CFG桩复合地基承载特性及工程应用研究

论文摘要

CFG桩复合地基是一项比较新的地基处理技术,工程应用广泛,但理论研究还不充分。本课题结合CFG桩本身的特点,着重从理论上研究了CFG桩的承载力、沉降、成孔稳定性问题,并结合工程实例加以验证,通过数值模拟进行对比分析。依据CFG桩复合地基等沉面的特殊性,创新的提出CFG桩复合地基的“双剪切破坏模型”,这将有助于进一步完善复合地基破坏理论本身的研究,也将对涉及到破坏理论的相关研究产生影响；结合新模型,全面研究了中性点理论、褥垫层厚度确定、中性点处桩体轴向应力、“双剪切破坏模型”上下两部分承载力理论推导,以及承载力计算的新方法,并结合实例验证了模型的可靠性和正确性。概述了常用沉降计算方法—一解析法、数值法和经验公式,探讨了CFG桩复合地基沉降计算经验公式,对几种常用方法进行对比分析。从CFG桩复合地基沉降变形模式出发,推导出一种考虑桩-土-垫层相互作用的沉降计算方法以及桩、土应力比公式。利用室内三轴试验,给出了获取饱和土体孔隙压力系数的计算方法,然后利用毛细现象的特点,理论上得出了计算孔隙压力系数的公式；讨论了CFG桩干成孔稳定性,计算出干成孔时的最大钻孔深度,然后分析了泥浆护壁下的孔壁稳定性,最后利用前面得出的饱和土孔隙压力系数计算方法,进行CFG桩钻孔时效稳定性分析。采用ANSYS中所提供的Drucker-Prager弹塑性模型,结合CFG桩特点建模,基于有限元方法计算CFG桩复合地基沉降、承载力问题,与理论研究进行对比。结合沈车新厂办公楼建设,新厂场地地质条件复杂,办公楼修建在天然地基上承载力不足,需要进行处理,并初步提出七种方案,通过经济、技术等方面的比选,建议采用方案五：桩端放在第④层粗砂上的CFG桩复合地基和独立基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及问题提出
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 问题的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.2.1 研究的目的
• 1.2.2 研究的意义
• 1.3 研究现状与评述
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 研究现状评述
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 CFG桩复合地基
• 2.1 引言
• 2.2 刚性桩类型的确定
• 2.3 桩体材料和配比
• 2.3.1 振动沉管成桩工艺桩体材料的性状
• 2.3.2 长螺旋钻管内泵压灌注成桩工艺桩体材料的性状
• 2.4 CFG桩复合地基的工程特性
• 2.4.1 CFG桩的承载力提高幅度大,可调性强
• 2.4.2 CFG桩的适用范围广
• 2.4.3 CFG桩的桩体的排水作用
• 2.4.4 CFG桩的时间效应
• 2.5 CFG桩复合地基褥垫层
• 2.5.1 褥垫层的作用
• 2.5.2 CFG桩复合地基褥垫层的合理厚度
• 2.6 垂直荷载下CFG桩复合地基性状
• 2.6.1 桩土受力时程曲线
• 2.6.2 桩、土荷载分担
• 2.6.3 不同部位桩的受力
• 2.6.4 桩传递轴向力的特征
• 2.6.5 桩间土应力分布
• 2.7 承载力影响因素分析
• 2.7.1 桩长
• 2.7.2 桩径、桩间距
• 2.7.3 桩体刚度、强度
• 2.7.4 褥垫层
• 2.7.5 成桩工艺
• 2.7.6 布桩方式
• 2.7.7 边载效应
• 2.7.8 桩间土、桩端土的性质
• 2.7.9 基础宽度和埋深
• 2.8 本章小结
• 第三章 CFG桩复合地基承载力计算
• 3.1 引言
• 3.2 常用承载力计算公式
• 3.3 承载力计算新方法
• 3.3.1 CFG桩复合地基竖向承载特性
• 3.3.2 中性点理论
• 3.3.3 CFG桩复合地基承载力新模型
• 3.3.4 褥垫层厚度的确定
• 3.3.5 中性点处桩体轴向应力的确定
• 3.3.6 复合地基承载力的计算
• 3.4 "双剪切破坏"——上部太沙基破坏模型承载力理论解推导
• 3.4.1 基本假定
• 3.4.2 凝聚力、基础两侧土超载引起的极限承载力
• 3.4.3 土的自重γ所引起的地基承载力
• 3.4.4 上部太沙基破坏模型承载力计算
• 3.5 "双剪切破坏"——下部迈耶霍夫破坏模型承载力理论解推导
• 3.5.1 基本假定
• 3.5.2 凝聚力、基础两侧土超载引起的极限承载力
• 3.5.3 土的自重γ所引起的地基承载力
• 3.5.4 下部迈耶霍夫破坏模型承载力计算
• 3.6 简化公式
• 3.7 实例验证
• 3.8 本章小结
• 第四章 CFG桩复合地基变形分析
• 4.1 引言
• 4.2 复合地基变形计算基本方法
• 4.2.1 解析法
• 4.2.2 数值解法
• 4.2.3 复合地基变形计算经验公式
• 4.2.4 CFG桩复合地基变形计算经验公式的探讨
• 4.3 几种常用变形计算方法的对比分析
• 4.4 CFG桩复合地基变形计算
• 4.5 考虑桩-土-垫层相互作用的沉降计算方法
• 4.5.1 变形模式
• 4.5.2 基本假定
• 4.5.3 公式推导
• 4.5.4 参数值的确定
• 4.6 本章小结
• 第五章 孔隙压力系数及孔壁稳定性探讨
• 5.1 引言
• 5.2 孔隙压力系数的理论推导
• 5.2.1 各向等压作用下孔隙压力系数B
• 5.2.2 偏压应力作用下孔隙压力系数A
• 5.2.3 考虑中主应力的孔隙压力系数
• 5.3 饱和孔隙压力系数的确定
• 5.3.1 室内三轴试验确定孔隙压力系数A和B
• 5.3.2 毛细现象作用下的有效应力
• 5.3.3 利用毛细现象确定孔隙压力系数
• 5.4 非饱和土的研究
• 5.4.1 非饱和土有效应力的发展与现状
• 5.4.2 非饱和土孔隙压力系数
• 5.5 桩孔稳定性分析
• 5.5.1 干成孔孔壁稳定性
• 5.5.2 泥浆护壁下孔壁稳定性分析
• 5.5.3 CFG桩钻孔时效稳定性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 CFG桩复合地基有限元分析及对比
• 6.1 引言
• 6.2 有限元软件ANSYS简介
• 6.3 有限元分析的计算条件和简化处理
• 6.3.1 有限元分析的基本计算条件
• 6.3.2 有限元分析的简化处理
• 6.4 CFG桩复合地基有限元分析
• 6.4.1 CFG桩模型计算方案
• 6.4.2 建模及单元划分
• 6.4.3 位移云图分析
• 6.4.4 桩的间距和桩的长短对应力和沉降的影响
• 6.5 本章小结
• 第七章 地基处理方案的比选
• 7.1 引言
• 7.2 常用地基处理方法的适用条件
• 7.3 地基处理设计的依据与原则
• 7.3.1 地基处理设计的依据
• 7.3.2 地基处理设计原则
• 7.4 地基处理设计流程
• 7.5 工程实例（以沈车新厂建设为背景）
• 7.5.1 企业概述
• 7.5.2 场地工程地质及水文地质条件
• 7.5.3 场地土层承载特性
• 7.5.4 岩土工程分析
• 7.6 沈车新厂办公楼地基处理方案比选
• 7.6.1 基础底面荷载估算
• 7.6.2 方案比选考虑因素
• 7.6.3 地基处理方案初选
• 7.6.4 各方案材料用量、挖土方量估算
• 7.6.5 各方案经济比较
• 7.7 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研