高填土路堤下软黄土地基处理技术研究

论文摘要

针对高填路堤下软黄土地基处理问题,通过现场调研及资料统计分析了甘肃软黄土地基特征及其病害,通过原位测试、静载荷试验、静力触探、有限元仿真与理论推导,系统研究了强夯法、振动沉管挤密砂石桩、土工格室垫层、水泥粉喷桩与桩-筏式复合地基等软黄土地基处理技术特点及适用性。研究成果为黄土区高速公路的设计与施工提供了重要的理论与技术支持。甘肃软黄土主要分布于地势低洼、地下水位高、排泄条件差的区域,厚度一般在4.522m之间;呈现出软土、黄土、盐渍土等复杂特性。2000kN·m夯击能时,软黄土地基最佳夯击数为79击;水平影响范围为8m,有效处理深度为5.0m左右;仅适用于厚度较小的软黄土地基。龄期对振动沉管挤密砂石桩复合地基承载力的影响明显,而桩长的影响不明显;桩间距对复合地基的承载力影响较小,而对沉降量和桩间土强度影响较大;桩土应力比集中在1.52.5之间;振动沉管挤密砂石桩处理软黄土地基效果较好。土工格室垫层加固软黄土地基的影响范围为其层厚的50%左右;可使地基表面所受竖向应力减小40%左右;适于处理厚度小于4m的浅层软黄土地基;垫层合理厚度为20cm;最后基于Winkler弹性地基梁假定,给出了加固后地基承载力计算公式。水泥粉喷桩处理软黄土地基有限元分析及试验表明:铺设垫层可使桩土协调变形,使不同基底面积作用下土中应力衰减趋于相同,并给出了垫层厚度与模量值的范围;桩长对沉降影响显著,且存在有效桩长;桩土应力比与载荷板形状有关,集中在38之间;柔性基础下复合地基的破坏模式为桩间土先破坏进而导致复合地基整体破坏;桩、土准模量随着填土荷载呈现出先硬化后软化最后趋于稳定的特性;推导出了基于弹性理论的承载力与桩土沉降差公式。最后提出了桩-筏式复合地基处理软黄土地基方法及其设计与施工方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 地基处理方法
• 1.2.1 强夯法
• 1.2.2 振动沉管挤密砂石桩法
• 1.2.3 土工格室垫层法
• 1.2.4 水泥粉喷桩法
• 1.3 软黄土地基处理研究现状
• 1.4 主要研究内容及方案
• 第二章 甘肃软黄土地基特征及病害
• 2.1 软黄土分布
• 2.1.1 软黄土地域分布
• 2.1.2 软黄土地层分布
• 2.2 软黄土地基物理力学特征
• 2.2.1 软黄土地基物理特征
• 2.2.2 软黄土地基力学特征
• 2.3 软黄土地基地下水特征
• 2.4 软黄土地基病害
• 2.4.1 竖向变形
• 2.4.2 失稳
• 2.5 小结
• 第三章 强夯法处理软黄土地基适应性分析
• 3.1 强夯法加固机理
• 3.2 强夯加固试验研究
• 3.2.1 试验概况
• 3.2.2 夯沉量
• 3.2.3 试验区外土体隆起量
• 3.3 处理效果评价
• 3.3.1 处理效果监测方案
• 3.3.2 动力触探试验
• 3.3.3 现场载荷试验
• 3.3.4 加固后地基受力与变形特性
• 3.4 设计与施工
• 3.4.1 强夯法设计
• 3.4.2 强夯法施工工艺
• 3.5 小结
• 第四章 振动沉管挤密砂石桩软黄土复合地基
• 4.1 加固机理
• 4.1.1 对砂性土地基的加固机理
• 4.1.2 对粘性土地基的加固机理
• 4.2 复合地基承载特性计算
• 4.2.1 承载力计算
• 4.2.2 沉降计算
• 4.3 工程实例与效果评价
• 4.3.1 载荷试验
• 4.3.2 动力触探试验
• 4.3.3 土压力测试成果分析
• 4.3.4 地基沉降测试成果分析
• 4.4 设计与施工
• 4.4.1 振动沉管挤密砂石桩复合地基设计
• 4.4.2 施工工艺
• 4.4.3 质量控制
• 4.5 小结
• 第五章 土工格室垫层处理软黄土地基研究
• 5.1 土工格室垫层工作机理
• 5.2 土工格室垫层地基承载力计算
• 5.2.1 弹性地基梁的基本理论
• 5.2.2 弹性地基梁基本方程的求解
• 5.2.3 长梁的计算
• 5.2.4 短梁的计算
• 5.2.5 计算参数
• 5.2.6 公式验证
• 5.3 地基承载特性有限元分析
• 5.3.1 计算概述
• 5.3.2 地基承载特性分析
• 5.4 工程实例与效果评价
• 5.5 设计与施工
• 5.5.1 土工格室垫层设计
• 5.5.2 土工格室垫层施工
• 5.6 小结
• 第六章 水泥粉喷桩软黄土复合地基
• 6.1 水泥土加固机理
• 6.1.1 水泥的水解和水化反应
• 6.1.2 黄土颗粒与水泥水化物的作用
• 6.1.3 碳酸化作用
• 6.2 复合地基受力分析
• 6.2.1 复合地基桩土受力分析
• 6.2.2 复合地基承载力推导
• 6.3 复合地基承载特性有限元分析
• 6.3.1 计算概述
• 6.3.2 承载特性分析
• 6.3.4 复合地基承载特性影响因素
• 6.4 工程实例与效果评价
• 6.4.1 试验概况
• 6.4.2 原型观测
• 6.4.3 静载荷试验
• 6.5 设计与施工
• 6.5.1 设计方法与参数
• 6.5.2 施工工艺与质量控制
• 6.6 桩-筏复合地基
• 6.6.1 概述
• 6.6.2 工程实例
• 6.6.3 效果评价
• 6.7 小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢