高压旋喷桩复合地基竖向承载特性数值模拟研究.pdf
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1、江西建材规划设计与建筑922023年7 月高压旋喷桩复合地基竖向承载特性数值模拟研究刘振忠深圳市综合交通与市政工程设计研究总院有限公司,广东 深圳 518000摘 要:为优化高压旋喷桩复合地基在施工前后的竖向承载性能,文中以盐坝高速市政化改造工程为对象,通过模拟软件对高压旋喷桩复合地基进行三维建模,并从桩长、间距、强度、直径及垫层厚度5 个方面对高压旋喷桩复合地基进行沉降模拟。结果显示,高压旋喷桩复合地基各项参数中桩长、水泥土桩直径和桩间距对沉降的影响最为明显,桩长和水泥土桩直径与地基沉降量成反比,桩间距的大小与复合地基沉降量成正比。水泥土桩强度与垫层强度对沉降影响较小,主要荷载均由预制管桩所
2、承担。基于经济效益考虑,建议水泥土桩和垫层的强度选择区间分别为100200 MPa和100300 MPa。关键词:高压旋喷桩;沉降量;数值模拟;参数中图分类号:TU473.1文献标识码:B文章编号:1006-2890(2023)07-0092-04Numerical Simulation Study on Vertical Bearing Characteristics of High-pressure Rotary Pile Composite FoundationLiu ZhenzhongShenzhen Comprehensive Transportation and Municipal
3、 Engineering Design and Research Institute Co.Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518000Abstract:In order to optimize the vertical bearing capacity of high-pressure jet grouting pile composite foundation before and after construction,this paper takes the high-speed municipal reconstruction project of salt dam a
4、s the object,the 3D model of high-pressure jet grouting pile composite foundation was built by simulation software,the settlement of high pressure jet grouting pile composite foundation is simulated from five aspects of pile length,space,strength,diameter and cushion thickness,the pile length,the di
5、ameter of cement-soil pile and the distance between piles have the most obvious influence on the settlement of high-pressure jet grouting pile composite foundation,and the pile length and the diameter of cement-soil pile are inversely proportional to the settlement of foundation,the pile spacing is
6、proportional to the settlement of Composite Foundation.The strength of cement-soil pile and cushion has little influence on settlement,and the main load is carried by precast pipe pile.Considering the economic benefit,the strength selection interval of cement-soil pile and cushion is suggested to be
7、 100MPa-200MPa and 100MPa-300MPa respectively.Key words:High pressure rotary blast pile;Sedimentation volume;Numerical simulation;Parameter0 引言高压旋喷桩复合地基是一种结合了高压旋喷桩和地基处理技术的创新方法,广泛应用于土木工程中。它通过在地基中钻孔并注入水泥浆料,形成旋喷桩,从而改善地基的承载能力和稳定性1。高压旋喷桩复合地基作为一种新型的地基处理技术,近年来受到了广泛的关注和研究。目前,国内外学者在高压旋喷桩复合地基的性能研究、施工工艺优化、数值模拟
8、等方面取得了一系列成果2。关于高压旋喷桩复合地基的性能研究,主要通过现场和室内试验,对其承载力、变形特性、抗剪强度等进行深入分析,获取承载能力和变形特性的基本性能指标参数3。关于高压旋喷桩复合地基的施工工艺优化,学者们通过实际工程实践和试验研究,提出了一系列的施工工艺改进和优化方案,如针对旋喷桩的孔径和孔距等参数进行的设计优化4。对于高压旋喷桩复合地基的数值模拟研究,则是采用有限元方法模拟其在竖向荷载作用下的应力应变分布和变形特性,从而更加全面地了解高压旋喷桩复合地基的工作机理和性能特点5。尽管高压旋喷桩复合地基在实际工程中取得了显著的效果,但其机理和性能仍然需要深入研究和理解。需要关注的问题
9、包括高压旋喷桩复合地基的竖向承载特性、变形特性以及与周围土体的相互作用等6。基于此,本文依托盐坝高速市政化改造工程的相关资料,采用有限元软件对其竖向承载特性进行模拟研究,为高压旋喷桩的设计优化提供一定的理论依据。1 工程概况本研究以盐坝高速市政化改造工程为研究对象,项目沿线经过丘陵、洼地、山谷、建成区等,地形较为复杂;项目地表高程范围约为0300 m,高差起伏较大。该项目主线为城市快速路,设计速度80 km/h,双向六车道;辅路为单向2 或3 车道,设计速度为40 km/h;匝道为单车道或双车道,设计速度采用40 km/h或30 km/h。该项目主要改造路段为大梅沙段、小梅沙段、葵涌段。2 模
10、型建立2.1 参数设置为对高压旋喷桩复合地基进行模拟研究,采用模拟软件对作者简介:刘振忠(1971-),男,广东翁源人,本科,高级工程师,主要研究方向为公路与城市道路咨询设计。江西建材规划设计与建筑932023年7 月其进行三维建模,将模型尺寸设置为110 m20 m40 m,并在模型侧面和底部设置约束,整个模型共包含59 383 个单元和114 037 个节点。其模型示意图如图1 所示。图1 模型示意图模型路堤高度设置为7.4 m,将路面宽度设置为12.5 m,整个路面坡度设为1.2 并包含0.4 m厚的碎石土垫层,该垫层采用土工格栅进行加筋处理用以提高地基的稳定性。路基采用高压旋喷桩进行加
11、固,控制桩长和桩间距、水泥土桩直径和强度以及垫层为变量,其中,初始高压旋喷桩桩长设置为24 m,各桩之间初始距离设置为2.5 m,桩体类型包含水泥土桩和预制管桩,两种桩的半径分别为0.5 m和0.2 m。其中,预制管桩弹性模量设置为3.6104 MPa,泊松比设置为0.17,水泥土桩的初始弹性模量设置为120 MPa,泊松比设为0.22。2.2 荷载及工况设置由于本次模拟对象为盐坝高速市政化改造工程,在运行时,上部存在车辆荷载。依照相关规范,路基处的竖向荷载考虑到车辆运行等作用,将其设计为凹形均布荷载。在此次模拟中,均布荷载分布宽度设计为3 m,线间荷载设为14.1 kN/m2,均布荷载总值为
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