柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基变形与承载特性研究

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随着我国沿海软土地区高速公路的快速发展,水泥搅拌桩作为一种软土地基加固技术被广泛采用。水泥搅拌桩具有施工速度快、成本低等优点,能有效提高复合地基的承载力,减小地基的沉降,加快地基土的固结。
  目前,关于刚性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的沉降、固结以及承载力等问题研究的较多,而对柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的相关问题研究较为缺乏,其中依然存在一些问题需要研究解决。
  本文以高恩高速为依托,通过现场试验和长期监测数据,并结合理论分析,对柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的沉降量、固结度以及承载力的计算问题进行了探讨,并提出了改进的计算方法。本文主要研究成果如下:
  (1)针对柔性荷载与刚性荷载之间的差异,分析了柔性荷载作用下的桩土相互作用形式,推导了考虑桩土相互作用的柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基总沉降计算公式,总结了柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基总沉降计算方法,并通过工程实例进行了验证。
  (2)将桩周土和水泥搅拌桩简化为各向同性的弹性体,在只考虑竖向变形的条件下,采用等应变假设,推导了柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的固结控制方程,并参考变荷载下双层地基一维固结理论,求出固结控制方程的解析解,并通过工程实例进行验证。
  (3)研究了水泥搅拌桩施工对桩周土承载力的影响,通过工程实例确定了桩周土承载力修正系数α的取值并验证了其在计算水泥搅拌桩复合地基承载力时的必要性。
  (4)通过水泥土室内配合比试验,分析了水泥掺量和养护龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响,并通过水泥搅拌桩现场无侧限抗压试验确定水泥搅拌桩的最佳水泥掺量为18%。
  (5)对柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的变形(包括总沉降、分层沉降、深层水平位移)和应力(包括桩土应力比、荷载分担比、水泥搅拌桩竖向应力、超静孔隙水压力)进行了长期的监测和分析,得到了填筑过程中水泥搅拌桩复合地基变形和应力的变化规律。
  (6)运用数值模拟研究了桩间距、桩体弹性模量以及桩体泊松比对水泥搅拌桩复合地基受力和变形的影响,结果表明桩间距和桩体弹性模量对水泥搅拌桩复合地基的受力和变形影响较大,而桩体泊松比影响较小。数值模拟得到的不同柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基的变形量,与本文推导的总沉降计算方法得到的结果进行了对比,两者偏差在6.5%以内,从而进一步验证了本文所提出的沉降计算方法适用于柔性荷载作用下水泥搅拌桩复合地基沉降的计算。
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