干拌水泥碎石桩单桩承载力特征值研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目()作者简介:任涛()男宁夏吴忠人高级工程师主要从事工程材料检测方面的工作:.引文格式:任涛.干拌水泥碎石桩单桩承载力特征值研究.铁道建筑技术():.干拌水泥碎石桩单桩承载力特征值研究任 涛(中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西西安)摘 要:基于有限元软件建立干拌水泥碎石桩与软弱路基相互作用数值模型研究干拌水泥碎石桩单桩承载力与桩身应力分布特征并分析桩径、桩间距、成桩挤密作用、桩土间接触状态等因素对单桩承载力影响规律 结果表明:干拌水泥碎石桩桩身轴向压力沿深度方向递减桩身侧摩阻力沿深度方向先减小后增大再减小最大值出现在距桩端约 部
2、位成桩挤密作用对干拌水泥碎石桩单桩承载力影响不大单桩承载力与地基土模量、路堤土模量和桩土间摩擦系数呈线性关系且桩土间摩擦系数对单桩承载力影响效果显著关键词:公路工程 干拌水泥碎石桩 有限元法 单桩承载力中图分类号:.文献标识码:./.(.):().:引言青海省软弱地基具有压缩性高、排水性差、固结困难、沉降量大等问题工后不均匀沉降容易造成路面开裂从而缩短公路的使用寿命严重影响道路的服务水平并使高速公路养护费用大大增加 例如 年 月期间青海省海东地区持续强降雨致使该地区某高速公路局部路段出现较大的路基沉降影响道路的正常通行 如何解决或加固已建成公路的软弱路基问题越来越受到公路管理部门的关注 干拌水
3、泥碎石桩是针对上述问题逐渐发展起来的一项公路路基非开挖快速加固技术可有效提高路基承载力减小不均匀沉降并且具有施工简便快捷、经济环保、交通影响小等优点早在 年初干拌水泥碎石桩已成功应用于处理陕西某高速公路路基沉陷问题并取得良好的加固效果 此后干拌水泥碎石桩的研究和应用逐渐受到关注 陈忠宇等人依托青海省牙同高速公路水毁修复完善工程采用复合模量法对干拌水泥碎石桩技术进行了深入研究提出了适用于青海省高速公路路基加固的干拌水泥碎石桩设计方法 尉海荣等人使用镁水泥取代普通硅酸盐水泥进行干拌水泥碎石桩研铁道建筑技术 ()任涛:干拌水泥碎石桩单桩承载力特征值研究究在高寒盐渍土区域取得了良好效果 随着计算机技术
4、的发展数值模拟方法也逐渐应用于地基处治的研究中并取得一定成果 张金保建立有限元模型分析了干拌水泥碎石桩加固效果的影响因素探讨了优化桩长和桩间距组合的方法尽管干拌水泥碎石桩的应用已较为广泛但针对其加固机理的研究仍存在一些问题:()计算干拌水泥碎石桩复合地基承载力时直接沿用碎石桩复合地基承载力特征值计算公式的合理性存疑()成桩时的挤密作用与单桩承载力之间有何联系?围绕上述问题依托青海某高速公路水毁修复完善工程数据建立有限元模型研究干拌水泥碎石桩的单桩承载力特征及其影响因素为青海地区公路软弱路基加固提供一定的参考 工程概况依托工程为青海省牙同高速公路 沉陷段路基宽.路堤高 现场钻探揭露深度内地层共两
5、层:()路堤回填土稍湿密实成分以砾石为主厚度()原地基土(非湿陷性黄土状土)黄褐色稍湿稍密成分以粉土为主厚度较大(未揭穿)该路段路基土含水量为.孔隙率为.总体含水量较大结构松散 由于路基强度不足在行车荷载作用下路基产生了不同程度的沉降 为加固该软弱路基拟采用干拌水泥碎石桩技术实现挤密桩周土体、降低路堤填土含水量、提高路基强度的目的 干拌水泥碎石桩的设计配合比(重量比)为碎石 石屑 水泥.有限元模型的建立及荷载分析本文主要研究干拌水泥碎石桩加固软弱路基时单桩承载力特征及其影响因素分析中考虑桩径、桩间距、成桩挤密作用(侧向挤压力)、桩土间摩擦系数等因素的影响 数值模型中干拌水泥碎石桩的桩径取 和
6、桩长深入原地面线以下 即 桩间距范围为.成桩时侧向挤压力范围为 桩土间摩擦系数范围为.数值模型干拌水泥碎石桩与公路路堤相互作用通常可沿横断面简化为平面应力问题 在有限元模型中路堤土/地基土采用摩尔 库伦弹塑性本构模型干拌水泥碎石桩采用线弹性本构模型相关材料参数见表 干拌水泥碎石桩和土体间为摩擦接触遵循摩尔 库伦摩擦准则其摩擦系数按式()估算 由表 参数可知干拌水泥碎石桩与路堤土和地基土的摩擦系数分别取.和.()式中:为桩土间的摩擦系数 为土体内摩擦角表 有限元模型参数层位材料重度/(/)黏聚力/内摩擦角/()弹性模量/回弹模量()/泊松比桩体干拌水泥碎石桩.路堤圆砾土.地基非湿陷性黄土状土.注
7、:()非湿陷性黄状土和圆砾土为回弹模量桩体为弹性模量根据对称性原理取半幅路堤进行分析建立如图 所示的干拌水泥碎石桩 公路路堤相互作用有限元模型 模型由 厚的地基、厚的路堤和若干 长的干拌水泥碎石桩构成 路堤顶面宽度为.边坡坡度.坡脚距地基右侧边缘.有限元模型边界条件:地基右侧边界约束法向位移地基和路堤左侧边界设对称约束地基底部约束水平向和竖向位移图 桩土相互作用模型.成桩挤密荷载干拌水泥碎石桩成桩时夯锤的冲击荷载使水泥 碎石混合料向两侧挤出对两侧土体施加挤密荷载从而在一定程度上提高了原地基土的强度 假设干拌水泥碎石桩成桩过程采用 的夯锤压实夯锤自由下落高度为 根据动量守恒定律夯锤的冲击力 可按
8、式()式()计算 夯锤与桩的作用时间 取.侧向力系数取.由此计算得到夯锤的竖向冲击荷载约为 侧向挤压力为.()()()式中:为夯锤质量()为夯锤速度(/)为夯锤的冲击力()夯锤与桩的作用时间()为下落高度()为重力加速度取./为夯锤自由下落时间()结果分析与讨论.干拌水泥碎石桩承载力及桩身应力分布特征本节不考虑成桩挤密作用通过对加固区内某一干铁道建筑技术 ()任涛:干拌水泥碎石桩单桩承载力特征值研究拌水泥碎石桩施加竖向荷载并使其产生 的沉降变形以研究单桩承载力及桩身应力分布特征 荷载 沉降曲线反映了干拌水泥碎石桩的工作状态是桩土体系的荷载传递、侧阻和端阻发挥效用的综合体现是桩身破坏机理和破坏模
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