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原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行完 成研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者: 旁夔午 1 7 t ;l | | 1 :如p 年r l e l 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索,可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然是郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文懈荡灾年 胁汕矽年f 月 摘要 摘要 最近几十年来,复合地基理论与技术快速发展,目前复合地基已经广泛应 用于各类工程之中。复合地基形式多种多样,其中c f g 桩复合地基由于其经济、 施工方便、利于环保等优点,在工程中应用较多。由于复合地基的复杂性、不 同复合地基的受力机理不同等因素,人们对复合地基的认识还不完善,尤其是 对复合地基变形问题认识还较粗浅,目i j 还主要以经验为主。为了促进复合地 基的发展,需要对复合地基变形展丌进一步的研究。 通过c f g 桩复合地基工程现场分层沉降试验实例,对复合地基变形问题展 开研究。首先,对复合地基现有变形计算模式做了总结,并应用这些变形计算 方法对实例工程进行计算,计算过程中分别对加固区和下卧层变形做了计算。 这些方法包括规范法、复合模量法、应力修正法、改进的应力修正法、桩身压 缩量法( e p ) 等。然后,采用数值计算方法对试验工程进行了模拟分析,得到 了比较详细的变形数据。最后,将各种计算方法和数值方法计算的结果与试验 结果对比分析,包括加固区、下卧层和总变形三方面的对比分析。结果表明, 规范法、e p 法、数值计算的结果,加固区变形和下卧层变形占总变形的比例与 实测结果中所占的比例比较接近,经相同的变形经验系数调整后,规范法计算 的变形量最大,即最保守:e p 法和数值模拟结果次之。 在变形计算和模拟过程中对复合地基变形计算深度、桩土应力比、压力扩 散角等做了研究,并着重对变形经验系数。做了分析研究,对其取做范围做了 延伸,延伸至压缩模量当量值为2 8 5 m p a 时, l - - - - - 0 0 8 。 关键词:复合地基;变形;c f g ;分层沉降;实证研究 ab s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n td e c a d e s ,c o m p o s i t ef o u n d a t i o nt h e o r ya n dt e c h n o l o g yd e v e l o p e df a s t , n o wc o m p o s i t ef o u n d a t i o ni s w i d e l yu s e di nv a r i o u st y p e so fe n g i n e e r i n g t h e c o m p o s i t ef o u n d a t i o nf o r m si sv a r i o u s ,c f gp i l ec o m p o s i t ef o u n d a t i o nw h i c h b e c a u s eo fi t s e c o n o m i c ,c o n v e n i e n tf o rc o n s t r u c t i o n ,e n v i r o n m e n t f i e n d l y ,i ti s w i d e l yu s e di ne n g i n e e r i n g a l t h o u g ht h ef o u n d a t i o nt h e o r e t i c a li sr e s e a r c h e dm o r e a n dc o m p o s i t ef o u n d a t i o nt e c h n o l o g yh a sm a d e g r e a tp r o g r e s sp r e s e n t ,h o w e v e r ,d u e t ot h ec o m p l e x i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o na n dd i f f e r e n tc o m p o s i t ef o u n d a t i o nh a v e d i f f e r e n ti n f l u e n c ef a c t o r s ,p e o p l ek n o wl i t t l eo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n ,e s p e c i a l l yt h e d e f o r m a t i o no fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw h i c hs t i l l m a i n l yb a s e do ne x p e r i e n c e t h e r e f o r e ,t op r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n ,w en e e df u r t h e r r e s e a r c ha b o u td e f o r m a t i o no fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n t h r o u g hal a y e rs e t t l e m e n tt e s ti n s t a n c eo fac f gp i l ec o m p o s i t ef o u n d a t i o n , t h i sp a p e rr e s e a r c ht h ed e f o r m a t i o no fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n f i r s t ,s u m m a r i z e d e x i s t e dd e f o r m a t i o nc a l c u l a t i o nm e t h o d so fc o m p o s i t e f o u n d a t i o n ,u s e dt h e s e d e f o r m a t i o nm e t h o d sc a l c u l a t et h e e n g i n e e r i n g o ft e s t ,a n dc a l c u l a t i e dt h e r e i n f o r c e m e n ta r e aa n dt h eu n d e r l y i n gl a y e rd e f o r m a t i o nr e s p e c t i v e l y t h em e t h o d s i n c l u d et h es t a n d a r dm e t h o d ,t h em o d u l u sm e t h o d ,t h es t r e s sc o r r e c t i o nf a c t o r m e t h o d s ,t h ee sc o r r e c t i o nm e t h o d ,t h ec o m p r e s s i o nm e t h o do fp i l e ,t h en u m e r i c a l m e t h o da n ds oo n t h i sp a p e ra l s ou s e dn u m e r i c a lm e t h o d ss i m u l a t et h e e x p e r i m e n t a le n g i n e e r i n g ,a n dg o tm o r ed e t a il e dd a t ao fd e f o r m a t i o n t h i sp a p e r a n a l y z et h ev a r i e t yo fc a l c u l a t i o nm e t h o d s ,n u m e r i c a lm e t h o d sa n de x p e r i m e n t a l r e s u l t s ,f r o mt h er e i n f o r c e da r e a ,u n d e r l y i n gl a y e ra n dt o t a ld e f o r m a t i o nt h r e ea s p e c t s t h es t a n d a r d m e t h o d ,e pm e t h o d ,n u m e r i c a lc a l c u l a t e r e s u l t sa st h er a t i oo f r e i n f o r c e da r e aa n du n d e rl y i n gd e f o r m a t i o ni nt o t a ld e f o r m a t i o ni sc l o s et ot h et e s t r e s u l t s ,t h er e s u l to fs t a n d a r dm e t h o di st h em a x i m u mo n e ,a n d f o l l o w e db ye p m e t h o da n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ,a f t e ra d j u s t e db yt h es a m ed e f o r m a t i o n f a c t o ro fe x p e r i e n c e d i nt h i sp a p e r , t h r o u g ht h ed e f o r m a t i o nc a l c u l a t i o na n ds i m u l a t i o n ,r e s e a r c h e dt h e d e p t h o fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n d e f o r m a t i o n ,p i l e s o i l r a t i oo f s t r e s s ,p r e s s u r e a b s t r a c t d i f f u s i o na n g l e ,a n df o c u so nt h ed e f o r m a t i o ne x p e r i e n c ef a c t o r ,e x t e n s i o ni t ss c o p et o 0 0 8w h e nm o d u l u so f c o m p r e s s i b i l i t yi s 2 8 5 m p a k e yw o r d s :c o m p o s i t ef o u n d a t i o n ;s e t t l e m e n t ;c f g ;l a y e r i n gs e t t l e m e n t ;e m p i r e c a l r e s e a r c h 目录 目录 摘要1 a b s t r a c t i i 目录i v l绪 仑1 1 1 复合地基概述1 1 2 复合地基的发展及分类2 1 3 复合地基研究现状4 1 4c f g 桩复合地基研究现状6 1 5 研究背景及意义7 1 6 本文主要工作8 2 c f g 桩复合地基变形计算9 2 1 加固区变形计算方法9 2 1 1规范法9 2 i 2 复合模量法( e c 法) 10 2 1 3 应力修正法( e s 法) 一i 0 2 1 4 改进的e s 法10 2 1 5 桩身压缩量法( e p 法) l i 2 2 下卧层变形计算方法14 2 2 1压力扩散法15 2 2 2 等效实体法15 2 2 3 改进g e d d e s 法16 2 3 小结17 3c f g 桩复合地基分层沉降试验研究l8 3 1 工程概况18 3 2 试验设计1 9 3 3 分层沉降原理。2 4 1 v 目录 3 4 分层沉降监测及成果2 5 3 5 小结2 9 4c f g 桩复合地基变形计算分析3 0 4 1 规范法3 0 4 2 复合模量法( e c 法) 3 6 4 3 应力修正法( e s 法) 4 0 4 4 改进的e s 法4 2 4 5 桩身压缩量法( e p 法) 4 2 4 6 下卧层变形计算压力扩散法4 5 4 7 计算结果对比分析4 8 4 8 小结5 0 5 c f g 桩复合地基变形数值计算分析5 2 5 1 有限元基本原理5 2 5 2c f g 桩复合地基变形有限元分析5 3 5 2 1 模型建立一5 3 5 2 2 单元划分5 4 5 2 3 荷载及结束处理5 5 5 2 4 初始应力处理。5 5 5 2 5 有限元模拟结果及分析。5 6 5 3 计算模拟对比分析6 6 5 4 j 、结6 9 6 结论与展望7 l 6 1 结论7 l 6 2 展望7 1 参考文献7 3 致谢7 6 个人简历7 7 在学期间发表的学术论文及研究成果。7 7 v 绪论 1绪论 1 1 复合地基概述 地基定义为“支撑基础的土体或岩体 ,英文f o u n d a t i o ns o i l s :基础定义“将 结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分”,英文f o u n d a t i o n 【l 】。地 基的安全将直接关系到建筑物的安全。这罩地基主要指天然地基。 复合地基定义“部分土体被增强或被置换,而形成的由地基土和增强体共 同承担荷载的人工地基。 英文c o m p o s i t ef o u n d a t i o n t 。所以复合地基指的是人 工地基。 地基伴随人类文明的发展而存在。从最初的简单茅草房到现代美轮美奂的 各式各样建筑,人类文明发生了巨大变化,而地基也从天然地基发展到了各种 材料各种形式的人工地基。 地基从整体方面可以分为天然地基和人工地基两类。在天然地基不能满足 使用要求的情况下,就需要对天然地基进行人工处理,以满足工程需要,也就 形成了人工地基。人工地基从总体上又可以分为桩基和复合地基两类( 此处桩基 指竖向增强体复合地基,本文研究不讨论水平向增强体复合地基) 。通过预压、 强夯、换填法等形成的土质改良地基,虽然也是人工地基的一种,但是其工作 性状与天然地基一样,所以仍然可以将其分类为天然地基之内。 桩基设计思想是由人工形成的各种材料、各种形状、各种性能的桩来承担 设计荷载,取代天然地基。 复合地基设计思想是充分考虑增强体和天然地基的承载能力,不是单纯的 依靠增强体或者天然地基去承受荷载,而是使两者的性能都发挥出来,共同去 承担上部荷载,所以复合地基较桩基和天然地基,从设计思想看上是先进的。 从投资方面讲复合地基是较经济合理的,这也与国家和社会所提倡的节能减排 相一致的。 所以地基中桩间土体是否参与承担荷载,是桩基与复合地基的本质区别。 所以复合地基的本质就是桩体与桩间土体直接同时承担荷载。 复合地基中桩体和桩问土体能否共同直接承担荷载是判断复合地基是否设 置成功的标准,也就是基础下设置桩体,实际受力时桩体与桩间土体是否共同 承担荷载是有条件的。复合地基设计需要综合考虑桩体材料、桩体模量、桩间 绪论 及桩端土体模量、是否设置褥挚层及其模量等多种因素。只有做到合理的设计, 桩体与桩间土体才能同时承担上部荷载。在实际工程中如果不能满足复合地基 的条件,而以复合地基理论进行设计,把不能直接承担荷载的桩间土承载力计 算在内,就高估了地基的实际承载能力,是偏于不安全的,可能引发工程事故, 所以应引起重视f 2 1 。 复合地基的形式、增强体的材料及其施工方法等对复合地基的效用产生影 响,复合地基的效用主要有下述五个方面,具体某一复合地基可能只具有一种 或多种作用: 桩体作用 垫层作用 振密、挤密作用 加速固结作用 。加筋作用 1 2 复合地基的发展及分类 复合地基概念形成于2 0 世纪6 0 年代,之后许多地基处理方法及理论依据 都是建立在此基础之上。最早用于砂桩加固地基的分析,之后广泛地应用于土 桩、石灰桩、碎石桩、深层搅拌桩等地基处理理论的分析之中1 3 】1 4 】1 5 】【6 】。 相比较而言,复合地基理论远远落后于工程实践。实际上地基处理历史悠 久,浙江余姚市河姆渡出土的文物研究表明,我们的祖先在7 0 0 0 多年前己经采 用木桩加固沼泽地基建造干拦式建筑。2 0 0 0 多年前,石狄就已经被应用于基础 颦层之中,对天然地层进行处理【7 1 。 而现代的复合地基技术是在工程实践的基础上总结和发展起来的。1 9 世纪 3 0 年代,欧洲出现用砂桩处理地基方法,这应该就是现代复合地基技术的起源。 2 0 世纪5 0 年代砂桩技术引入我国,在工业与民用建筑、交通、水利等工程中都 得到应用。近2 0 年来,砂桩在加密松散砂土地基、软粘土地基及防止砂土液化 方面得到了一定应用,解决了许多工程问题。 改革开放以后我国逐步引进碎石桩等多种地基处理新技术,同时复合地基 概念也引入我国。1 9 9 0 年在河北承德,召开了我国第一次以复合地基为专题的 学术研讨会;1 9 9 6 年在浙江大学召开了全国复合地基理论和实践学术讨论会, 2 绪论 促进了复合地基理论和实践水平的提高。 复合地基由于其造价、受力合理等优点,在国内外都受到了广泛的关注。 短短5 0 年左右的时间,复合地基理论和技术日臻完善,相互促进,已经广泛应 用于土木建筑、水利水电、公路交通、机场和铁路等领域内。 复合地基理论与复合地基技术都是不断发展的,随着复合地基技术在工程 建设中推广应用,复合地基概念和理论也得到了较大的发展。随着深层搅拌桩 加固技术在工程中的应用,形成了水泥土桩复合地基的概念。碎石桩是散体材 料桩,而水泥搅拌桩是黏结材料桩。伴随着低强度桩复合地基和长短桩复合地 基等新技术的应用,逐步形成了刚性桩复合地基概念。如果将碎石桩等散体材 料桩形成的复合地基定义为狭义复合地基,那么则可以将散体材料桩、各种刚 度的黏结材料桩形成的复合地基以及各种形式的长短桩复合地基定义为广义复 合地基。 复合地基发展至今,复合地基形式已经多种多样,不同的学者对复合地基 的分类认识也有差异。 龚晓南根据竖向增强体的性质,将复合地基分为3 类1 8 l : 1 ) 散体材料桩复合地基,如砂桩、碎石桩、矿渣桩、渣土桩复合地基; 2 ) 柔性桩复合地基,如土桩、石灰桩、灰土桩、水泥土桩c f g 桩复合地基; 3 ) 刚性桩复合地基,如混凝土疏桩、小桩复合地基。 叶书麟则把复合地基按成桩材料分为如下3 类【9 】: 1 ) 散体土类桩复合地基,如碎石桩、砂桩复合地基; 2 ) 水泥土类桩复合地基,如水泥土搅拌桩,旋喷桩复合地基; 3 ) 混凝土类桩复合地基,如树根桩、c f g 桩复合地基。 目前复合地基出现了桩网复合地基、长短桩复合地基、不同桩长和桩径的 多元复合地基等复合地基新形式。比较合理的一种复合地基分类方法如图1 1 所 示l l o 】: 绪论 复合地基 桩式复合地基 散体桩复合地基 柔性桩复合地基 l 竺薯篡薹合地基 层式复合地基 兰孽蓁蒌 图1 1 复合地基分类 广刚性基础 l 柔性基础 厂刚性基础 l 柔性基础 厂刚性基础 l 柔性基础 目前复合地基仍在不断发展之中,复合地基理论与应用研究出现了许多新 方向,影响着复合地基设计理念的不断变化,成为复合地基发展的新趋向,如 下所示: 多元复合地基 地基处理方式与施工过程的密切结合 工中与工后加固方式的有机结合 提高承载力与减小变形相结合的设计理念 数值计算方法与经验相结合,相互促进 变形计算方法的进步 动力特性分析 1 3 复合地基研究现状 阎明礼对c f g 桩复合地基做了较系统的研究,对其工作机理和设计方法做 4 础础础础础础基基基基基基性性际性性际刚柔实刚柔实 、-,l厂l 基 基 地 地 合 合 复 复 元 元 多 多 式 式 桩 桩 桩 层厂,弋l 基 地 厶u复 元 多 绪论 了全面的阐述j 。 池跃君研究了桩土垫层相互作用,分别建立了桩体、桩间土体和桩端土体 的沉降计算模型,假定桩土界面间摩阻力与其相对位移为理想弹塑性关系,提 出复合地基沉降计算的解析方法i i2 1 。 葛忻声建立了刚性桩复合地基整体弹塑性模型,分析了结构刚度、桩土模 量比、置换率、挚层等因素对复合地基应力及变形的影响规律【1 3 】。 王宁伟对散体材料桩和刚性桩复合地基作了较系统的研究,分别给出了天。 然地基和碎石桩复合地基的液化判别公式;依据大量工程实例,作者给出了碎 石桩复合地基变形模量和桩体承载力的工程评价方法。通过对c f g 桩复合地基 的实验研究,作者给出了桩土应力比和荷载分担比的变化规律;通过数值模拟 作者对c f g 桩复合地基进行了更深入的研究,得出c f g 桩复合地基沉降主要是 由桩端沉降引起的,且挚层的变形可以忽略之结论。同时作者对复合地基抗震 性能作了一定的研刭1 4 1 。 张爱军比较系统、全面、深入的研究了复合地基优化理论及其措施。根据 桩、土和挚层( 或承台) 的变化及其相互影响的特性,从桩型组合、施工控制 和加固处理等方面综合考虑了复合地基的优化,全面归纳了各种技术措施。通 过a d i n a 数值软件,较深入的研究了桩土应力比、极限承载力和承载力特征值等 重要指标;比较了层式和桩式复合地基的的差异;以无砂混凝土小桩复合地基 为例,对其施工过程进行优化,分析了施工顺序对复合地基性能的影响;分别 对复合地基工后处理的浅层加固法和深层后灌浆技术进行了优化研究i l o l 。 孙林娜分别对散体材料桩、柔性桩、刚性桩复合地基做了较深入的研究, 从其工作机理、附加应力分稚和沉降计算方面做了具体研究。根据按沉降控制 的复合地基设计思路,结合最优设计理论,依据具体变量,确定了自己的优化 目标函数,并分别用碎石桩、水泥土挠拌桩、刚性桩复合地基具体工程优化实 例,对提出的优化设计方法做了验证,起到优化作用i ”l 。 张明远依据复合地基理论,对长短桩复合地基承载力和沉降计算方法进行 了研究,并结合工程实例对其应用范围做了归纳,对其可靠性做了验证。基于 有限元理论,建立了c f g 单桩和长短桩复合地基模型,系统的研究了桩土模量 比、挚层、置换率等因素对其特性的影响,探索了其中的规律。利用智能方法, 分别对复合地基承载力和沉降预测做了研究,并提出了单桩承载力和沉降预测 模型【1 6 】。 绪论 傅少君对岩土工程的基本问题、基础知识做了比较系统的、全面的、分析。 深入的研究了土的非线性弹性、弹塑性、粘塑性本构模型,及薄弱面、锚固支 护和加锚节理的模型。从控制方程出发,比较详细的、系统的分析研究了有限 元的基本原理及自适应技术,以及有限元在岩土工程非线性弹性分析、弹塑性 分析、粘一塑性分析和固结沉降分析中的方法和步骤。基于有限元系统的研究 了人工智能反分析原理及应用,开发了岩土结构仿真反馈分析系统,并用工程 实例做了验证l l 。 董必昌对土木工程界当前研究热点,非连续介质单元即接触单元,从其力 学机理及计算方法方面做了深入的研究。对岩土工程两个重要研究方向,即复 合地基与边坡进行了仿真研究,并将接触单元引入仿真分析过程中。探讨了复 合地基仿真中接触单元参数取值的一般规律,及复合地基沉降影响因素,即桩、 土、挚层各参数对复合地基沉降的影响规律。对于边坡稳定分析,基于局部破 坏理论,提出了接触面强度参数折减系数法。并用实例分别对复合地基和边坡 理论做了验证p j 。 朱奎从现场实验、数值分析、理论研究三方面,对刚柔性桩复合地基做了 较系统、深入的研究。将这一组合式复合地基中的刚性桩和柔性桩的工作性状, 分别与刚性桩复合地基和柔性桩复合地基中桩的工作性状做了对比,研究了工 作机理及工作性状的影响因素。另外也对刚柔性桩复合地基荷载分担比、复合 模量、沉降计算和设计等方面做了研究【1 8 】。 1 4c f g 桩复合地基研究现状 c f g 桩( c e m e n tf l y a s hg r a v e lp i l e ) 是水泥粉煤狄碎石桩的简称。它是刚 性桩复合地基中较常用的一种桩型,由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌 和而成,与素混凝土桩相比,粉煤灰取代部分水泥,节约能源,经济合理。目 前c f g 桩复合地基技术已经比较成熟,广泛应用于工程之中,经济社会效益显 著。 c f g 桩复合地基具有以下几点鲜明的工程特性: 承载力提高幅度大,可调性强; 适用范围广; 刚性桩性状明显; 6 绪论 桩体有排水作用; 时间效应明显; 阎明礼通过室内模型试验和现场原位试验,对c f g 桩复合地基褥垫层作用、 桩土荷载分担及桩土应力比、复合地基变形性状等进行了研究【侈】。 池跃君通过现场试验,测得了刚性桩复合地基各土层的变形量、桩上、下 刺入量、桩身轴力、桩侧摩阻力,并对桩土荷载分担比、桩土应力比、加固区 和下卧层复合地基变形等进行了研究【2 0 l 。 代辉通过复合地基现场分层沉降试验,对郑州地区的c f g 桩复合地基变形 特性及规律做了比较深入的研究【2 i j 。 张小平对粉煤灰桩等柔性桩复合地基应力传递做了研究,分析了桩身摩阻 力分布规律,通过简化桩侧摩阻力分布形式,用m i n d l i n 解推导出复合地基中附 加应力计算公式【2 2 1 。 张忠苗利用m i n d l i n 解与b o u s s i n e s q 解求出柔性承台下复合地基中的附加应 力,并利用小孔扩张理论计算出桩体的上刺入量,又对分层总和法变形计算进 行了修正1 2 3 1 。 张小敏通过对桩土挚层相互作用进行分析,研究了刚性桩复合地基的沉降 特性,依据g e d d e s 解和m i n d l i n 解求出考虑刺入变形的复合地基中竖向附加应 力,得到复合地基变形计算方法【2 4 1 。 池跃君,宋二祥利用有限元程序,分析了刚性桩复合地基在竖向荷载下的 应力、变形等特性,并研究了桩身轴力、基础变形等与挚层厚度、挚层模量、 桩长、土体模量等因素之间的变化规律【2 5 】。 李明宇通过试验和有限元分析,对静压长短桩复合地基的承载性状进行了 分析,深入研究了影响静压长短桩复合地基承载力的因素及变化规律【2 6 1 。 1 5 研究背景及意义 复合地基发展至今,虽然取得了比较大的进步,但是复合地基理论并不是 十分完善,仍然存在许多问题,其受力、变形机理等还不能被人们熟悉和掌握, 有时还需要更多的依靠经验来处理和判断。 复合地基中应力和位移一直是研究的两个主要方向,应力场状态决定其位 移状态,正确的分析复合地基中桩、土应力是正确分析复合地基变形的重要酊 7 绪论 提。现实是,目前人们对复合地基中桩、土及垫层相互作用的认识还不够深入, 至使复合地基变形计算只能依据经验及半经验公式做粗略的估算。目前,现有 的变形计算方法尚不能很好的解决这一问题,所以仍需要做复合地基变形方面 的研究。 f 确的计算和把握复合地基变形,可以防止变形过大给工程和社会带来不 必要的损失,节约投资等。现在复合地基研究新方向之一是复合地基变形控制 的优化设计,这就要求更准确地计算和预测复合地基变形,才能更好的进行优 化设计。 c f g 桩复合地基是刚性桩复合地基的一种,目前应用范围广泛,所以有必 要对其变形进行深入的研究。 1 6 本文主要工作 基于郑州地区某一工程分层沉降试验实例,分析研究c f g 桩复合地基加固 区和下卧层沉降规律。对现有复合地基变形计算方法进行总结,采用现有方法 分别计算加固区和下卧层变形,并通过有限元数值模拟加以核验,然后与实验 结果对比分析,研究c f g 桩复合地基变形规律。对影响复合地基变形的复合模 量、桩土应力比、加固区压力扩散角、计算深度等重要参数进行研究,并着重 对郑州地区适合c f g 桩复合地基变形经验系数缈。进行研究。 8 c f g 桩复合地基变形计算 2c f g 桩复合地基变形计算 复合地基加固区由于人工设置了增强体,加固区增强体与土体相互作用, 使得加固区的变形与下卧层没有受扰动土体变形产生明显差异。所以复合地基 变形计算,一般加固区和下卧层分开进行。复合地基加固区变形量s l ,地基压 缩层厚度内下卧层变形量记为s 2 。在荷载作用下复合地基的总变形量s 为两部 分之和,一即 s = s + 是 ( 2 1 ) 2 1 加固区变形计算方法 现有的c f g 桩复合地基s i 计算方法主要有:规范法、复合模量法( e 。法) 、 应力修f 法( e s 法) 、改进的e s 法,这几种方法总的来说都为模量法,只是采 用不同的模量修j 下方法而已,还有桩身压缩量法( e p 法) ,另外下卧层计算还有 压力扩散法、等效实体法、改进g e d d e s 法等。 2 1 1 规范法【l 】 由于规范法相对简单,使用方便,所以目前应用较多。计算时复合土层与 天然地基相同,复合土层模量等于该天然地基模量的 倍,计算式为: s = 虮s = 缈。【艺带夏印赢铂) + 主争( 砒一孔,) 】( 2 2 ) j = 1 , 巳1 1 ,- 凡+ l - ” 式中惕加固区范围内土层分层数; 沉降计算深度范围内土层总的分层数: 阮对应于荷载效应准永久组合时,基础底面处的附加应力,k p a ; 巨,基础底面下第f 层土的压缩模量,m p a ; 刁、刁i 基础底面至第f 层、第f 一1 层土底面的距离,m : 口,、口基础底面计算点至第f 层、第i - 1 层土底面范围内平均附加应 力系数; - - 丛要求,式中舔为计算深度向上取厚度为a z 的 土层计算变形值,如表4 5 胼示: 表4 5 止 6 ( m ) b 22 b 44 - a s ;要求,式中为计算深度向上取厚度为a z 的 土层计算变形值,由表5 3 6 确定为1 o m 。 z f = 5 4 m ,z b = 5 4 1 4 6 = 3 6 9 9 ,口= o 1 2 6 1 , “:丛忽:3 3 0 x ( 0 = 1 2 6 1 + 0 1 2 2 0 ) 1 :1 6 m m ;“ e ; 2 4 9 9 2 0 0 2 5 a s i = o 0 2 5 1 4 5 7 = 3 5 m m 1 6 m m = a s :,所以满足计算要求,即沉 降计算深度取为5 5 m 。 4 3 应力修正法( e s 法) 由应力修正法公式2 6 知,应力修正法的关键是桩土应力比行的确定。 由于c f g 桩复合地基受力的复杂性,要精确计算桩土应力比是比较困难的, 4 0 c f g 桩复合地基变形计算分析 且复合地基中桩土应力比是随着荷载水平、褥挚层模量、褥挚层厚度、桩土模 量比、置换率、桩长径比等因素变化的,所以需要一定的经验来判断和确定桩 土应力比【2 0 】。 2 0 0 4 年李洪文c f g 桩复合地基工作性状研究一文中,通过数值模拟对 桩土应力做了研究。依此确定工程的桩土应力比玎在2 0 左右1 4 5 1 。 2 0 0 7 年代辉( ( c f g 桩复合地基变形计算问题研究一文中,进行沉降计算 时取桩土应力比胛= 2 5 1 2j 】。 2 0 0 4 年何结兵( c f g 桩复合地基桩土应力比数值分析一文中,得到结论为: 正常使用荷载下,c f g 桩复合地基桩土应力比玎取值在2 0 - - - 3 0 之削4 6 1 。 2 0 0 7 年贾志刚( c

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