格栅套筒加筋碎石桩复合地基承载力计算方法研究

摘要

碎石桩因其取材方便、施工简单、造价低廉,具有提高地基承载力、加速软基固结沉降等作用而在软基加固工程中得到广泛运用。竖向荷载作用下,当桩周土体强度较低而不能提供足够的侧向约束力时,碎石桩极易发生侧向鼓胀而导致整个复合地基失效。已有研究表明:碎石桩侧向鼓胀变形易发生在距桩顶1～3倍桩径深度范围内。为充分发挥碎石桩承载潜能及其优势,可以考虑在碎石桩桩顶附近一定深度范围内包裹土工格栅套筒以形成加筋碎石桩,有效控制桩体鼓胀变形,从而提高碎石桩单桩承载力及复合地基承载力。本文正是基于此种理念出发,引出加筋碎石桩复合地基概念并对其承载特性及承载力计算方法进行研究。
　　 本文首先对碎石桩复合地基加固机理进行分析,归纳土工格栅套筒加固碎石桩的承载特性和变形特征,探讨加筋碎石桩复合地基的荷载传递机理。在此基础上,进一步分析加筋碎石桩复合地基垫层的作用机理,探讨路堤等柔性荷载下,加筋碎石桩-桩间土-垫层共同工作的原理。
　　 其次,探讨桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,引入“中性点”概念,基于荷载传递法,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,桩侧正、负摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了可以综合考虑桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径、桩长和土层性质等影响因素的加筋碎石复合地基桩土应力比计算新公式。
　　 再次,通过对比普通碎石桩和土工格栅套筒加筋碎石桩复合地基的受力变形特点,探讨加筋碎石桩复合地基的几种单桩破坏模式。破坏模式——主要由格栅套筒抗拉强度控制,破坏模式二由加筋段桩侧摩阻力和非加筋段桩鼓胀破坏前向上提供的端承力共同控制。在此基础上,基于Brauns单桩极限承载力计算理论,根据极限平衡原理推导了不同破坏模式下加筋碎石桩单桩极限承载力计算公式。
　　 最后通过某实际工程对加筋碎石桩复合地基进行设计计算,验证了本文关于加筋碎石桩复合地基承载力的计算公式。并对影响加筋碎石桩复合地基承载特性的相关参数进行了分析,探讨了不同破坏模式下加筋碎石桩复合地基的承载特性,为相关设计和施工提供了可靠依据和可借鉴的经验。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 复合地基概述

1.1.1 按增强体方向分类

1.1.2 按照桩体材料分类

1.1.3 按照桩体刚度或强度分类

1.2 碎石桩复合地基发展简史

1.3 土工合成材料简介及其在复合地基中的应用

1.4 加筋碎石桩研究进展

1.5 本文研究内容

第2章 加筋碎石桩复合地基承载机理

2.1 碎石桩复合地基加固机理

2.1.1 碎石桩复合地基的工程特性

2.1.2 加固砂性土地基原理

2.1.3 加固粘性土地基原理

2.2 加筋碎石桩复合地基荷载传递机理

2.3 变形机理分析

2.3.1 竖向变形机理

2.3.2 径向变形机理

2.4 加筋碎石桩复合地基垫层的效应

2.4.1 桩体复合地基中褥垫层技术

2.4.2 刚性基础下垫层的作用机理

2.4.3 柔性基础下垫层的作用机理

2.5 路堤荷载下桩土共同作用机理

2.6 本章小结

第3章 考虑桩体向上刺入的桩土应力比计算

3.1 问题的提出与解决思路

3.2 基础刚度对桩顶向上刺入变形的影响

3.3 加筋碎石桩复合地基桩土应力比分析

3.3.1 桩土应力比影响因素

3.3.2 常用桩土应力比计算方法

3.4 考虑加筋桩上刺入变形的桩土应力比计算

3.4.1 计算模型及基本假定

3.4.2 基本方程的建立及求解

3.5 本章小结

第4章 加筋碎石桩复合地基承载力计算方法研究

4.1 引言

4.2 破坏模式分析

4.2.1 普通碎石桩单桩破坏模式

4.2.2 加筋碎石桩单桩破坏模式

4.3 普通碎石桩承载力计算

4.3.1 普通碎石桩承载力计算研究进展

4.3.2 普通碎石桩单桩极限承载力计算常用方法

4.4 加筋碎石桩单桩极限承载力分析与计算

4.4.1 土工格栅套筒被拉断破坏模式下的极限承载力公式推导

4.4.2 土工格栅套筒下方碎石桩鼓出破坏模式下的极限承载力公式推导

4.4.3 破坏模式判断和单桩极限承载力取值

4.5 本章小结

第5章 工程应用实例

5.1 工程概况

5.2 设计计算

5.2.1 处治方案和效果分析

5.2.2 桩长及桩径确定

5.2.3 桩距确定

5.2.4 桩体材料和格栅材料

5.2.5 加固范围及布桩形式

5.2.6 桩体材料碎石灌入量计算

5.2.7 碎石桩复合地基承载力计算

5.3 影响因素分析

5.3.1 土工格栅抗拉强度

5.3.2 加筋深度

5.3.3 碎石桩桩径

5.3.4 桩体碎石料内摩擦角

5.4 小结

结语

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录