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CFG桩复合地基加固深厚软基理论研究与工程应用

唐彤芝  
【摘要】: 本文结合数项国家和省部级重点科研项目,以控制工后沉降地基处理新思路为指导,以超软深厚软土地基为对象,较为系统地对处理深厚超软地基的CFG桩复合地基技术进行理论研究和工程实践分析。 全文研究工作和成果主要体现在现场试验、室内模型试验、理论分析和数值计算四大方面。 现场试验研究工作主要包括:(1)详细分析依托工程试验段的工程地质状况,根据常规方法进行分析计算确定CFG桩复合地基施工工艺和设计参数;(2)根据现场测试和质量检测结果综合分析评价深厚超软地基中CFG桩成桩质量和加固效果;(3)基于现场实测资料,较为系统地研究路堤荷载作用下CFG桩复合地基的沉降、孔压、桩土应力分布、桩身应力传递和地基承载力等性状。 室内模型试验研究工作主要包括:(1)基于几何相似条件进行模型设计与模型制备;(2)实际成桩过程的模拟及挤土效应分析;(3)通过应力变形测试和载荷试验研究不同桩长和间距的CFG模型桩的变形和承载力性状、桩土应力分布和荷载传递规律等。特别是研究并揭示实际工程中难以做到的浮桩的各项性状。 理论分析和数值计算研究工作主要包括:(1)基于圆孔扩张理论和相关工程实测资料研究CFG桩沉管引起的超静孔压的消散规律;(2)基于轴对称砂井固结理论,考虑初凝期桩体排水功能和渗透性随时间的变化,建立CFG桩初凝期桩间土固结解析解;通过实例计算研究初凝期桩间土超静孔压的消散变化规律;借助已有方法估算CFG桩沉管挤土位移和地表隆起,根据理论计算和现场实测结果指出桩间土挤密效应明显,挤密主要来自初凝期桩体的排水功能,该结论突破“在饱和软粘土地基中沉管施工基本不产生挤密效应”的传统观点;(3)基于Terzaghi一维固结理论和谢康和的双层地基固结理论,在前人的研究基础上,详细推导并建立路堤荷载作用下不同工况的CFG桩复合地基固结解析解,编制计算程序进行实例分析,综合研究CFG桩复合地基固结特性,进一步发展复合地基固结理论。从地基固结的角度对工程设计和施工提出合理性建议;(4)提出CFG桩平面群桩有限元分析方法,进行实例计算验证其合理性和正确性;基于有限元数值计算深入研究路堤荷载作用下不同设计参数的CFG桩复合地基的荷载传递和变形规律;(5)将CFG桩复合地基工后沉降分成加固区未完成的主固结沉降、下卧层未完成的主固结沉降和整个土层的次固结沉降三部分,考虑软土的固结流变特性,提出控制工后沉降的设计计算方法,实例验证其可行性和合理性。


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