柔性長短樁復(fù)合地基工程特性有限元分析

長短樁樁復(fù)合地基、長短樁基技術(shù)——利用剛性長樁與剛性、半剛性或柔性短樁相結(jié)合對地基進行的綜合處理　　　　長短樁復(fù)合地基在有效減小建筑物沉降量的同時，可降低基礎(chǔ)沉降差，使基礎(chǔ)受力更均勻；　　　　另外，由于長樁的存在，可使淺層土應(yīng)力減少、較...

文章通過一個具體工程實例對cfg樁復(fù)合地基的應(yīng)用進行了說明,并結(jié)合非線性有限元程序vfeap對cfg樁的工作特性進行了數(shù)值模擬。計算結(jié)果表明,采用該有限元方法所得的計算結(jié)果與實測結(jié)果相吻合。除此之外還發(fā)現(xiàn),當(dāng)荷載比較小時,復(fù)合地基沉降基本為線性;當(dāng)荷載超過一定的水平時,墊層內(nèi)部、樁端、樁頂開始出現(xiàn)塑性區(qū)域,土體變形加大,復(fù)合沉降也開始出現(xiàn)非線性增加;cfg樁存在臨界樁長,樁身應(yīng)力、樁身位移的變化主要集中在臨界樁長范圍之內(nèi)。

以樁土相互作用理論和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用實體建模對長短樁復(fù)合地基進行建模,通過接觸單元模擬樁基與土體、褥墊層與土體之間的摩擦作用,借助midas/gts有限元軟件對長短樁復(fù)合地基進行數(shù)值模擬,分析討論長短樁的長細比、樁間距等對不同加固區(qū)沉降的影響。研究結(jié)果表明:長樁的長細比較短樁的長細比對加固區(qū)和下臥層的變形的影響要大,土體的豎向沉降量符合雙曲線模型,而土體的豎向應(yīng)力符合半拋物線模型。

結(jié)合工程實際,運用大型有限元分析軟件ansys分析了不同樁長、不同樁土模量比和不同樁間距情況下高壓旋噴樁復(fù)合地基的承載特性.結(jié)果表明,該地基存在有效樁長,當(dāng)樁土模量較合適時,該地基能夠發(fā)揮最大作用;同時運用ansys優(yōu)化功能,得出了最優(yōu)樁長、最優(yōu)樁體彈性模量和最優(yōu)樁間距,為實際工程提供一些參考.

為深入分析路堤下cfg樁復(fù)合地基的承載特性,基于某路堤工程背景建立了cfg樁復(fù)合地基的平面有限元分析模型。模型采用導(dǎo)入初始地應(yīng)力法模擬了初始應(yīng)力場,利用\"生死單元法\"模擬了路堤分層填筑過程。有限元計算與實測曲線的對比驗證了有限元模型及參數(shù)的正確性與合理性,并以此為基礎(chǔ)分析了cfg樁復(fù)合地基的應(yīng)力及變形,最后對cfg樁復(fù)合地基承載特性的相關(guān)影響因素進行了探討,獲得了一些有益結(jié)論,對實際工程具有一定的參考意義。

該工程位于河南省鄭州市中牟縣,總建筑面積約11萬m~2。因原場地開發(fā)已按照原建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成了預(yù)應(yīng)力管樁的施工,新建建筑根據(jù)施工現(xiàn)場、場地地質(zhì)情況和設(shè)計要求等,選擇采用長樁與短樁相結(jié)合的方法對地基進行處理。通過本工程的設(shè)計和施工實踐,驗證了長短樁復(fù)合地基設(shè)計方案的合理性。

螺桿型長短樁復(fù)合地基的應(yīng)用——本文主要介紹了工程的概況、螺桿型長短樁復(fù)合地基的原理、設(shè)計、施工工藝和效果分析。

研究目的:路堤荷載下長短樁復(fù)合地基的工作機理十分復(fù)雜,有關(guān)設(shè)計、計算的研究成果較少,為更好地推廣這種復(fù)合地基,須深入研究該復(fù)合地基的工作性狀。本文通過現(xiàn)場試驗,分析長短樁復(fù)合地基沉降特性,并采用數(shù)值模擬的方法探討樁長變化對復(fù)合地基沉降和承載特性的影響。經(jīng)對比分析,驗證模型的正確性和參數(shù)的合理性。研究結(jié)論:(1)路堤荷載下長短樁復(fù)合地基沉降過程分為三個階段:快速發(fā)展階段的沉降占總沉降的59.2%~62.5%;緩慢發(fā)展階段為靜置期前45d,沉降占總沉降的28.1%~33.3%;穩(wěn)定階段為靜置期45d之后的沉降,約占總沉降的7.5%~9.45%;(2)路基基底沉降沿橫斷面呈近似盆狀分布,中心線處最大,坡腳處最小;長樁設(shè)計時應(yīng)綜合考慮短樁長度、下臥層剛度等因素,短樁設(shè)計時在滿足沉降及承載力的前提下可依據(jù)工程造價選取最經(jīng)濟的樁長;(3)長短樁的樁身應(yīng)力隨著深度的增加先增大后減小,峰值出現(xiàn)在樁頂下一定深度,長樁樁身應(yīng)力隨短樁長度的增加而減小,且能全樁長發(fā)揮承載作用;(4)長樁樁土應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比隨長樁長度的增加先迅速增加然后趨于平穩(wěn),隨短樁長度的增加逐漸減小;(5)該研究成果可為路堤荷載下長短樁復(fù)合地基的設(shè)計提供一定的理論依據(jù)。

研究目的：路堤荷載下長短樁復(fù)合地基的工作機理十分復(fù)雜,有關(guān)設(shè)計、計算的研究成果較少,為更好地推廣這種復(fù)合地基,須深入研究該復(fù)合地基的工作性狀。本文通過現(xiàn)場試驗,分析長短樁復(fù)合地基沉降特性,并采用數(shù)值模擬的方法探討樁長變化對復(fù)合地基沉降和承載特性的影響。經(jīng)對比分析,驗證模型的正確性和參數(shù)的合理性。研究結(jié)論：（1）路堤荷載下長短樁復(fù)合地基沉降過程分為三個階段：快速發(fā)展階段的沉降占總沉降的59.2%～62.5%;緩慢發(fā)展階段為靜置期前45d,沉降占總沉降的28.1%～33.3%;穩(wěn)定階段為靜置期45d之后的沉降,約占總沉降的7.5%～9.45%;（2）路基基底沉降沿橫斷面呈近似盆狀分布,中心線處最大,坡腳處最小;長樁設(shè)計時應(yīng)綜合考慮短樁長度、下臥層剛度等因素,短樁設(shè)計時在滿足沉降及承載力的前提下可依據(jù)工程造價選取最經(jīng)濟的樁長;（3）長短樁的樁身應(yīng)力隨著深度的增加先增大后減小,峰值出現(xiàn)在樁頂下一定深度,長樁樁身應(yīng)力隨短樁長度的增加而減小,且能全樁長發(fā)揮承載作用;（4）長樁樁土應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比隨長樁長度的增加先迅速增加然后趨于平穩(wěn),隨短樁長度的增加逐漸減小;（5）該研究成果可為路堤荷載下長短樁復(fù)合地基的設(shè)計提供一定的理論依據(jù)。

闡述了長短樁復(fù)合地基的工作機理及應(yīng)用,對各種長短樁復(fù)合地基進行了歸類和分析,總結(jié)了近年來國內(nèi)外長短樁復(fù)合地基的發(fā)展情況,指出長短樁復(fù)合地基與傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)相比有很大的優(yōu)勢,具有很大的工程經(jīng)濟效益和社會效益。

概述當(dāng)天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求時,需要進行地基處理,形成人工地基,以保證建(構(gòu))筑物的安全和正常使用。柔性基礎(chǔ)復(fù)合地基與以往所說的復(fù)合地基的區(qū)別在于基礎(chǔ)剛度的不同,而判別基礎(chǔ)是剛性或者是柔性,采用的標準是基礎(chǔ)的抗彎剛度ei。柔性基礎(chǔ)復(fù)合地基正在各類工程中廣泛應(yīng)用,具有極其廣泛的前景。

灰土樁復(fù)合地基法是一種處理濕陷性黃土地基的一種方法,應(yīng)用灰土擠密樁可以有效地減小地基沉降,故而其工程應(yīng)用廣泛。通過應(yīng)用大型通用有限元軟件ansys對灰土擠密樁復(fù)合地基進行探討,同時利用有限元程序加以計算,并分析灰土樁單樁復(fù)合地基的臨界樁長,探討灰土比、樁徑對灰土樁復(fù)合地基臨界樁長的影響,對于灰土樁的應(yīng)用和推廣具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

運用長短樁復(fù)合地基進行地基加固，是工程領(lǐng)域十分常見的軟土地基加固方法，這種加固方法在山區(qū)軟土地區(qū)的地基加固中十分常見。本文通過對長短樁的復(fù)合地基進行詳細的闡述,對山區(qū)軟土條件下的復(fù)合地基加固方式提出設(shè)計方案，提升山區(qū)軟土地基的承載力，并借助直接檢測和間接檢測兩種方法，對復(fù)合地基的加固情況進行全面評析。

現(xiàn)場檢測結(jié)果表明長短樁組合樁基礎(chǔ)可有效地控制基礎(chǔ)整體沉降和差異沉降,證實了長短樁復(fù)合地基應(yīng)用的可靠性。

第31卷第6期巖土力學(xué)vol.31no.6 2010年6月rockandsoilmechanicsjun.2010 收稿日期：2008-10-08 基金項目：魯東大學(xué)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費資助。 第一作者簡介：周愛軍，女，1966年生，碩士，副教授，主要從事建筑結(jié)構(gòu)的研究。e-mail:ldzhaj66@sina.com 文章編號：1000－7598(2010)06－1803－06 cfg樁復(fù)合地基褥墊層的試驗研究和有限元分析 周愛軍1，栗冰2 （1.魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，山東煙臺264025；2.淄博點石建筑工程設(shè)計咨詢有限公司，山東淄博255086） 摘要：針對cfg樁復(fù)合地基褥

沉降是衡量地基工作好壞的一個重要指標,本文用有限元分析軟件ansys分析了影響cfg樁復(fù)合地基沉降的各種因素,得出一些結(jié)論,以供在實際中參考。

針對cfg樁復(fù)合地基褥墊層效應(yīng)問題,通過12根樁的單樁復(fù)合地基載荷試驗,研究了不同厚度、不同材料的褥墊層對樁土應(yīng)力比的影響。試驗結(jié)果表明,褥墊層的厚度和剛度對cfg樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比均有影響,褥墊層過薄及過厚將使樁的承載力得不到有效發(fā)揮。利用有限元軟件包ansys,建立了單樁復(fù)合地基有限元模型,分析了褥墊層厚度和變形模量對樁土應(yīng)力比的影響,經(jīng)與試驗數(shù)據(jù)進行分析比較,得出了與試驗結(jié)果相一致的結(jié)論。通過有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果的對比分析,確定了cfg樁復(fù)合地基褥墊層的選用原則,從而為復(fù)合地基設(shè)計中褥墊層的設(shè)計提供了依據(jù)。

復(fù)合地基研究的關(guān)鍵在于各類復(fù)合地基中荷載傳遞機理、附加應(yīng)力的分布規(guī)律及特點。而對這一問題的研究,以有限元為代表的數(shù)值模擬方法,可以模擬復(fù)合地基的物理幾何特性及各種工況,可以展示整個計算域的應(yīng)力場和位移場,可以避免模型尺寸、形狀、荷載、參數(shù)等限制,并且可以模擬室內(nèi)和現(xiàn)場難以達到的試驗條件和試驗方案,在工程中有著廣闊的應(yīng)用天地。文中結(jié)合高速鐵路實際工程概況,應(yīng)用midas/gts數(shù)值模擬軟件建立三維有限元模型,進一步對路堤荷載下cfg樁復(fù)合地基沉降變形和荷載分擔(dān)影響因素進行了系統(tǒng)分析,研究了cfg樁復(fù)合地基在各個施工階段對樁帽頂部與樁間土的沉降及受力的影響規(guī)律。

本文利用了長短樁復(fù)合地基的設(shè)計思路進行方案優(yōu)化,較長的剛性樁貫穿淺層軟土將荷載向深層土傳遞,改善各層土狀態(tài)以達到較小的沉降變形,較短的柔性樁改善淺層軟土承載力,減少沉降,柔性短樁也具有相對于剛性樁造價低的特點,通過一工程案例方案設(shè)計,施工過程及施工后跟蹤沉降觀測,表明長短樁復(fù)合地基在處理軟土地基中既技術(shù)可行,且經(jīng)濟合理,實現(xiàn)了節(jié)約資源,降低造價的目的。

采用有限元模型分析了加筋墊層在不同加筋密度和加筋間距下,加筋地基的沉降與加筋墊層的應(yīng)力擴散,并同試驗的實測結(jié)果進行了比較,得出了基于有限元分析方法的相關(guān)結(jié)論。

結(jié)合巖溶地基處理的工程實例,利用有限元法對天然地基及水泥土攪拌樁復(fù)合地基、cfg樁復(fù)合地基、cm三維高強復(fù)合地基三種加固方案進行數(shù)值模擬,揭示了三種方案加固巖溶地基的變形特性及應(yīng)力分布。

根據(jù)地質(zhì)情況的不同,闡述了長短樁復(fù)合地基的設(shè)計理論,并根據(jù)長樁作用形式的不同提出了長短樁復(fù)合地基的承載力和沉降計算模式,并得到了工程實例的驗證。