长板—短桩复合地基加固机理与工程应用研究

论文摘要

在深厚软基上修建高等级铁路是世界性难题,沿海地区多条在建及待建的客运专线与高速铁路的软土层厚度超过复合地基处理方法质量可控制的深度范围内。为此,提出长板-短桩复合地基新方法,并依托国家自然科学基金项目“高速铁路无碴轨道桩-筏复合地基固结特性与沉降控制机理研究（51078358）”以及铁路科技研究开发计划项目“客运专线复合加固深层软土技术研究（2008G005-C）”,以甬台温客运专线温州南站大面积深厚软土层处理加固工程为工程背景,采用了模型试验、工艺性试桩试验、现场试验依次递进的试验研究手段,结合理论分析与数值模拟方法,对长板-短桩复合地基的加固机理与工程应用进行了深入系统研究。主要创新成果如下：1.基于相似理论,开展了长板-短桩复合地基大型室内模型试验研究,全面获取了复合地基的变形规律与力学性状；结合数值分析成果,为试验段地基处理方案设计拟定了合理的桩长及桩间距,有效指导了长板-短桩复合地基工程实践。2.实测数据表明试验段路基一直处于稳定状态,工后沉降在规范容许值范围内。这说明采用长板-短桩复合地基处理大面积深厚软土技术上是可行的,为沿海地区铁路客运专线地基处理提供了一种新方法。3.综合分析模型试验及现场测试成果,明确了长板-短桩复合地基加固机理：搅拌桩在减小地基总沉降量的同时,有效的提高了地基稳定性,从而确保施工期的填筑速率；塑料排水板显著提高了地基土固结排水速率与沉降速率,从而可缩短工期或减小工后沉降。4.通过模型试验首次系统测试了长板-短桩复合地基桩土界面荷载传递规律。测试结果表明桩侧摩阻力分布形状基本呈三段直线,桩顶区域承受负摩擦力,中性点约位于L/10处；桩底处桩身轴力很小,即长板-短桩复合地基中的桩可视为纯摩擦桩。5.首次完整测试了填筑期间长板-短桩复合地基桩土沉降差、桩顶及桩底刺入量的发展规律,获取了桩-土-褥垫层承载变形机理。测试结果表明在柔性荷载作用下,长板-短桩复合地基桩顶区域存在负摩擦力,加固区沉降以桩底刺入为王。6.基于长板-短桩复合地基荷载传递规律与变形性状,采用Boussinesq-Mindlin联合求解法计算复合地基下卧层附加应力,建立了长板-短桩复合地基复合层沉降解析计算方法；提出了长板-短桩复合地基复合层固结度解析计算方法。7.采用大型有限差分软件FLAC3D,基于流固耦合理论,考虑桩土相互作用,对长板短桩复合地基开展了数值分析研究,系统验证了本文的试验成果与理论分析成果,全面对比塑料排水板地基、搅拌桩复合地基与长板-短桩复合地基工程性状的差异,并深入研究了搅拌桩长度及置换率对长板-短桩复合地基工程性状的影响作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 排水固结法加固软基研究现状
• 1.2.1 排水固结法加固软基理论研究
• 1.2.2 排水固结法加固软基试验研究
• 1.2.3 排水固结法加固软基数值模拟
• 1.3 水泥土搅拌法加固软基研究现状
• 1.3.1 水泥土搅拌法加固软基理论研究
• 1.3.2 水泥土搅拌法加固软基现场试验研究
• 1.3.3 水泥土搅拌法加固软基模型试验研究
• 1.3.4 水泥土搅拌法加固软基数值模拟
• 1.4 地基处理技术发展新动态
• 1.4.1 排水固结法地基处理技术的演化
• 1.4.2 复合地基处理技术的演化
• 1.5 排水固结法与水泥土搅拌法联合应用研究
• 1.5.1 长板-短桩复合地基工法的应用与研究
• 1.5.2 袋装砂井与水泥土搅拌法联合应用研究
• 1.5.3 排水粉喷桩复合地基工法的应用与研究
• 1.6 存在的问题
• 1.7 本文主要研究内容及技术路线
• 1.7.1 主要研究内容
• 1.7.2 技术路线
• 第二章 长板-短桩复合地基室内模型试验研究
• 2.1 复合地基相似模型试验设计
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 需解决的关键技术问题
• 2.1.3 相似模型设计原则
• 2.1.4 相似条件的确定
• 2.1.5 相似常数的确定
• 2.2 模型箱尺寸及构造
• 2.3 模型试验主要材料选取
• 2.3.1 软土的获取
• 2.3.2 水泥土搅拌桩的模拟
• 2.3.3 塑料排水板的模拟
• 2.4 模型试验测试方案
• 2.4.1 沉降测试
• 2.4.2 土压力测试
• 2.4.3 侧向位移测试
• 2.4.4 桩身受力性状测试
• 2.4.5 孔隙水压力测试
• 2.5 模型试验方案
• 2.6 模型试验结果分析
• 2.6.1 沉降量测试结果分析
• 2.6.2 深层沉降测试结果分析
• 2.6.3 侧向位移测试结果分析
• 2.6.4 桩土压力测试结果分析
• 2.6.5 荷载传递规律测试结果分析
• 2.6.6 孔隙水压力测试结果分析
• 2.7 模型土地基处理效果评价
• 2.8 小结
• 第三章 长板-短桩复合地基现场试验研究
• 3.1 试验段工程地质状况
• 3.2 地基处理方案设计
• 3.3 工艺性试桩研究
• 3.3.1 施工工艺流程
• 3.3.2 配合比试验
• 3.3.3 原位静载试验
• 3.4 地基处理与现场测试研究方案
• 3.4.1 测点布置方案
• 3.4.2 元件埋设及数据采集
• 3.5 现场测试结果与分析
• 3.5.1 沉降测试结果与分析
• 3.5.2 孔隙水压力测试结果与分析
• 3.5.3 桩土应力测试结果与分析
• 3.5.4 侧向位移测试结果与分析
• 3.6 路基填筑控制标准研究
• 3.7 地基处理效果评价
• 3.7.1 地基土物理性质指标对比分析
• 3.7.2 地基土变形指标对比分析
• 3.7.3 地基土强度指标对比分析
• 3.8 小结
• 第四章 长板-短桩复合地基沉降预测研究
• 4.1 长板-短桩复合地基荷载传递规律
• 4.2 长板-短桩复合地基沉降计算方法
• 4.2.1 复合层沉降计算方法
• 4.2.2 下卧层沉降计算方法
• 4.3 长板-短桩复合地基固结度计算方法
• 4.3.1 复合层固结度计算方法
• 4.3.2 下卧层固结度计算方法
• 4.3.3 复合地基平均固结度计算方法
• 4.4 实例分析
• 4.4.1 总沉降计算结果
• 4.4.2 沉降发展规律对比
• 4.4.3 工后沉降预测
• 4.5 小结
• 第五章 长板-短桩复合地基数值分析
• 5.1 长板-短桩复合地基数值分析方法
• 3D简介'>5.1.1 FLAC^3D简介
• 5.1.2 修正剑桥模型
• 5.1.3 搅拌桩的模拟
• 5.1.4 塑料排水板析模拟
• 5.1.5 网格划分
• 5.1.6 加载曲线
• 5.2 长板-短桩复合地基数值分析结果
• 5.2.1 复合地基沉降规律
• 5.2.2 复合地基固结特性
• 5.2.3 复合地基荷载传递规律
• 5.3 不同处理方式地基工程性状对比分析
• 5.3.1 沉降规律对比
• 5.3.2 固结特性对比
• 5.3.3 荷载传递规律对比
• 5.4 长板-短桩复合地基设计参数影响分析
• 5.4.1 桩长的影响
• 5.4.2 桩间距的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 主要研究成果与结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间主要研究成果