滨海淤泥地层PHC加芯搅拌桩复合地基沉降特性及应用研究——以鹤岗高速一期工程软基处理为例

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随着我国城镇化进程的加快,城市建设蓬勃发展,特别是在沿海地区建构筑物建设必须在地质条件较差的软土场地(人工填土、淤泥土、淤泥质土等)上修建,因此不得不对此类软土场地进行处理加固,以满足承载力和工后沉降的需要。PHC(预应力高强度混凝土管桩)加芯搅拌桩是近代以来发展起来的刚性复合桩,加芯搅拌桩综合了柔性桩和刚性桩的优点,单桩承载力高、挤土效应小、造价低、桩土变形协调性好。加芯搅拌桩复合地基在沿海地区深厚淤泥土或淤泥质土的路堤地基处理中有很好的应用前景。本文以鹤岗高速公路一期工程软基处理为依托,采取现场试验和有限元分析的方式,探究PHC加芯搅拌桩加固海相沉积深厚淤泥地层软土地基的沉降及承载特性,主要内容及成果如下:(1)对工程现场的工程地质情况进行调研,勘察当地水文地质条件、不良地质条件,获取土体物理力学参数。同时阅读相关文献,分析常见软土地基的加固方式,对PHC桩承载力的计算原理和复合地基的计算方法进行了总结和归纳。(2)通过现场单桩承载力、复合地基承载力试验,得到了PHC加芯搅拌桩以及复合地基的荷载—沉降传递规律。同时由有限元软件来模拟现场试验中的PHC加芯桩和复合地基,进而比较有限元计算与现场试验的两者结果。结果表明滨海淤泥地层中单桩荷载—沉降(Q-s)规律与有限元计算结果较为接近,但是由群桩加固复合地基的荷载—沉降规律与有限元模拟结果相差较大,且随着荷载的增加差距越来越大。(3)对复合地基计算与实测值不符的原因进行了分析,并提出了相应的修正计算方法,并通过有限元计算分析了桩芯长度、桩直径对单桩承载力和群桩复合地基承载力的影响情况;同时分析了桩间距对复合地基的沉降影响,以及对桩土应力比和边桩位移的影响。通过分析,优化了内芯直径、桩长和桩间距等参数,发现在满足承载力要求的情况下,水泥土搅拌桩桩径为600mm和桩长20m时,存在一个特定的PHC桩长21m和直径300mm,当桩长超过21m以及直径超过300mm后再增加桩长和截面尺寸控制沉降的效果就不再明显。(4)基于参数优化结果对本项目中的滨海淤泥地层复合地基进行了设计,并以此为标准进行施工,施工过程中同步监测了路堤填筑过程的沉降变化规律。同时对该工况进行有限元分析,并利用文中所提出的修正方法对计算过程进行修正,将有限元计算结果与现场监测值进行对比发现二者吻合度较高,说明修正后复合地基计算方法可以更为准确的预测地基沉降量。
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