CFG桩施工引起工程环境问题的试验研究与有限元分析

论文摘要

CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，就本质而言，CFG桩复合地基是对碎石桩复合地基的继承与发展。CFG桩复合地基可以灵活地改变桩长、桩间距、褥垫层厚度和桩体配合比来满足承载力和沉降变形的要求，加上CFG桩可以充分利用桩间土的承载力、桩身材料可以消除大量工业废料——粉煤灰，可在降低工程成本的同时保护环境，经济和社会效益十分显著。 2002年初，新规划的郑东新区CBD（中央商务区Central Business District）方案出笼，引发郑州市东郊的建设热潮。建设郑东新区成为郑州大都市化的重要发展战略，这给高效低价的长螺旋CFG桩复合地基技术提供了广阔的应用空间。然而长螺旋CFG桩复合地基技术应用于郑东新区的饱和粉土层、粉质粘土层时，常出现窜孔、引起周围土体及周围建筑物开裂等问题。在郑东新区，许多施工单位进场施工数排桩后即面临该问题，被迫停工并撤走设备，造成巨大的资金损失及劳动力浪费。2003年7月，在郑州举行了郑东新区CBD中心岩土工程与地下空间资源利用高级论坛，与会专家讨论了在郑东新区的长螺旋CFG桩施工引起的工程环境问题，专家组针对CFG桩施工做出了比较模糊的结论：“有条件地采用CFG桩或其它复合地基”。长螺旋CFG桩在郑东新区施工过程中，存在着以下问题：①桩间土孔隙水压力（简称孔压）变化规律不明；②施工影响范围不明；③孔隙水压力发展与窜孔、土体拉裂之间的关系不明。因此政府主管部门不得不出面干涉这项技术的推广应用。例如郑东新区管理委员会曾下文明确要求一般不提倡使用，特别是施工周围有建筑及重要管线的建筑场地，若采用CFG桩方案应经特殊审批。可见长螺旋CFG施工引起工程环境问题已经严重制约了长螺旋CFG桩在郑东新区的应用，研究长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题的机理及应对措施迫在眉睫。据此本文提出了长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题的概念与研究目的。文中长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题是指由于长螺旋CFG桩施工造成周围建筑物开裂及相邻桩窜孔的问题。其研究目的是得出长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题的机理及影响因素，在此基础上提出应对措施。因而，本文以郑东新区为例进行长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题的研究，为提高长螺旋CFG桩施工水平，促进该技术在郑东新区的应用具有重要的现实意义。本文以河南省科技攻关项目“长螺旋管内泵压桩复合地基技术在饱和粉土中的适应性

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 CFG桩复合地基发展概述

1.2 本文选题的背景、目的和意义

1.3 研究现状评述及研究存在的问题

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 研究存在的问题

1.4 本文的研究路线与主要工作

第二章 CFG桩复合地基特点及施工引起工程环境问题概述

2.1 复合地基分类与作用机理

2.2 CFG桩复合地基及其施工工艺特点

2.3 郑州的工程地质条件概况及粉土特点

2.3.1 郑州的基本工程地质条件概况

2.3.2 郑东新区粉土特点介绍

2.4 长螺旋CFG桩施工引起工程环境问题概述

2.4.1 窜孔、缩径、断桩

2.4.2 CFG桩施工对周边环境的影响

2.5 本章小结

第三章郑东新区饱和粉土动三轴试验研究

3.1 土体液化的研究现状

3.1.1 土体液化定义及形成机理

3.1.2 土体液化的研究现状及发展方向

3.2 CFG桩施工时对钻孔孔壁作用的应力简化

3.3 郑东新区饱和粉土的动三轴试验研究

3.3.1 动三轴试验原理与试验仪器简介

3.3.2 郑东新区饱和粉土的动强度试验方案设计

3.3.3 饱和粉土的动强度试验与分析

3.3.4 动强度试验中特殊曲线分析

3.3.5 饱和粉土的动弹性模量试验与分析

3.4 郑东新区饱和粉土液化的影响因素分析

3.5 本章小结

第四章 CFG桩施工过程的现场试验研究

4.1 空桩引起周围土体开裂的设想与分析

4.1.1 空桩效应的定义

4.1.2 郑东新区某工程CFG桩施工引起周边土体开裂描述

4.1.3 引起桩周土体开裂原因与空桩之间的关系探讨

4.2 孔隙水压力计原位测试的方案设计与现场埋设

4.2.1 孔隙水压力及有效应力原理

4.2.2 孔隙水压力计的种类及选择原则

4.2.3 本次试验所用孔隙水压力计的工作原理

4.2.4 现场孔隙水压力计埋设方案与具体埋设

4.3 试验记录与监测结果分析

4.3.1 埋入初期的孔隙水压力变化规律分析

4.3.2 孔隙水压力随钻进、泵送混合料的变化规律分析

4.3.3 抽吸作用时孔隙水压力的变化规律分析

4.3.4 钻进过程中孔隙水压力降低与窜孔之间的关系分析

4.3.5 施工中超孔隙水压力能否达到液化标准分析

4.3.6 水平方向上孔隙水压力变化规律分析

4.3.7 孔隙水压力上升的动力源分析

4.3.8 本次现场试验的经验与不足

4.4 渗透系数对饱和粉土液化的影响

4.5 基于小孔理论分析泵压对桩周土体孔压的影响分析

4.5.1 泵压作用下桩周土体内的应力分析

4.5.2 泵压作用下桩周土体内的超孔隙水压力分布规律分析

4.6 本章小结

第五章长螺旋CFG桩施工过程有限元分析

5.1 有限元的基本方程

5.2 有限元分析模型的材料本构模型

5.3 ANSYS有限元软件简介

5.3.1 ANSYS概述

5.3.2 有限元法的求解方式

5.3.3 ANSYS对非线性的处理方法

5.4 长螺旋CFG桩施工过程ANSYS有限元分析

5.4.1 有限元模型的建立

5.4.2 单空桩引起不均匀沉降分析

5.4.3 空桩群对土体变形量的影响分析

5.4.4 钻孔深度对土体变形量的影响分析

5.4.5 弃土荷载对土体变形量的影响分析

5.4.6 不同土体强度参数对土体变形量的影响分析

5.4.7 地下水位对土体变形量的影响分析

5.4.8 钻进过程中孔隙水压力下降的原因分析

5.5 本章小结

第六章综合分析及防治措施

6.1 CFG桩施工引起工程环境问题的原因分析

6.1.1 空桩效应与拉裂桩周土体之间的关系分析

6.1.2 引起桩周土体开裂与郑东新区特殊地层之间的关系分析

6.1.3 引起桩周土体开裂与长螺旋施工工艺之间的关系分析

6.1.4 CFG桩施工引起工程环境问题是两种因素综合的结果

6.2 长螺旋CFG桩施工引起周边环境问题的应对措施

6.3 本章小结

第七章结论与建议

7.1 本文的主要结论与认识

7.2 进一步工作建议

7.3 本文的主要创新点

致谢

参考文献

CFG桩施工引起工程环境问题的试验研究与有限元分析

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢