强风化软岩及其CFG桩复合地基工程特性研究

摘要

本文以凭祥等地工程中所遇到的强风化软岩地基为研究对象。通过现场调研、室内试验数据分析和数值模拟等方法，对桂西主要的强风化软岩工程地质特征、力学性质、不同c、φ值时承载特性进行模拟分析，首次提出利用护桩加强复合地基稳定性的方法，并利用有限元对护桩的作用进行模拟分析，得到如下结论：
　　 (1)强风化软岩工程特性及其复杂，在垂直方向风化极不均匀，在水平方向出现球状风化，地基存在的主要问题是：软化变形、抗剪稳定差、渗透变形等；
　　 (2)通过实验数据总结发现：c、φ值随含水率的增大而减小，在含水率小于15％时，减小速率尤为显著，当含水率大于15％后，c、φ仍在减小，但趋势有所减缓，且c、φ实验值较离散，同一场地变化较大；
　　 (3)通过对比不同学者关于CFG桩复合地基承载性状的模拟分析得出以下结论：上部结构刚度对复合地基的应力分布及位移影响较小；基础刚度在一定的程度上可以减小沉降，但其影响有限；垫层厚度宜在20～40cm、弹性模量宜在60～80Mpa；适当增加桩距可以有效的提高桩土应力分担比；桩长越长沉降越小，当桩长超过有效桩长后，其影响较小；
　　 (4)采用有限元理论，通过ANSYS软件对不同c、φ值时的CFG桩-筏复合地基承载性状进行了模拟对比研究发现：在工况三时，CFG桩-筏复合地基在边桩两侧的未加固区出现弧状弧状塑性变形带，易引起地基的整体剪切破坏。将模拟结果与实际工程数据进行对比，认为模拟分析结果与实际工程较吻合，有限元模拟分析有效、可行；
　　 (5)针对工况三出现的问题，提出了具体的处理方法，即在筏板两侧未加固区域加CFG桩并首次将其定义为护桩，且建立了模型进行模拟分析得出：加护桩后，复合地基边桩两侧未加固区未出现弧状塑性变形带，较未加护桩时加固区沉降值减小了9.11mm，周围未加固地基沉降减小了25.67mm，认为护桩能有效的提高复合地基整体稳定性，减小加固区及非加固的沉降；
　　 (6)模拟分析了护桩桩距、桩排数对地基加固区和非加固区承载性状的影响，模拟结果为：当护桩与边桩距离超过6d(d为CFG桩径)时，护桩对复合地基承载性状的影响就很小了，建议护桩应在边桩两侧6d范围内布置才能充分发挥其作用；护桩布置排数一般为1～3排，超过三排对地基沉降的影响不显著，且工程成本较高。
　　 本文的研究成果具有一定的理论意义及实用价值，对强风化软岩地区地基处理具有一定的借鉴作用，对今后的工程实践也具有一定的指导意义。