曲变形的发展规律近似呈三段线模式,其中潜在滑裂面剪入口附近的17#墩体为其侧向弯曲变形开始陡增的拐点,表明17#与其附近墩体为控制路堤侧向变形与稳定的关键构件。路堤填筑过程中所出现数条裂缝的原因可能在于强夯碎石墩的剪切破坏而致使路堤出现整体滑移所引起的,建议在采用散体材料桩复合地基处治“山地型”软弱地基时,应配合其他加固措施以确保填方路堤的整体稳定性。     

Plate Load Tests of Composite Foundation Reinforced by Concrete-Cored DCM Pile

The concrete-cored deep cement mixing (DCM) pile is a new kind of composite pile created by inserting precast core pile into the DCM column socket and has only been used in a few projects to date. The bearing mechanism of concrete-cored DCM pile composite foundation has not been investigated systematically. In this paper, plate load tests (PLT) on single pile composite foundation were conducted in Nanjing–Changzhou expressway, Xinhua district in Jiangyin city and Nanjing surrounding (NS) expressway. Following the results of the PLT, a comparison of ultimate bearing capacity between composite foundation reinforced by concrete-cored DCM pile and DCM column was made. During the PLT process, the vertical stress of surrounding soil and DCM column socket was measured using pressure cells. The vertical stress of precast core pile was obtained using steel stress gauge welded onto the reinforcement. Based on the vertical stress of surrounding soil, DCM column socket and precast core pile, the skin friction and load sharing ratio were obtained. The variation in surrounding soil properties depending on the installation of concrete-cored DCM pile was also analyzed using the results from cone penetration tests (CPT) taken in NS expressway. With the analysis of results for stress tests and CPT, the bearing mechanisms of composite foundation reinforced by concrete-cored DCM pile are obtained.     

Finite Element Analysis of Geogrid Encased Stone Columns

Stone columns in soft soil improve bearing capacity because they are stiffer than the material which they replace, and compacted stone columns produce shearing resistances which provide vertical support for overlying structures or embankments. Also stone columns accelerate the consolidation in the native surrounding soil and improve the load settlement characteristics of foundation. In this paper, the finite element method is utilized as a tool for carrying out analyses of stone column–soil systems under different conditions. A trial is made to improve the behaviour of stone column by encasing the stone column with geogrid as reinforcement material. The program CRISP-2D is used in the analysis of problems. The program allows prediction to be made of soil deformations considering Mohr-Coulomb failure criterion for elastic–plastic soil behaviour. A parametric study is carried out to investigate the behaviour of standard and encased floating stone columns in different conditions. Different parameters were studied to show their effect on the bearing improvement and settlement reduction of the stone column. These include the length to diameter ratio (L/d), shear strength of the surrounding soil and, the area replacement ratio (a_s) and others. It was found that the maximum effective length to diameter (L/d) ratio is between (7–8) for Cu, between (20–40) kPa and between (10–11) for Cu?=?10?kPa for ordinary floating stone columns while the effective (L/d) ratio is between (7–8) for encased floating stone columns. The increase in the area replacement ratio increases the bearing improvement ratio for encased floating stone columns especially when the area replacement ratio is greater than (0.25). The geogrid encasement of stone column greatly decreases the lateral displacement compared with ordinary stone column.     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

碎石土土体性状对桩基水平承载能力的影响

桩基作为一种广泛使用的基础形式,其在如地震荷载、风荷载下的水平承载力确定十分重要。桩基水平承载能力主要由桩身及土体性质控制,而土体性质中密实度和含石量是影响碎石土场地上桩基水平承载能力的主要因素。为明确碎石土场地土性对桩基水平承载能力的影响,在室内开展5组不同土体密实度和含石量下的水平场地单桩水平静载试验,以此模型试验数据计算所得的临界荷载、极限荷载、水平扩散角、计算宽度和水平抗力系数的比例系数m值等为指标评价土体密实度和含石量对桩基水平承载能力的影响。试验结果表明增大密实度和含石量对各指标均有提升效果,但相比之下,密实度对各项指标的提升效果均明显优于含石量。综合考量下,碎石土密实度和含石量的增大均对桩基水平承载力有提升作用,但土体密实度的提升作用更明显。故对水平承载力要求较高的碎石土上桩基工程的选址中,应优先选择密实度较大的场地。     

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。     

碎石桩处理软土地基临界填筑高度的研究

目前计算碎石桩处理软土地基临界填筑高度的方法并不完善,没有考虑软基经碎石桩处理后复合地基强度的增加和地基排水固结能力的提高,基于此,依据固结理论,引入碎石桩复合地基固结计算的简化方法,修正按变形控制的临界填筑高度计算公式;并结合四川省遂-资高速公路软基变形监测数据,得出软基厚度在6.5～11.0 m范围内,观测所得的临界填筑高度为4.5～6.5 m,该观测值与修正公式计算值差异性不显著,证实所推导的解析式是切实可行的;在此基础上,初步探讨影响路堤临界填筑高度变化的因素,得出软基厚度、桩间距对其影响较为明显。     

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。     

基于统一强度理论的灰土桩复合地基挤密影响区半径计算

灰土桩复合地基因桩体鼓胀变形使得桩间土体挤密,可以确定其挤密影响区范围,对评价地基加固效果有着十分重要的意义。采用统一强度理论,结合桩土变形协调条件,推导出复合地基沉降量与挤密影响区半径的关系式,并讨论不同b值、不同桩径d、不同深度条件下挤密影响区半径的变化趋势及影响特性。研究表明,挤密影响区半径随着地基深度的增加而减小,灰土桩最佳挤密深度范围为桩顶至1/3桩长深度之间;挤密影响区半径在1.51d～1.68d（d为桩径）之间,增大d可以有效扩大挤密影响区半径;应考虑中间主应力效应对岩土材料强度发挥的积极作用。