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《北京工业大学》 2010年 博士论文
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夯实水泥土桩复合地基特性研究

郭忠贤  
【摘要】:非饱和黏土及粉土地基中带垫层夯实水泥土桩复合地基的研究远落后于工程实践,目前的设计主要参考CFG桩复合地基的设计方法。由于垫层的设置及桩体材料强度的限制,其承载及变形特性既不同于软土地区不带垫层搅拌水泥土桩复合地基,又不同于带垫层刚性桩复合地基,因此研究夯实水泥土桩复合地基的荷载传递特性、荷载作用下应力场和位移场的分布特征,对夯实水泥土桩复合地基的技术发展有十分重要的意义。 该法具有施工设备简单、造价低、施工方便快捷的优点,适合于多层及小高层建筑地基的加固处理,应用前景广阔。为该技术的进一步发展,本文从系统的现场试验和理论分析方面对夯实水泥土桩复合地基特性进行研究,主要研究工作包括: 1系统性的现场试验:进行了不同桩长、不同桩体强度夯实水泥土单桩的载荷试验,不同桩长单桩、四桩复合地基以及不同面积置换率的九桩复合地基及相应天然地基载荷试验。试验测试内容包括:载荷板荷载与变形的测试,载荷板垫层下不同区域桩、土压力的测试,不同深度桩体应力的测试,桩、土表面变形的测试,桩间土分层沉降。特别是针对夯实水泥土桩的施工特点,提出了一种测定桩身应力与变形的方法。在此基础上,系统分析了夯实水泥土桩的荷载传递机理及变形特性,夯实水泥土桩复合地基中的桩体荷载传递性状,复合地基承载力、桩土荷载分担特性、桩土变形特性进行研究,初步总结出夯实水泥土桩复合地基的承载及变形规律。 2理论研究:首先以荷载传递法结合Mindlin解的Geddes公式,通过理论计算进一步探讨夯实水泥土桩的荷载传递及变形特性。其次,基于试验结果的分析,考虑垫层设置及夯实水泥土桩的压缩性,提出了一种适合夯实水泥土桩复合地基的桩侧摩阻力的分布模式,以桩、土和垫层的变形协调为基础,建立夯实水泥土桩复合地基理论分析方法,并提供计算桩土应力比的理论解析解。比较试验和计算结果,本文提出的桩土应力比计算公式对确定复合地基的荷载分担作用具有指导意义。分析了桩长、垫层模量、桩侧摩阻力、桩间土压缩模量、桩体强度等对桩、土应力比,桩、土荷载分担特性,桩、桩间土应力分布特性,中性点位置,桩体上刺入垫层的刺入量大小等的影响。 3夯实水泥土桩复合地基沉降计算方法:针对于带垫层夯实水泥土桩复合地基,以上述理论为基础,联合Mindlin解和Boussinesq解,研究了夯实水泥土桩复合地基中地基土的应力分布特性,提出应力分布的简化计算模型,并根据大量载荷试验资料给出夯实水泥土桩复合地基变形模量的确定方法,提出应力调整法和应力模量调整法计算沉降的新方法,并根据实际工程的实际观测资料验证方法的可靠性。 4夯实水泥土桩复合地基可靠性指标的计算 基于大量夯实水泥土桩复合地基载荷试验资料,采用模糊统计试验的方法得到了以沉降率为基础的复合地基失效准则的隶属函数,研究了夯实水泥土桩复合地基的模糊随机可靠性问题,并计算了夯实水泥土桩复合地基目前设计水准的可靠指标。


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