高速铁路CFG桩-筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩-筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG桩-筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

高铁不同刚度桩-网复合地基工作性状差异

结合沪宁城际铁路CFG桩网复合地基试验段和京沪高铁砂桩网复合地基昆山试验段,在现场试验断面埋置土压力盒、沉降计和孔隙水压计等监测仪器,获取地基沉降、桩和桩间土压力、孔隙水压等监测数据,对比分析CFG桩与砂桩网在高速铁路地基工作性状及工后沉降控制效果中的差异。分析结果表明:CFG桩网和砂桩网联合堆载预压均可满足高速铁路无砟轨道工后沉降控制要求,CFG桩网复合地基沉降总量与沉降速率均小于砂桩网复合地基,且收敛速度快;受桩刚度差异的影响,CFG桩网复合地基与砂桩网复合地基桩土应力规律存在较大差异,前者桩土应力比随着路堤填筑加载而增大,最终趋于稳定,后者桩土应力比随荷载增加先增大后减小,再增大,呈波浪形变化;CFG桩网地基超孔压消散速率远小于砂桩桩网地基的超孔压消散速率;在施工工期较短的情况下,与砂桩网复合地基相比,CFG桩网复合地基处理技术的工后沉降控制效果更优。     

变长度桩-筏地基沉降特性数值模拟

依托某高速铁路DK150+180~DK150+185段软土路基工程实例,分析了该里程区间水文地质条件特点,结合有限差分法分析软件FLAC-3D建立"CFG桩+褥垫层+筏板"复合地基三维数值模型,对改变桩长条件下桩-筏复合地基随动态填土荷载作用下的沉降特性进行对比研究,结果表明:随填筑荷载增加,桩-筏复合地基各结构协调工作是个动态平衡过程;因桩-土之间存在刚度差异,桩顶应力集中程度及沉降均大于桩间土,且路基中心形成沉降"槽",最大沉降值约65mm左右;随桩长度增加桩顶与桩间土沉降逐渐减小;桩长度从15m增至21m,沉降随桩长增加减小幅度趋势较快,而桩长超过21m后,沉降随桩长增加减小幅度趋势缓慢,侧面说明软土地区采用桩-筏复合地基处理措施时桩长易控制在15~21m。     

混凝土芯桩复合地基现场试验研究

根据南京绕越公路东北段的混凝土芯水泥土搅拌桩处理深厚软土地基的工程实例,结合试验段的地表沉降、深层水平位移、孔隙水压力以及桩土应力测试,讨论了混凝土芯水泥土搅拌桩处理深厚软土地基的加固效果,荷载分布和传递规律.测试结果表明:混凝土芯桩能够有效控制软土地基的沉降和侧向位移,地基固结速率较快,复合地基效应明显,是处理高速公路桥头段软土地基的有效方法.     

路堤荷载下砼芯水泥土搅拌桩复合地基现场试验研究

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基处理高速公路深厚软土段的工程实例,通过地表沉降、分层沉降、深层水平位移、砼芯荷载以及桩土应力比测试,讨论了砼芯水泥土搅拌桩处理深厚软土地基的加固效果,荷载分布和传递规律。测试结果表明：砼芯水泥土搅拌桩对于路基沉降和水平位移控制效果优于水泥土搅拌桩,且横断面差异沉降较小。复合地基的主要压缩量发生在桩顶至砼芯底端一定范围的土体内,沉降发生深度由砼芯控制。砼芯水泥土搅拌桩上部出现负摩阻力,中性点位于砼芯1/3长度处。桩土应力比为水泥土搅拌的2～3倍,与刚性桩相近,桩体承担大部分路堤荷载。砼芯水泥土搅拌桩复合地基排水通畅,超静孔隙水压力消散迅速。路堤荷载下砼芯水泥土搅拌桩工作特性与载荷板试验下的测试结果有所不同。最后从沉降和承载力控制角度给出了砼芯水泥土搅拌桩复合地基的设计方法     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

基于减小筏板差异沉降的刚性桩复合地基试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩和仅在筏板中心布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构无桩筏板和刚性桩复合地基筏板静载荷试验。分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩土荷载传递及桩土荷载分担比。研究了工作荷载下不同布桩方式降低筏板差异沉降的效果。     

复合地基变刚度调平设计研究

基于数值模拟,对比分析了6种变刚度复合地基模型的不均匀沉降、桩顶反力、土反力、筏板内力;比较了变桩长、变桩径和变桩间距等方法实现复合地基变刚度调平的效果,并进行优化布桩分析.研究表明:基础差异沉降随荷载的增加先增大后减小;变桩长、变桩距相结合的方案有利于改善筏板的内力状况,降低筏板的弯矩,减小不均匀沉降,为最理想的调平方案.     

大型储罐水泥粉煤灰碎石桩复合地基变形应力性状试验研究

以某大型储罐为依托工程,对其水泥粉煤灰桩(CFG桩)复合地基的变形应力性状进行试验研究。设置环墙沉降观测点,采用水管式沉降仪和孔隙水压力计等进行充水预压期间地基变形应力性状的原型观测和处理后地基的原位测试。通过现场试验,揭示了大型储罐柔性基础下CFG桩复合地基的变形应力性状:储罐地基沉降呈内大外小的碟形分布,在罐中心至0.5R范围内地基土沉降较大且变化幅度不大,0.5R至罐周范围的地基土沉降逐渐减小,环墙最小,CFG桩与桩间土的变形不符合等应变假定;超静孔隙水压力主要取决于土层性质特别是其渗透性和充水荷载引起的附加应力,孔隙水压力增长和消散的过程与充水荷载过程线相似,距罐中心(0.25～0.75)R范围内各测点超静孔隙水压力相差不大,环墙处最小,充水荷载作用下孔隙水压力的分布基本与储罐地基相应深度附加应力的分布规律一致。     

桩顶与筏板多种连接构造方式工作性状对比试验研究

针对桩顶与筏板之间不同构造形式下的相互作用,对可压密土中刚性桩复合地基、常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础进行了现场模型试验,测量了筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩身轴力和桩间土反力,分析了不同荷载级别下筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比分布规律。与刚性桩复合地基和常规桩筏基础相比,对于桩顶预留净空桩筏基础工作性状,研究发现在桩顶与筏板接触前,桩顶预留净空桩筏基础工作性状与刚性桩复合地基相似;桩顶与筏板接触后,其工作性状与常规桩筏基础相似。试验条件下,桩顶与筏板之间接触、设置褥垫层、预留净空(或可压缩垫块)不同连接方式可显著影响桩间土的压缩及桩土相对滑移,对上述三者来说,桩身下部桩、土相对滑移量(桩端刺入量)依次减小。     

CFG桩复合地基参数敏感性数值模拟

采用有限元分析软件对CFG桩复合地基特性进行研究,对不同的敏感因子,如结构类型、桩间距、桩长和桩布置方案对CFG桩复合地基沉降规律以及桩土应力比的影响进行数值模拟。研究表明:CFG桩复合地基采用桩板方案时,地基沉降更加均匀;减小桩间距,CFG桩复合地基整体沉降减小的效果比较明显;增加桩长有利于减小沉降,长短桩的使用可以降低工程费用,使工程更加经济;边坡疏桩可以减小路基的沉降盆。     

路堤下钉形搅拌桩复合地基性状的数值分析

针对国内水泥土搅拌桩存在的问题,介绍一种新型水泥土搅拌桩——钉形搅拌桩,在现场试验的基础上通过三维数值模拟对路堤荷载下钉形搅拌桩和常规搅拌桩复合地基的工作性状进行对比分析,结果表明:在其他条件相同的情况下,由于钉形搅拌桩的扩大头作用,钉形搅拌桩的桩体荷载分担比高于常规搅拌桩,而相同深度加固区上部的桩身负摩阻力小于常规搅拌桩;钉形搅拌桩复合地基加固区上部的土体附加应力小于常规搅拌桩复合地基;与常规搅拌桩相比,钉形搅拌桩不仅能有效减小复合地基地表桩、土沉降、坡角侧向位移,更重要的是可以有效减小地表桩土差异沉降,防止发生桩顶向上刺入破坏,不需在顶部设置加筋及垫层。     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试验研究

利用自制模型槽,通过设计系列单桩带台与群桩的桩筏基础模型试验,研究了极限荷载下桩–筏板–地基土的应力与变形性状。试验结果表明,常规桩距桩筏基础极限荷载下表现出实体深基础性状;而大桩距桩筏基础,基桩先于板下土体达到承载力极限状态,后续荷载基本由板下土体分担,验证了塑性支承桩理论。加载过程中,桩–土的荷载分担比不断变化,6d及以上桩距时,桩达到极限荷载后即趋于稳定。利用桩的极限承载力的桩筏基础设计,应考虑极限荷载与工作荷载下桩–土荷载分担比的不同性状差别。桩间距越大,桩对土体的侧向位移的"遮帘作用"逐渐弱化,板下土体的位移特征趋于天然地基的特征,桩端平面以下土体应力受板下土体分担荷载的影响越明显,6倍桩距可视为常规桩基与复合桩基的分界点。     

浅谈设地基变形调节装置的桩土复合基础施工技术

设地基变形调节装置的桩土复合基础在非软土地区高层建筑桩筏基础中其能充分利用桩间土承载力承担大部分上部结构及地下室和地下室顶板覆土荷载,而减少工程桩所承受的结构荷载;其次其能有效减少桩筏基础的差异沉降设计能减少底板的板厚和配筋。在非软土地区设地基变形调节装置的桩土复合基础具有桩数少、桩长短、施工快、投资省等优点在高程建筑中越来越广泛,通过厦门某工程地基变形调节装置桩土复合基础施工来介绍其施工工艺。     

附加压重下复合地基地震变形研究

碎石桩复合地基抗液化效果研究主要集中在强度方面,从抗震安全性角度来看,还应包括变形问题,主要用有限差分法开展了地震作用下碎石桩复合地基地震液化特性及变形研究。在动力分析中充分考虑孔隙水与土之间的耦合。分析了碎石桩复合地基上部存在不同的附加压重情况下,受El-Centro地震波作用下地基中孔压比的发展及桩间土变形时程。结果表明,碎石桩复合地基在承载力范围内,复合地基上部荷载越大,可以有效减小地基在地震动荷载作用下产生的超孔隙水压力。但是,随着上部荷载的增大,地震期间会产生较大的竖向沉降变形,而地震结束后固结沉降较小。     

筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究

为了进一步明确筒桩桩承式加筋路堤的工作机制,在广州绕城高速公路九江—小塘段进行现场试验。试验结果证明,筒桩单桩竖向承载力大,均以刺入方式破坏,并且筒桩单桩复合地基承载力大,沉降小。筒桩桩承式加筋路堤荷载传递机制主要受"土拱效应"和"拉膜效应"控制,桩土应力比随路堤荷载以及桩顶与桩间土之间沉降差的变化而变化。路堤荷载下筒桩复合地基,总沉降小,桩帽上和桩间土上的土体存在沉降差,沉降差的发展可以反映土拱效应的发挥程度。另外,路堤荷载在地基土中产生的超孔隙水压力很小,且随深度迅速减小,地下6.0m处超孔压已接近0。路堤侧向变形小且随深度迅速减小,最大侧向变形发生在地下3.0～4.5m处。     

路堤荷载下土工织物散体桩复合地基离心模型试验

进行了2组不同筋材刚度土工织物散体桩复合地基路堤离心模型试验,和1组碎石桩复合地基路堤的对比试验,以研究其在真实应力条件下的性状及稳定性。研究结果表明:随着筋材刚度的增大,地基中的超孔隙水压力略有减小,桩顶和桩间土沉降明显减小,而桩顶和桩间土之间的差异沉降明显增大;桩土应力比随筋材刚度的增大先增长明显,而后趋于缓慢;当筋材刚度较低或上覆荷载很大时,土工织物散体桩可发生显著的弯曲变形而引起较大的沉降,碎石桩则在软土中容易发生鼓胀变形而引起很大的沉降,但两者均未在复合地基中形成剪切滑移的趋势。     

双向双轴水泥搅拌桩加固软土地基施工技术研究

依托福州市某市政道路软土地基处理工程,通过室内试验获得了场区软土地基的物理力学指标,并基于数值模拟手段对双向双轴水泥搅拌桩的加固参数进行了计算。结果表明,不同喷浆压力下,水泥搅拌桩周围土体位移随着距径比增加均呈指数降低的趋势,距径比>3.0时,不同喷浆压力下的土体位移均接近于零;不同喷浆持续时间,水泥搅拌桩周围土体超孔隙水压力随距径比增加均呈现指数衰减的趋势,并不断趋近于零,喷浆持续时间> 40 s后,超孔隙水压力的增幅较小;随着荷载的不断增加,复合地基的沉降量呈非线性增加的趋势,在同一荷载下,随着水泥搅拌桩长度的增加,复合地基的沉降量不断减小;随着荷载的不断增加,复合地基的沉降量呈线性增加的趋势,在同一荷载下,随着水泥搅拌桩间距的增加,复合地基的沉降量不断增加。     

桥头软基现浇筒桩处理现场试验分析

为研究现浇筒桩和土工格栅加筋碎石垫层组成的复合地基加固软弱路基的作用机理及效果,介绍了某高速公路桥头筒桩处理中进行的地表沉降、分层沉降、深层土体位移、孔隙水压力、桩土应力等项目的现场测试成果。结果发现:该处理方法具有经济合理,承载力高,沉降小等特点,为解决软土“桥头跳车”提供了一种经济、有效的手段;土工格栅可以很好地调节荷载分布,使荷载更多的向桩身集中;超静孔压不大,且有规律性,不影响沉降稳定性;地基侧向变形小,变形速率在时间和深度上都呈递减趋势。