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随着社会经济的快速发展,我国基础设施建设的规模愈来愈大,在土建、交通、水利等工程建设中会经常遇到软弱地基。地基问题主要包括三个方面:地基承载力和稳定性问题、地基变形问题及渗流问题。对于深厚软土地基,由于其具有大孔隙比、高压缩性,因而不仅承载力是地基处理的主要控制因素,控制沉降也成为地基处理的重要任务。
软弱地基的处理方法层出不穷,许多经济、快速、有效的实用方法在工程中得到较广泛的应用。基于桩体在复合地基中的荷载传递机理和沉降变形控制的认识,工程界提出了沉降控制设计理论,推出了由两种不同类型(或同种类型而长度差别较大)的桩与地基土组成的组合型复合地基,建立了竖向变刚度的复合地基形式,为长短桩粉喷桩复合地基的产生提供了理论依据。
长短粉喷桩复合地基的理论研究严重滞后于工程实践。因此对其作更深入广泛的理论研究是岩土工程界极为关注和重视的课题之一。
长短粉喷桩复合地基主要是基于以下两种情况产生的:
1、场地上部存在较厚的承载力很低的软弱土层(如素填土、塘泥等);2、基底以下软弱层厚度很大,或基底以下存在深浅不一两个较好的桩端持力层。
全部采用传统的等长桩长的设计可以满足复合地基承载力设计要求,但桩的置换率很大,不能充分发挥桩间土的承载力,设计上不经济。
本文首先综述了复合地基的基本理论和粉喷桩发展概况,回顾了长短桩复合地基的研究状况,分析了长短桩复合桩基作用机理和设计计算理论,指出了本文的研究方向为长短粉喷桩复合地基的工程应用。
其次,利用ANsYS8.1有限元分析程序,考虑复合地基中材料的非线性特性,对土体采用Druck-Prager弹塑性模型,对桩体采用线弹性模型,分析研究了长短粉喷桩复合地基的沉降与桩长和垫层厚度之间的关系,为优化设计提供理论依据。
再者,本文在综合分析的基础上,提出了长短粉喷桩复合地基的承载力和沉降的实用计算方法,探讨了工程应用时的注意问题,给出了柱状长短粉喷桩复合地基设计步骤和检测方法。
最后,本文通过对武汉某住宅楼长短粉喷桩复合地基工程的实际应用,将理论计算和现场检测结果进行对比,表明提出的长短粉喷桩复合地基的承载力和沉降计算方法的可靠性。
本次研究得出如下结论:
1、增加短桩长度可以有效地减少加固区的变形量,对下卧层的影响很小;短桩存在一个临界桩长。
2、增加长桩长度可有效减少下卧层的沉降,但也存在一个临界桩长,超过此值,再增加桩长对减少沉降的效果不明显。
3、在土层厚度不变的情况下,长短粉喷桩布置和等长的粉喷长桩布置对降低下卧层的变形和总沉降变形方面效果差不多。
4、短桩的设置能大大提高地基浅层桩间软弱土的承载力,为进一步与长桩复合打下基础:短桩的桩长和置换率由建筑对承载力和变形的要求决定,一般2~5米比较经济。