路堤荷载下柔性桩复合地基沉降实用计算方法

根据等应变假设得到的复合地基加固区复合模量计算公式与实际路堤荷载下柔性桩桩土间的非等应变事实不符,因此,路堤荷载下复合模量法计算的沉降量多小于实测值。通过二维有限元方法分析了路堤荷载下复合地基变形特性。采用分层总和法反算加固区复合模量,提出了复合模量计算修正方法;并通过参数分析得到了各主要影响因素对复合地基加固区变形特性的影响;对比桩体设置前后下卧层变形差异,对下卧层沉降计算方法进行修正。由此建立了有限元方法与工程实用的分层总和法之间的联系,将有限元方法实用化,分别得到了路堤荷载下柔性桩复合地基加固区和下卧层的沉降实用计算方法。实例计算证明了所推荐方法的有效性。     

考虑桩土非等应变的路堤荷载下搅拌桩复合地基沉降计算方法

为全面考虑路堤荷载下搅拌桩复合地基的桩土非等应变特性,将路堤、桩体、桩间土及下卧土层整体考虑,在总结前人试验结果基础上提出简化的桩土应力比和桩土差异沉降两阶段模型,改进了现有的桩顶平面处的桩土应力比计算方法。根据实际的应力状态计算桩侧摩阻力,计算桩土荷载分担,进而得到桩体和桩间土沉降。通过各子系统界面处的位移和应力边界条件考虑其相互作用,得到了路堤荷载下搅拌桩复合地基总沉降计算模型。对比淮盐高速公路试验段搅拌桩复合地基的实测沉降、文中模型以及传统复合模量法计算结果,验证了该模型的正确性,结果表明模型计算沉降与实测数据吻合,较常规的复合模量法计算结果更接近实测值。     

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制,建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下,改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响;当桩间距不大于4倍桩径时,加筋垫层整体基本保持完好,路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定,而桩间距达到6倍桩径后,桩顶刺穿加筋垫层,加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效,素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大;当桩间距达到4倍桩径时,素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象,最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏,当桩间距增大至6倍桩径时,桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。     

路堤荷载作用下柔性桩复合地基的沉降分析

为了寻求路堤荷载下柔性桩复合地基沉降计算的简便方法,基于已有的研究成果,将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,根据桩长与临界桩长的大小关系,结合桩?土?垫层三者在交界面上的应力与压缩变形协调条件,运用单位元法推导了柔性桩复合地基加固区的沉降计算公式,并采用分层总和法计算复合地基下卧层的沉降量。结合工程实例对计算结果进行验证,结果表明：采用理论方法计算的柔性桩复合地基沉降量与现场实测沉降结果吻合较好,证明理论计算方法的合理性,且能较好地反映路堤荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状。进一步分析表明：在临界桩长范围内,桩与桩间土相互作用,最大限度发挥了复合地基桩间土的承载能力;此外,由于桩侧负摩阻力对桩体有拖拽作用,桩身轴力在桩体中性面位置处达到最大值。因此,在工程设计中要高度重视和运用临界桩长和中性面的概念。     

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。     

压灌桩复合地基技术探讨

本文对压灌桩地基设计中的复合地基承载力计算、复合地基下卧层强度验算及复合地基沉降计算等问题进行了探讨,指出了二种规范中的复合地基承载力计算公式的适用条件.另外,对于下卧层验算应考虑桩形成的实体基础的侧摩阻力,并且必须将桩端放在较好的土层上,且无太差的软弱下卧层,以保证复合地基的安全.对于沉降要求严格的复合地基,仅靠增大置换率,提高桩体模量效果不明显,应采取适当加大桩长较合理.     

低强度桩复合地基沉降计算方法研究

从低强度桩复合地基沉降变形模式出发,建立了一组低强度桩复合地基沉降计算的应力-应变协调方程。推导方程过程中,考虑了桩-土-垫层之间的相互作用,得出了桩土应力比和等沉面深度的解析解,并且进一步得到了桩和桩间土体的应力分布规律、压缩变形量、桩体上刺入垫层和下刺入下卧土层的刺入量。在此基础上,通过与复合地基下卧土层的压缩变形量求和,最终推导出了低强度桩复合地基的总沉降计算公式,为低强度桩复合地基的沉降计算提供了一种科学方法。     

CFG桩复合地基褥垫层效用的有限元分析

复合地基上褥垫层的设计是桩体复合地基设计的关键技术,通过有限元数值模拟分析,得到了桩土沉降与荷载之间的关系,获得了褥垫层厚度及其压缩模量对桩土应力比、桩土沉降等的影响规律。该研究为复合地基褥垫层厚度的设置及选择和配制合理的垫层材料提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

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。     

考虑下卧层特性的复合地基荷载传递规律模型试验研究

为研究存在下卧层复合地基的荷载传递规律,进行多组复合地基室内模型试验。针对不同桩径、垫层厚度和下卧层厚度等工况进行试验,得到增大桩径不能提高桩体的承载力发挥度;复合地基的设计要充分考虑垫层和下卧层对荷载传递的影响一系列有益的结论。试验结果表明,复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力和荷载分担比的分布及发展过程,可为复合地基理论研究提供一定的依据,并对其设计起到一定的指导作用。     

Centrifuge study on behavior of rigid pile composite foundation under embankment in soft soil

The rigid pile composite foundation is widely used in highway projects in soft soil area as it can effectively increase the bearing capacity and stability of the foundation. While the research on the behavior and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment is not enough, instability failure of rigid pile composite foundation often occurs in practical projects. This paper presents a centrifuge model test to investigate the load transfer mechanism, settlement characteristic and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment. The test results show that: the soil displacement of different region in rigid pile composite foundation was different, obvious vertical displacement occurred in the soil under the center of embankment and the horizontal displacement was very small in this region; both vertical and horizontal displacement occurred in the soil under the shoulder of embankment; and obvious horizontal displacement occurred in the soil under the slope toe of embankment; moreover, ground heave also occurred near the slope toe of embankment. The soil displacement in rigid pile composite foundation had a large influence on the stress characteristic and failure mode of rigid piles, the compressive failure and bending failure would probably occur for the piles under the center and shoulder of the embankment, respectively, and the tension-bending failure would probably occur for the piles under the slope toe of embankment. The different failure modes of piles at different regions should be considered in the design of rigid pile composite foundation under embankment. The test results can be used to improve the design method for rigid pile composite foundation under embankment in practical projects.

     

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。     

基于联合求解法的疏桩地基沉降计算方法研究

疏桩基础作为一种工期短、效果好的软土地基处理方式,在工程中的应用越来越广泛。考虑带桩帽的PTC（预应力混凝薄壁管桩）刚性桩桩侧摩阻力分布规律,将桩侧摩阻力假定为2个三角形拼合的分布形式。联合应用Mindlin-Geddes解答及Boussinesq解答,推导出了疏桩补偿地基中的附加应力的计算公式。结合具体算例,计算复合地基的沉降变形量。研究表明,该联合方法的沉降计算结果比传统方法偏小,与实测数据较为吻合。当桩间距大于8倍桩径时,随着桩间距的增加,疏桩补偿地基的附加应力场基本不变,但沉降量相应增大。对于桩间距较大的疏桩补偿地基,采用长、短桩组合形式较为合理。通过设置深层水泥土搅拌桩来加固软土路堤,能有效控制沉降量。     

循环荷载下低填方桩承式路堤动力响应分析

低填方桩承式路堤在交通荷载下的动力响应特性与路堤的承载能力及其稳定性密切相关。基于前人的室内模型试验,采用PFC2D软件建立了桩承式路堤离散元数值分析模型;采用数值双轴试验、数值单向压缩试验分别对路堤填料和桩间土的细观参数进行了标定;同时,根据路堤荷载传递效率对模拟结果与试验数据进行了对比分析,验证了离散元数值模型的正确性及适用性。在此基础上,在低填方路堤表面施加正弦波循环荷载,并对路堤荷载传递效率、接触力分布及路堤沉降等的变化规律进行了分析。模拟结果表明：在循环荷载作用下,低填方路堤中土拱结构的承载力先逐渐弱化并最终趋于稳定;该弱化作用在宏观上表现为路堤荷载传递效率的逐渐降低,而在细观上则表现为桩顶及桩间土上方接触力差异程度的逐渐减小;同时,土拱结构的弱化将不断加剧路堤表面的不均匀沉降。     

Laboratory model tests about the sand embankment supported by piles with a cap beam

Piled embankment is widely used in soft soil areas. Most researches focused on effects of embankment height-net pile spacing ratios and equal settlement plane; there are limited publications paying attention to the shape of slip surfaces occurring in the embankment. In some extreme conditions, such as the ground being quite soft or embankment height needed to be restricted, to reduce the differential settlement and lateral displacement, piles are usually installed in several rows and cap beams or isolated caps are placed on the heads of piles. In this paper, five laboratory tests were carried out to investigate the effect of embankment height on the slip surfaces and stress exerted on the subsoil. Based on the observation of the slip surface’s shape within the embankment fill, a new calculation model is proposed to predict the stress exerted on the subsoil. In comparison with the experimental results, the accuracy of this new method is verified. From the perspective of reducing the differential settlement and cost savings, the embankment height is about four times net pile spacing according to this calculation model, since continuing to increase the embankment will not make an obvious difference to the reduction of soil stress exerted on the subsoil.     

Laplace变换解双层地基固结问题

连云港地区的软土是海相淤泥和淤泥质土.在连云港软土地区修筑高速公路时,通常采用水泥土搅拌桩地基处理方法使路基强度和变形满足工程的要求.该类软土压缩沉降量大,排水固结缓慢,地基稳定性差,造成高速公路建设中及建成后工程问题频繁出现.从江苏海相软土的工程实例出发,将经水泥土搅拌桩处理后的高速公路路基简化为双层地基,借助Laplace变换求解了二级加荷下的双层地基一维固结问题,为克服对固结方程进行Laplace逆变换的困难,在Laplace逆变换中运用Stehfest算法进行数值求解,该双层地基固结沉降计算结果与实际观测数据基本一致.     

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。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。