刚性桩加固软弱地基上路堤稳定性问题（Ⅱ）——群桩条件下的分析

针对刚性桩支承路堤，笔者已进行的对单桩位于路堤下不同位置时路堤稳定性的研究表明，复合抗剪强度极限平衡法不能反映不同位置单桩的强度及刚度对路堤稳定性的影响以及桩的弯曲破坏机理，将显著高估路堤稳定性。通过对群桩条件下刚性桩加固路堤分别采用三维和二维数值分析方法，研究了路堤填筑及趋于失稳破坏过程中，桩、土的内力与变形规律、桩的破坏形式等。结果表明：群桩条件下，不同位置的刚性桩的破坏模式不同，对路堤稳定性的贡献机理也相应不同，弯曲破坏比剪切破坏更易于发生，剪切破坏并非是桩最危险的破坏方式；提出了考虑路堤趋于失稳破坏过程中桩弯曲破坏的cut-off退出方法，在进行数值分析时可反映路堤趋于失稳过程中桩的破坏形式，从而合理地评估路堤稳定性。对素混凝土桩加固路堤的稳定分析，提出了桩可使用抗剪强度概念，并提出了按桩体可使用抗剪强度采用极限平衡法进行路堤稳定分析的方法。     

单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响

现行规范中刚性桩复合地基路堤稳定分析方法不能反映单桩承载力、桩帽等对路堤稳定性的影响,计算的路堤稳定安全系数严重偏大,导致部分刚性桩复合地基路堤滑塌。为克服刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷,在研究刚性桩复合地基路堤滑塌原因的基础上,分析了路堤滑塌时桩土相互作用,及刚性桩提高路堤稳定性的机理。然后,在分析刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷的基础上,将修正密度法完善为修正重度法。最后,为研究单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响,利用修正重度法分析了刚性桩长度、间距、扩底、桩帽等对路堤稳定性的影响,对比了不同稳定分析方法计算结果,并对刚性桩复合地基路堤设计提出了建议。研究表明：单桩承载力对密桩复合地基路堤稳定性影响很小,对疏桩复合地基路堤稳定性影响很大;增大单桩承载力比减小桩间距更合理;刚性桩在持力层中扩底比加大桩长更有效;利用桩帽、土拱等措施将大部分路堤荷载转移到桩顶方可发挥单桩承载力对路堤稳定性的作用;软土强度随深度增大不明显时应慎用悬浮桩复合地基。刚性桩复合地基路堤宜采用“强桩大帽”的疏桩复合地基方案。     

单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响

现行规范中刚性桩复合地基路堤稳定分析方法不能反映单桩承载力、桩帽等对路堤稳定性的影响,计算的路堤稳定安全系数严重偏大,导致部分刚性桩复合地基路堤滑塌。为克服刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷,在研究刚性桩复合地基路堤滑塌原因的基础上,分析了路堤滑塌时桩土相互作用,及刚性桩提高路堤稳定性的机理。然后,在分析刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷的基础上,将修正密度法完善为修正重度法。最后,为研究单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响,利用修正重度法分析了刚性桩长度、间距、扩底、桩帽等对路堤稳定性的影响,对比了不同稳定分析方法计算结果,并对刚性桩复合地基路堤设计提出了建议。研究表明:单桩承载力对密桩复合地基路堤稳定性影响很小,对疏桩复合地基路堤稳定性影响很大;增大单桩承载力比减小桩间距更合理;刚性桩在持力层中扩底比加大桩长更有效;利用桩帽、土拱等措施将大部分路堤荷载转移到桩顶方可发挥单桩承载力对路堤稳定性的作用;软土强度随深度增大不明显时应慎用悬浮桩复合地基。刚性桩复合地基路堤宜采用"强桩大帽"的疏桩复合地基方案。     

基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制

传统的刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法均是假定滑动区内桩体发生同时破坏。在已有研究基础上,采用有限差分方法开展了考虑桩体破坏后的不同性状(post-failure behavior)和不同桩体破坏顺序的路堤稳定性分析,结果表明无筋刚性桩复合地基首先在局部位置发生脆性弯曲破坏,应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏,从而产生由局部桩体的弯曲破坏引发不同位置桩体的渐进破坏,并最终导致复合地基发生失稳破坏。假定桩体同时发生破坏的复合地基支承路堤的稳定分析方法将显著高估路堤稳定性,路堤下复合地基的稳定性分析应考虑局部位置首先破坏并引发其它位置桩体的渐进破坏。基于复合地基中桩体渐进破坏控制的理念,提出了路堤下复合地基关键桩的概念和分区不等强设计的稳定性控制方法,通过提高关键桩桩体抗弯强度及延性的方法,可有效提高路堤整体稳定性。     

刚性桩复合地基支承路堤稳定破坏机理的离心模型试验

对上软下硬成层土地基中刚性桩复合地基支承路堤,进行了单排桩和群桩条件下路堤稳定破坏机理的离心模型试验,研究了不同桩体抗弯刚度和强度,不同桩体加固位置,不同桩间距和桩端嵌入硬土层深度条件下桩体的受力与变形性状,破坏模式以及路堤的失稳破坏机理.离心机试验结果表明,不论是在单排桩还是群桩条件下,桩身最大弯矩作用点均产生于软硬土层交界面附近;在群桩条件下,桩体越靠近路堤中心桩身弯矩越小;当桩身抗弯刚度与强度较高,桩距较大且桩下端嵌入较硬土层足够深度时,可产生桩间土体沿桩的绕流甚至因产生绕流而导致路堤失稳破坏;当桩身抗弯刚度与强度较低时,在单排桩条件下,桩体会首先在软硬土层交界面处发生弯曲破坏,并可在路堤失稳前在桩身上部发生第二次弯曲破坏,而在群桩条件下,坡脚附近部分桩体首先在软硬土层交界面附近发生弯曲破坏,并可能伴随桩体受拉破坏而使桩断为上下两段,最后由于部分桩体发生整体倾覆破坏或者再次发生弯曲破坏而导致路堤发生失稳破坏;针对路堤具体的破坏情况有针对性地增大桩身抗弯强度,减小桩间距或增加桩端嵌入硬土层深度均可提高路堤的稳定性.     

考虑桩体破坏模式差异的路堤下刚性桩复合地基稳定分析方法研究

针对路堤下刚性桩复合地基稳定性分析方法仍不够完善的现状,采用数值分析方法对路堤下不同位置桩体的损伤发展过程和破坏模式进行了模拟分析,指出刚性桩对路堤稳定性的贡献因其所处位置不同而具有明显差异,其破坏模式可分为受压破坏、受弯破坏和受拉破坏三类,并根据破坏模式的差异对路堤下的桩体进行了分区和分类。基于极限平衡法基本原理,提出了考虑桩体破坏模式差异的路堤下刚性桩复合地基稳定分析方法,并通过算例与常用的其他四种稳定分析方法进行了对比分析。结果表明:所提出的稳定分析方法与数值分析方法的计算结果最为接近,是合理可行的。     

一种刚-柔性桩复合地基路基稳定性分析方法

基于刚柔性桩复合地基路堤的主要失稳模式是柔性桩与桩间土绕过刚性桩滑动的特点,将复合抗剪强度法和修正密度法[1]用于刚柔性桩地基路堤的稳定分析中,提出一种简化的密度修正方法。该稳定分析方法的思路是用复合抗剪强度法分析柔性桩对地基的作用,用修正密度法来分析刚性桩对复合地基的作用。通过一个工程实例证明了该简化的密度修正方法的分析结果与工程实际相符合,并用上述刚柔性桩复合地基路堤稳定分析方法分析了优化后的地基处理方案。     

桩体刚度对复合地基支承路堤失稳破坏模式的影响研究

在已有研究基础上,对理想塑性、脆性拉裂两种破坏后性状对应桩体的抗弯、抗剪承载力的进行了分析比较,脆性拉裂破坏后性状可以更好地反映桩体弯曲破坏后抗弯及抗剪承载力的降低。对于复合地基支承路堤的有限差分数值模拟表明,路堤荷载、桩体材料弹性模量不同时桩体受力以及路堤失稳时桩体的破坏模式并不相同,当桩体弹性模量、路堤荷载较大时,桩体发生受拉弯曲破坏,需考虑桩体的脆性拉裂破坏后性状以描述桩体抗弯、抗剪承载力的降低以及不同位置桩的连续破坏。     

微型桩破坏机理的数值模拟

强度折减法与具有拉和剪破坏分析功能的有限差分程序FLAC^3D相结合,对同一排内均匀布置的桩心配筋微型桩进行数值分析。岩土体、桩体均采用实体单元,模型采用摩尔-库仑理想弹塑性本构模型,依据微型桩的受力特点考虑了桩体进入塑性状态,得到了单排微型桩和具有纵向连系梁的三排微型桩的应力、应变分布规律和破坏机理。计算表明,单排桩的破坏主要为滑带处的剪切破坏,三排桩为滑带处的拉剪破坏,桩体所承受的最大弯矩和剪力均位于滑带处,混凝土主要起抗剪作用,钢筋提供抗拉和抗剪能力。     

刚性排水桩和碎石桩加固液化地基的数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对普通桩、刚性排水桩和碎石桩加固液化地基进行数值模拟,分析了3种桩体加固液化地基的抗液化效果。研究表明刚性排水桩和碎石桩抗液化能力显著,但距桩中心的不同距离和不同土层深度抗液化效果有所不同。     

刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的实用计算方法

为了合理评估路堤下刚性疏桩复合地基桩、土之间的荷载分担,首先基于单桩分析模型和Marston土压力理论,将上部路堤的土拱效应简化为桩顶上方虚土柱与其周围土的相互作用,建立了路堤荷载传递分析的计算模型;在此基础上,结合复合地基桩体承载机理,考虑基底桩土刚度差异对路堤荷载传递的影响,给出了一种计算刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的方法;最后,通过与工程实测结果和其他计算方法结果的对比,对本文计算方法进行了验证,并通过算例分析了桩土荷载分担比随填土高度、填土粘聚力和基底桩土刚度等因素的变化规律。     

高层建筑刚性桩复合地基的设计与研究

通过对复合地基中刚性桩与柔性桩不同的破坏机制和承载特性、影响复合地基强度和刚度的主要因素:有效桩长、置换率、桩土应力比和桩土变形协调等分析比较,探讨刚性桩复合地基用于一般十～二十层高层建筑的软土地基处理的实用性和经济性.根据数项工程实例和静载试验结果说明加固效果,并简单介绍刚性桩成桩工艺.     

工程桩对基坑稳定性的影响及其计算方法研究

通过有限差分数值模拟和极限平衡法对比计算,对单排支撑的基坑破坏模式及坑内工程桩对基坑稳定性的影响进行了分析,得到以下结论:坑内工程桩的存在能在一定程度上提高基坑稳定安全系数。单排支撑基坑的失稳滑动面更接近于绕支撑点转动的圆弧滑动面。当基坑发生失稳破坏时,工程桩更容易发生弯曲破坏,考虑坑内工程桩对基坑稳定的贡献时,应取工程桩抗弯破坏时的等效抗剪强度和实际抗剪强度中的较小值。     

碎石桩加固河道软弱地基方法浅谈

本文介绍了用大粒径碎石桩加固不排水强度低于20kPa的超软弱河道边坡的施工方法,碎石桩单桩和复合地基的检测内容和检测方法。提供了由测试数据获得的抗剪强度指标与面积置换率的关系、充盈系数与密实电流和留振时间的关系。用实测碎石桩复合地基抗剪强度计算了施工期边坡稳定安全系数,其结果满足规范要求。工程实例表明大粒径碎石桩加固人工河堤淤泥土层是成功的。     

CM桩复合地基及其工程应用

CM桩复合地基是在原有单一桩复合地基的工作机理、垫层效益、传力效应、应力分析基础上提出的一种新型复合地基。CM桩是由刚性桩、亚刚性桩与桩间土及褥垫层组成,通过交替布置C桩和M桩,桩顶铺设级配级碎石的褥垫层,形成优化的平面和空间刚度,形成桩间土的三维应力状态,提高桩间土的抗剪强度,进而提高地基土地基承载力。     

“树根桩+化学灌浆”技术在边坡加固中的数值分析

“树根桩+化学灌浆”加固边坡是树根桩与化学灌浆两种边坡加固技术的有机结合。树根桩对边坡土体产生抗滑和锚固作用,而化学灌浆能有效地提高边坡土体的抗剪强度。传统极限平衡方法分析“树根桩+化学灌浆”加固边坡的稳定性,因存在诸多假设,评价结果准确性不高。根据“树根桩+化学灌浆”加固边坡的工作机理,在现场测试浆土复合体抗剪强度的基础上,采用有限元强度折减法对“树根桩+化学灌浆”新技术加固边坡的效果进行模拟,结果表明:采用有限元强度折减法,能有效计算出“树根桩+化学灌浆”加固边坡的安全系数和极限状态滑动面,而且从计算出的安全系数和现场情况还表明,“树根桩+化学灌浆”技术可以运用于复杂边坡的加固和修复。     

一种刚性桩处理软土路基稳定性计算的简化方法

基于刚性桩破坏以弯曲破坏控制,通过力学推导,建立了刚性桩处理软土路基稳定计算的简化分析方法。简化方法将刚性桩弯曲破坏时对边坡稳定性的贡献转化为等效土体的抗剪强度的增加,通过多次迭代计算,获得边坡最终的边坡安全系数。文中采用上述简化分析方法,以福州连江粗芦岛某二级公路软基处理工程为例,介绍了简化分析方法在实践中的应用,研究成果对类似工程的路基的设计和施工具有重要的参考意义。     

微型桩加固堆积层边坡参数敏感性耦合分析

采用有限差分软件FLAC3D,应用强度折减法,对微型桩加固浅层堆积层边坡稳定性进行耦合分析,系统性地研究了微型桩加固堆积层边坡设桩位置、设桩倾角、锚固深度等设桩参数与微型桩加固效果之间的规律。研究表明:耦合作用下,微型桩加固浅层堆积层边坡加固效果与微型桩设桩位置关系较大,对于该浅层堆积层边坡,微型桩位于边坡中上部时能充分发挥其加固效果。倾斜设桩对比铅锤设桩,微型桩加固效果更好,微型桩的最优设桩倾角约为50°。对于嵌入完整岩层中的微型桩,边坡安全系数随着锚固长度的增加而增大,当微型桩锚固长度达到最优长度时,增加锚固长度不再对边坡安全系数造成影响。     

筋箍碎石桩复合体抗剪性能研究

筋箍碎石桩复合体抗剪性能对其稳定性分析至关重要。文章采用大型直剪仪,开展多组单根筋箍碎石桩及桩周土形成的复合体的直剪试验,深入分析了法向应力、桩周填土性质、筋材抗拉强度等因素对复合体抗剪性能的影响。试验结果表明：筋箍碎石桩复合体的抗剪强度大于普通碎石桩复合体,且筋材抗拉强度越大,加筋效果越明显,复合体抗剪强度的提高幅度越大;当桩周为砂土时,砂土相对密实度对复合体抗剪性能影响较小;当桩周为黏土时,黏土含水量越高,筋箍碎石桩复合体的抗剪性能越低。筋箍碎石桩复合体可能出现筋材胀裂破坏、筋材剪断破坏及桩身弯扭破坏等3种受剪破坏模式。此外,筋箍碎石桩复合体的抗剪强度可采用面积置换率法计算。     

群桩加固液化地基的数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对刚性排水桩和碎石桩群桩加固液化地基建立模型,分析了不同桩径、桩间距和地震作用对群桩抗液化效果的影响。研究表明:桩径的变化对两种群桩加固后的抗液化能力影响不大;刚性排水桩抗液化有效范围为2倍桩径,碎石桩抗液化有效范围为3倍桩径;在多遇地震和设防地震作用下碎石桩的抗液化效果比刚性排水桩效果好,在罕遇地震作用下两者抗液化效果相当。