下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响研究.pdf

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1、路基工程SubgradeEngineering2014年第5期(总第176期)DOI：l0．13379／j．issn．1003—8825．2014．05．24下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响研究田兆斌，岳荷，马学宁(兰州交通大学土木工程学院，兰州730070)摘要：结合某高速铁路CFG桩加固湿陷性黄土地基的工程实例，采用室内模型试验和数值模拟的方法，研究了下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响。通过模型试验，获得了天然地基、悬浮式和支承式CFG桩复合地基的P—S曲线以及桩土应力比曲线。采用有限元分析软件，模拟以上三种工

2、况在路堤荷载作用下的位移和桩土应力比。模型试验表明：下卧层刚度对湿陷性黄土CFG桩复合地基沉降影响效果显著，支承式CFG桩复合地基的桩土应力比更大。数值模拟与模型试验的结果基本一致，二者可以相互印证。关键词：CFG桩；模型试验；数值模拟；湿陷性黄土；碎石；下卧层刚度中图分类号：TU473．14文献标志码：A文章编号：1003—8825(2014)05—01l0—050引言CFG桩复合地基是由CFG桩体、桩问土和褥垫层3部分组成⋯。目前，CFG桩板复合地基已经广泛的应用于工业、民用建筑等刚性基础的地基处理中，并形成了行业规范¨，但对柔

3、性路堤荷载作用下的CFG桩复合地基工作性状的研究还比较少。鉴于柔性荷载作用下CFG桩复合地基的作用机理、图1模型箱及加载装置计算理论等尚不成熟，经验不多，从我国高速铁路模型桩为细粒混凝土预制，桩径40mm，桩长的发展现状来看，柔性基础下CFG桩复合地基的相1000mm，桩间距1501TIm。预制桩中心插入1根关研究十分必要。1000mm长的西6钢筋，钢筋上以等间距200mm的本文以兰新二线某段湿陷性黄土地基为例，运距离粘2mm×3mm的应变片。加载设备采用油压用模型试验和数值模拟相结合的方法，对采用CFG千斤顶、反力架和加载板，加载

4、板尺寸为440mm×桩结构加固不同下卧层刚度湿陷性黄土地基的效果600mm。千斤顶中心和荷载板中心要重合，荷载由进行研究，为工程实践提供参考。0～100kPa分10级加载，每一级荷载加载完待沉降稳定后再施加下一级荷载。模型试验按以下3种工1模型试验况进行：天然地基、悬浮式CFG桩复合地基、支承1．1试验概况式CFG桩复合地基，每一种工况做2组试验，互相根据相似理论，按1：10的几何相似比确定模对照。本试验采用的土体为兰新二线工程实地取的湿陷性黄土，每一组试验的土体性状相同。悬浮式型参数。模型箱是由钢板和角钢加工成4块模板组CFG桩复

5、合地基，在桩端铺50mm厚的湿陷性黄装而成，尺寸为1200mm(长)×600mill(宽)×120土，支承式CFG桩复合地基，在桩端铺相同厚度的film(高)，见图1。碎石。桩周土体填筑完成后，在桩顶铺20Ham厚的收稿日期：2013—12—23细沙，模拟褥垫层。褥垫层上铺100mm厚的土，模作者简介：田兆斌(1988一)，男，甘肃礼县人。硕士研究生，主拟柔性路堤荷载。待桩体填埋处理好后，桩顶和桩间要从事岩、土路基工程方面的研究工作。E—mail：565287468@qq．com。土上部布置土压力盒，模型箱的平面布置，见图2。田兆斌

6、，等：下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响研究l2O见，复合地基沉降大小不仅取决于桩间土的承载力，桩端下卧层的刚度也起到很大作用。合理地选择桩长和下卧层刚度，也是控制复合地基沉降的手段。在对于沉降要求较高的工程中，可以考虑将桩端延伸到地质条件较好的地层中，以便控制沉降。荷载／kPa图2模型箱平面布置(单位：cm)1．2试验结果与分析1．2．1P—S曲线分析图3为天然地基和悬浮式CFG桩复合地基两种工况下的P—S曲线。荷载／kPaO510图4悬浮式和支承式CFG桩复合地基荷载一沉降曲线暑昌Ⅲ／世蜉匠15O2468O1．22．2桩

7、土应力比变化分析赔20桩土应力比是指复合地基中桩顶上的平均应力和桩间土的平均应力之比。图5为悬浮式和支承式25CFG桩复合地基桩土应力比随着荷载变化的曲线。50图3天然地基与悬浮式CFG桩复合地基荷载一沉降曲线由图3可知：当荷载在0—40kPa时，天然地基和悬浮式CFG复合地基的P—S曲线呈线性变化，两者的沉降差异不大，该阶段地基土处于弹性变形阶段。当荷载超过40kPa后，天然地基沉降量随荷载的增加呈非线性变化，部分土体由弹性变形状态进入塑性变形状态，达到极限承载力，悬浮式CFG桩复合地基的沉降量呈线性，两者沉降量出现较大差异。当荷

8、载增加到90kPa时，继续加载，天然地图5悬浮式和支承式CFG桩复合地基基因破坏失去承载力，而悬浮式CFG桩复合地基沉桩土应力比一荷载水平曲线降仍呈线性变化。天然地基在失去承载力时的沉降量25．26mm，悬浮式CFG桩复合地基的沉降量