悬浮性搅拌桩工作性状分析与设计方法文献综述

 2022-10-08 11:10

文献综述(或调研报告):

目前,对于悬浮桩复合地基沉降的计算,国内学者通常将地基分为加固区和下卧层两部分,分别进行计算。

加固区的压缩量通常采用复合模量法、应力修正法、桩身压缩量法进行计算,其中复合模量法简单易行且具有一定精度,是我国规范中采用的方法,但该方法不考虑桩身刺入,假设桩体等应变,与实际不符,在柔性荷载地基下误差较大,故众多学者对该法公式进行了修正。王池凤分别利用复合地基桩体的承载机理和Hashin模型给出了两种不同的复合模量修正公式;张土乔,徐成祥分别都利用Whitney amp; Riley模型研究了复合地基的复合模量问题,进行了复合模量修正;闫明礼对刚–柔性桩复合地基进行了研究,给出了考虑了多桩型复合地基的复合模量计算方法;何思明将剪切位移法的一些基本分析原理推广到复合地基压缩模量计算之中,得出复合地基压缩模量的新公式;邓永峰从土体的e-lnp曲线出发,根据最小势能原理及桩土变形协调条件,得到加固区弹性和塑性两种状态的变形模量;徐洋提出了考虑群桩间相互影响的复合地基模量计算公式,即由于邻桩对桩间土的加固作用而使复合模量比单桩模型的计算值有所增加,公式同时考虑了沉桩对桩间土模量的提高作用;郭佳奇考虑粉喷桩等柔性桩在桩与土之间具有的过渡带, 利用面积加权平均法对加固区常用的复合模量公式进行了修正;张仪萍等根据建立的单元模型,基于变形一致原则,推导出无侧限和有侧限条件下复合地基的等效变形模量和等效泊松比的解析解,并由此推导出等效压缩模量;章定文总结了前人的方法,应用有限元方法分析,并用分层总和法反算加固区复合模量,提出简单可行的复合模量修正计算方法。

下卧层沉降的计算方法我国规范采用应力扩散法和等效实体法,但前者认为加固区应力均匀分布,不考虑桩体桩顶和桩底刺入变形,后者将加固区视为整体,加固体四周摩阻力难以确定,故两种方法均有较大误差。徐洋利用弹性地基梁理论探讨平面应变条件下柔性桩和半柔性桩复合地基的应力扩散特性,进而得到了应力扩散系数eta;和简化公式,汤梅芳验证了该方法的可靠性;黄绍铭提出了改进Geddes法,将地基中总的附加应力分为桩体和桩间土承担的荷载产生的附加应力两部分,分别用Boussinesq和Geddes两种方法进行计算,毛斌、李静文、李增选等,都分别对此方法进行了扩展研究;邱钰等采用弹性力学中Mindlin解与Boussinesq解联合求解柔性荷载下粉喷桩复合地基中及复合地基下卧层土中应力及沉降,李仁明、潘林有也分别对该方法进行了研究;林孔锚采用当层法计算复合地基在荷载作用下地基中的附加应力,加固层复合模量为Ecs,下卧层土体模量为Es,将加固层换算成与下卧层模量相同的土层,然后按天然地基计算附加竖向应力;段继伟按群桩理论进行了研究计算,但群桩理论计算方法有一定的适用范围,当桩体的刚度增大并表现出刚性桩的特点时,桩与土的位移协调条件将不再满足,在桩端会有应力集中现象且有刺入变形发生,此时,群桩理论不再适用;谢康和提出将水泥搅拌桩复合地基近似简化为双层地基,然后按双层地基一维固结理论计算其固结沉降,加固层的渗透系数假设服从与复合模量计算相同的规律,研究发现,随着复合地基压缩模量的增大,双层地基的固结加快;郝玉龙认为下卧层沉降理论值与实测值的差别主要原因是下卧层沉降计算误差,下卧层的压缩指标Es、Cc皆由压缩曲线陡段定义,使土层压缩性较大。

国外学者也通常将悬浮桩复合地基分为两层计算。Omine K.和Ohnor S.基于两相混合模型,提出了一种新的复合地基变形均匀化分析方法,通过确定垂直和水平方向的应力分布参数,得到复合地基的弹性模量;Rathmayer H G在研究碎石桩时,采用刚塑性流变模型,用等效碎石墙来代替碎石桩,作为一个二维问题来考虑,得到了复合模量的计算公式;Gray根据弹性力学理论和平面应变理论,计算复合地基中不同深度处的附加应力;Ishikura等,也将总沉降分为加固层压缩和下卧层沉降两部分,采用应力分配比,考虑悬浮桩表面摩擦力作用,提出了一种简化的最终固结沉降估算方法。

但很多国外学者也将地基分为多层或进行综合考虑。日本建筑工程学会(JICE)将加固区分为两部分,加固区下部视为未加固土体,考虑水泥土面积置换率为加固深度的决定要素;Chai在JICE方法的基础上将桩长置换率加入称为等效加固深度的计算要素; Pongsivasathit通过室内试验和数值分析,考虑复合地基面积置换率、桩长置换率、上覆荷载和土体强度,将Chai的公式进行了修正;Satibi将刚性路堤下悬浮桩单桩理想化为圆形,利用数值分析方法评估悬浮桩上路堤沉降,给出了悬浮桩地基的沉降计算公式,提出悬浮桩减少沉降的性能可通过相对沉降减少量来确定;欧洲土壤稳定化学会将加固区分成了桩身应力大于和小于蠕变强度两种情况进行计算。

不仅如此,众多国外学者对悬浮桩固结特性进行了深入研究。Ishikura等对悬浮桩复合地基进行了一维固结试验,研究桩身刚度、桩长、排列方式和面积置换率对固结沉降的影响。结果表明,桩身刚度对固结沉降影响较大,排列方式影响很小,桩土应力比和总沉降量实验结果与理论计算值相吻合;Olsson等研究了悬浮桩处理地基的路堤沉降,观测桩顶、桩间土和下卧层的沉降并对比理论计算结果,结果表明观测值与理论计算值相近;Miao将未打穿软土层的水泥土搅拌桩复合地基视为双层地基,建立了考虑单面排水和双面排水的固结方程,并推导了固结方程的解析解,利用此固结方程对工程实 例进行计算,结算结果与实测结果吻合较好;Schiffman等通过引申经典的Terzaghi固结理论来模拟成层地基体系,针对一系列边界条件和复杂应力历史给出成层地基固结问题的解答;Horpibulsuk等通过室内模型试验和有限元计算分析了复合地基的固结特性,结果表明复合地基固结速率和最终沉降量主要受应力状态影响;Terashi通过对日本地区水泥土渗透特性统计分析认为,水泥土桩复合地基固结速率的加快是由于应力重分布效应引起的,桩体在复合地基中未起排水通道作用。

综上可见,我国学者对悬浮桩复合地基沉降的研究尚浅,国内没有成型的规范可以给悬浮桩设计施工提供指导,悬浮桩在我国的发展还需要进一步深度的研究和推广。

参考文献:

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