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软弱地基处理技术与加固问题一直以来颇受工程技术人员和国内外学者的重视。我国地域广阔,地质情况复杂多变,软弱地基类别多,特别是在新时期,随着经济的快速发展,生活方式的转变和生活质量的提高,国家正加大对高速公路、高速铁路、客运专线、城际铁路、水利堤坝的建设,而路基是这些工程建设中的重要组成部分,因此在工程实践中,处理好诸如铁路、公路路堤荷载下软弱地基加固问题显得尤为重要。
路堤荷载作用下的CFG桩复合地基是一个复杂的研究体系,体系内各组成部分之间既是一个相对独立的过程,又是一个相互作用,相互耦合的复杂过程。目前对路堤等柔性基础下的CFG桩复合地基设计计算理论研究尚未完善统一。本文结合具体的工程实践,主要从现场试验和理论研究两方面对路堤荷载下带帽CFG桩复合地基承载性状作了初步的分析和探讨,主要内容如下:
(1)考虑了柔性基础-复合垫层-复合地基-下卧层土体上下部共同作用,建立路堤荷载下CFG桩复合地基复杂体系相互作用的计算模型,推导出解析解计算公式,通过实际的工程实例验证了该模型的可靠性。
(2)通过在桩身布设一定的测试元件,分析了路堤荷载下CFG桩复合地基承载特性,对比分析了CFG单桩与单桩复合地基中桩身轴力沿桩体深度的变化规律以及桩侧摩阻力沿桩身的变化规律,得出:
(a)对于CFG单桩,在同一截面处,桩体轴向应力随着荷载水平增大而增大;在同一竖向荷载下,随着桩体深度的增加,桩体轴向应力逐渐减小,轴向应力较大处在桩顶,轴向应力较小处在桩端。同一截面处,随着外荷载的增大,桩侧摩阻力也在增大;同一竖向荷载下,随着深度的增加,桩侧摩阻力逐渐减小。
(b)对于CFG桩复合地基,相同荷载下,桩身最大轴力出现在桩体中下部,并且桩身轴力随着深度的增加,呈现出先增大后减小的趋势;不同荷载下,桩身轴力随着荷载的增加而增加。路堤荷载下CFG桩桩侧摩阻力存在“中性点”,且“中性点”的位置一般在0.55倍桩长左右处。
(3)在CFG单桩复合地基静载试验中选取一定的位置埋设土压力盒,得出桩间土的应力分布特征,离桩体中心距离越远,桩间土的土应力越大,而距离桩体中心距离越近,桩间土的土应力越小。并且在距离桩体中心距离越远处桩间土应力变化较大,并在一定的范围内,桩间土应力趋于平缓。
(4)建立路堤荷载下带帽CFG桩复合地基的计算模型,并运用解析法推导出了复合桩土应力比的计算公式,利用基本算例探讨了路堤填土高度、填土压缩模量、垫层压缩模量、置换率、桩长、桩帽间土体的压缩模量、桩体压缩量、下卧土层变形模量及桩帽尺寸对复合桩土应力比的影响。
(5)考虑了桩帽下土体的承载力,提出带帽CFG桩复合地基承载力计算公式。假设复合桩体与桩帽间土体竖向是等量变形的,提出带帽CFG桩复合地基沉降计算方法,为带帽CFG桩复合地基的优化设计提供了一定的参考。