深厚软土地基中钉形水泥搅拌桩复合地基承载性状研究

摘要

软土地基处理技术一直以来都是岩土工程领域的热点问题。钉形水泥搅拌桩作为一种基于水泥搅拌桩改进的新技术，近年来在中国沿海地区被广泛使用。本文结合宁波轨道交通路基处理工程，开展室内水泥土配合比试验和钉形水泥搅拌桩钻孔取芯试验，对钉形水泥搅拌桩进行单桩和单桩复合地基静载荷试验;通过桩身布设应变传感器，研究钉形水泥搅拌桩复合地基承载性状。主要研究内容包括:
　　(1)通过水泥土室内试验，得到了宁波地区淤泥水泥土强度与水泥掺量及龄期的关系。并通过正交试验，得到水泥土复合外加剂的最优配比为:氯化钙掺量3.0％，氢氧化铝掺量3.0％，DEIPA掺量0.03％。
　　(2)通过现场取芯试验得到钉形搅拌桩桩身强度随深度变化的规律，呈阶梯状逐渐衰减，桩身强度离散性较大。粘土中的水泥土强度较高，淤泥中的水泥土强度较低。与室内试验的结果对比，得到桩身强度折减系数为0.21～0.63。
　　(3)通过桩身埋设传感器，得到荷载作用下单桩和单桩复合地基桩身荷载传递规律。钉形水泥搅拌桩单桩和复合地基的桩身轴力随着深度的增加逐步衰减，扩大头部分轴力衰减比下部桩体要快。桩身轴力扩散主要集中在扩大头部分。桩身侧摩阻力分布主要位于桩身扩大头部分，在变截面以下，桩身侧摩阻力随着深度的增加迅速减小。
　　(4)根据单桩承载力和单桩复合地基承载力现场测试结果，对桩间土折减系数β进行分析研究，得到该试验段钉形搅拌桩复合地基的桩间土承载力折减系数的取值范围可取0.7～0.85，比江苏地区规范中β推荐的取值范围要低。
　　(5)采用FLAC3D有限元软件研究钉形水泥搅拌桩复合地基受力特性。分别考虑不同扩大头高度/桩长(H/L)、上下桩径比(D/d)、桩长L和桩间距S对单桩复合地基承载和沉降的影响，得出优化的设计方案:扩大头高度6m、扩大头直径1.0m、桩长15m，桩间距1.8m。并研究不同工况下钉形水泥搅拌桩单桩复合地基的破坏模式。
　　本文的研究成果对深厚软土地区钉形水泥搅拌桩的应用有重要的理论指导意义和工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 试验研究方面

1．2．2 数值模拟方面

1．2．3 理论研究方面

1．3 存在的问题

1．4 本文研究内容及技术路线

第二章 钉形水泥搅拌桩复合地基的加固原理

2．1 水泥土的加固机理

2．1．1 水泥的水解和水化反应

2．1．2 粘土颗粒与水泥水化物的作用

2．1．3 碳酸化作用

2．2 钉形水泥搅拌桩复合地基效用

2．3 钉形水泥搅拌桩复合地基破坏模式分析

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 试验方案

3．2．1 试验材料

3．2．2 试样制备和养护

2．2．3 无侧限抗压强度试验

3．3 试验结果分析

3．3．1 水泥掺量及龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响

3．3．2 养护龄期对无侧限抗压强度的影晌

3．4 掺有复合外加剂的水泥土抗压强度试验研究

3．4．1 正交试验特点

3．4．2 正交试验方案

3．4．3 正交试验结果分析

3．5 本章小结

第四章 钉形水泥搅拌桩复合地基现场试验研究

4．1 试验场地地质情况

4．2 试验目的及其方案

4．2．1 试验目的

4．2．2 试验方案

4．3 试验内容

4．3．1 现场钻芯

4．3．2 现场应变计的埋设

4．2．2 单桩和单桩复合地基静载荷试验

4．2．3 数据处理

4．4 试验结果及分析

4．4．1 桩身芯样无侧限抗压强度实验

4．4．2 荷载-沉降曲线

4．4．3 桩土应力比n

4．4．4 桩身轴力传递性状

4．4．5 桩侧摩阻力发挥性状

4．5 复合地基承载力计算

4．6 本章小结

第五章 钉形水泥搅拌桩复合地基的数值模拟研究

5．1 FLAC 3D软件简介

5．2 钉形水泥搅拌桩单桩复合地基模型的建立

5．2．1 模型各部件几何尺寸的确定

5．2．2 模型本构和材料参数的选取

5．2．3 桩-土接触面参数的确定

5．2．4 模型的建立

5．3 模拟结果分析

5．3．1 应力场和位移场分析

5．3．2 不同扩大头高度／桩长(H／L)

5．3．3 不同上下桩径比(D／d)

5．3．4 不同桩长L

5．3．5 不同桩间距S

5．3．6 破坏模式分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果