CFG桩复合地基在大型油罐饱和黄土地基处理中的承载性状研究

论文摘要

西部原油成品油管道工程是二十一世纪初我国西部继“西气东输”项目实施以来的又一重要建设项目。本文以其重点工程之一的兰州原油末站的15×10~4m~3大型油罐为工程背景,以饱和黄土地基为研究对象,较为系统地对处理饱和黄土地基的CFG桩复合地基技术进行了工程实践分析和理论研究。本文首先简要地介绍了饱和黄土以及大型油罐地基处理技术与发展简况,回顾了复合地基技术之一的CFG桩复合地基和大型油罐的充水预压试验的研究现状,并提及了CFG桩在黄土场地的加固机理。其次详细分析依托工程的工程地质状况,根据常规方法进行分析计算确定CFG桩复合地基的施工工艺和设计参数诸如:桩长、桩径、桩间距以及桩的平面布置等;开展现场试验研究,通过现场原位测试、室内试验和低应变检测等手段全面分析评价CFG桩成桩质量和加固效果。结果验证了CFG桩复合地基处理大型油罐饱和黄土地基的可行性和有效性。再次整理分析现场实测资料,较为系统地研究充水荷载作用下大型油罐边缘环墙变形以及CFG桩复合地基的沉降变形、孔隙水压力、桩土应力分布规律等。结果表明储油罐底部存在不均匀沉降,且罐底中心位置土压力较大,环墙下方的土压力次之,罐底中心至边缘环墙间部位土压力最小,分布形式与圆形储罐的柔性基础均布荷载有所不同。由于饱和黄土层下面为透水性很好的卵石层,所以能加快外荷引起的静孔压的消散,且静孔隙水压力在充水预压过程中有所变化但变化幅度不大。众所周知,CFG桩复合地基承载性状的影响因素很多,诸如:荷载水平,褥垫层材料、厚度,置换率,桩长和桩身模量等;而褥垫层技术是CFG桩复合地基中的核心技术,设置褥垫层可以调整桩土应力比,实现桩、土共同承担上部荷载。最后基于有限元数值计算(ADINA)深入研究CFG桩复合地基在上述不同设计参数下的力学性状和荷载传递规律。结果表明:各影响因素对CFG桩身附加应力分布和桩侧摩阻力分布均有较大影响;复合地基的桩土应力比也与上述影响因素之间存在各自不同的变化关系。随着工程建设范围的拓展,广大黄土分布区将迎来新的建设高潮。黄土特别是饱和黄土地基的处理技术的研究将是一个十分重要的课题,在工程建设中将有着广阔的应用前景,积极探索这一课题,必将为工程建设做出积极的贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 黄土与饱和黄土
• 1.1.2 大型油罐地基处理技术与发展
• 1.2 CFG桩复合地基和油罐充水预压试验的研究现状
• 1.2.1 CFG桩复合地基研究现状
• 1.2.2 油罐充水预压试验研究现状
• 2 CFG桩复合地基现场试验研究
• 2.1 依托工程
• 2.1.1 工程地质特征
• 2.1.2 兰州原油末站（罐区）地基土特性统计
• 2.2 兰州原油末站的工程地质状况
• 2.2.1 土层分布及其性状
• 2.2.2 地基土强度原位测试结果
• 2.2.3 地基土特性综合评价
• 2.3 CFG桩复合地基处理方案设计
• 2.3.1 桩长、桩径与桩间距
• 2.3.2 单桩及复合地基承载力
• 2.3.3 桩体强度
• 2.3.4 褥垫层及布桩形式
• 2.3.5 复合地基沉降计算
• 2.3.6 CFG桩复合地基加固方案
• 2.4 CFG桩施工工艺与技术
• 2.4.1 CFG桩成桩方法的确定
• 2.4.2 桩体材料及配合比
• 2.4.3 CFG桩施工设备
• 2.4.4 CFG桩施工工序
• 2.4.5 长螺旋钻管工艺特点分析
• 2.5 饱和黄土地基中CFG桩成桩质量检测与分析
• 2.5.1 检测目的和内容
• 2.5.2 试块抗压强度试验
• 2.5.3 CFG桩低应变检测
• 2.5.4 复合地基静载试验
• 2.5.5 检测结果评价
• 2.6 技术经济性分析
• 2.7 本章小结
• 3 油罐充水荷载下CFG桩复合地基性状研究
• 3.1 现场监测方案及仪器埋设
• 3.1.1 目的和内容
• 3.1.2 仪器布置与埋设
• 3.2 油罐边缘环墙竖向变形分析
• 3.2.1 罐边缘环墙基础竖向位移分析
• 3.2.2 储罐基础变形特征
• 3.2.3 储罐基础平面倾斜及非平面倾斜发展趋势
• 3.3 油罐地基沿径向沉降分析
• 3.4 孔隙水压力变化规律分析
• 3.5 基础底部桩土应力分布规律分析
• 3.5.1 桩土应力分析
• 3.5.2 桩土应力比
• 3.6 环墙钢筋应力分析
• 3.7 本章小结
• 4 CFG桩复合地基有限元数值分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 计算软件ADINA简介
• 4.1.2 复合地基的有限元分析
• 4.2 油罐区有限元计算分析
• 4.2.1 断面网络剖分与计算参数
• 4.2.2 计算方案设计
• 4.3 CFG桩复合地基荷载传递基本规律
• 4.3.1 复合地基竖向附加应力分布规律
• 4.3.2 桩身附加应力分布规律
• 4.3.3 桩间土附加应力分布规律
• 4.4 CFG桩复合地基的力学性状及荷载传递影响因素分析
• 4.4.1 基本算例计算结果
• 4.4.2 荷载水平的影响及其分析
• 4.4.3 桩长改变的影响及其分析
• 4.4.4 垫层参数改变的影响及其分析
• 4.4.5 桩身模量改变的影响及其分析
• 4.4.6 置换率改变的影响及其分析
• 4.4.7 桩土应力比与各影响因素的关系及其分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果