CFG桩复合地基褥垫层作用机理分析

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对CFG桩复合地基中褥垫层的探讨

对CFG桩复合地基中褥垫层的探讨

对 CFG 桩复合地基中褥垫层的探讨
张以晨’潘殿琦‘ , , 2
( 1. 吉林大学 建设工程学院, 长春 130026 ; 2 .长春工程学院 勘查与测绘工程学院, 长春 130021)
摘 要 : 褥 垫层 技 术是 CFG 桩 复 合地基 的核 心技 术。介绍了褥垫层 的作用及作用机理, 并且对褥垫 层的设计以及褥垫层施工进行 了探讨。
垫层厚 度/ cm / 备注
6 气 〕 7 , ‘ 7 气 ~
27
14
桩长 2.25m
桩径 16cm
荷 载 板 1.05m x 1.65m
枚稿 日期 二 - 0 1- 22 2006
6 0
10 0
作者简介 : 张以晨( 1982,8 一) , 男(汉) , 山东单县, 研究生
主证桩土共同承担荷载 对 CFG 桩复合地基而言, 基础是通过褥垫层与 桩和桩间土联系起来的。若不设置褥垫层, 基础直 接与桩和桩间土接触, 在垂直荷载作用下 , 其承载特 性与桩基类似。若桩端落在坚硬土层或者岩石上, 桩的沉降很小 , 桩上的荷载向土上转移的数量很少 , 桩间土承载力很少发挥。当基础下设置了一定厚度 的褥垫层 , 在基础承受荷载时, 桩和桩间土都要发生
桩对地基土的作用引起地基土破坏主要有三种 形式 :整体剪切破坏、 局部剪切破坏和冲切破坏。同 样在复合地基中, 桩顶刺人褥垫层引起褥垫层可能 的破坏形式也有以上 3 种 , 如图所示 : 褥垫层的整体剪切破坏: 在褥垫层内部能够形 成连续的滑动面, 延至垫层与桩间土结合处, 褥垫层
0
引言
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褥垫层在CFG桩复合地基中的作用(图文)

褥垫层在CFG桩复合地基中的作用(图文)

褥垫层在CFG桩复合地基中的作用(图文)论文导读:CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成的高粘结强度桩,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。

CFG桩复合地基通过垫层与基础连接,并且使用双向刺入模式,无论桩端落在一般地层还是坚固硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。

因此褥垫层在CFG桩复合地基中起着至关重要的作用。

在复合地基中,在垂直荷载作用下,桩和桩间土都将产生变形,桩体的压缩模量远远大于土的压缩模量,桩在竖向荷载下产生的变形要小于土的变形,褥垫层能够起到协调这种变形的作用。

关键词:CFG桩,褥垫层,复合地基,作用一、概述CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成的高粘结强度桩,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。

CFG 桩复合地基通过垫层与基础连接,并且使用双向刺入模式,无论桩端落在一般地层还是坚固硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。

因此褥垫层在CFG桩复合地基中起着至关重要的作用。

二、CFG桩复合地基的工作原理在复合地基中,在垂直荷载作用下,桩和桩间土都将产生变形,桩体的压缩模量远远大于土的压缩模量,桩在竖向荷载下产生的变形要小于土的变形,褥垫层能够起到协调这种变形的作用。

桩体刺入褥垫层,构成褥垫层的颗粒状散体材料不断补充到桩间土表面上,基础通过挤压褥垫层和桩间土接触,使得桩和桩间土始终参与工作,并使桩间土在桩体沉降不断增加的情况下能不断发挥其承载力作用。

随着荷载的增加,桩承担的荷载百分比PP/P逐渐增加,土承担的荷载占总荷载的百分比PS/P逐渐减少。

随着时间的推移,桩和桩间土的荷载分担趋于一常值,见图1(图中PP为桩承受荷载,PS为桩间土承受荷载)。

图1CFG桩和桩间土荷载分担比随荷载变化曲线褥垫层的存在,不论桩端土层性质如何,从开始加载桩就存在一个负摩擦区,负摩擦作用对复合地基并非有害,其作用是阻止桩间土的变形,它对提高桩间土的承载力,减少复合土层的变形起着有益的作用。

褥垫层对复合地基承载机理的影响

褥垫层对复合地基承载机理的影响
可见褥垫可以有效地调整刚性桩 , 半刚性桩乃至一般 柔性桩的桩土荷载分配 , 因此可以充分利用土体的承 载能力 , 特别是调动浅层土承担荷载的作用 。
第 34 卷 第 2 期
李 宁等·褥垫层对复合地基承载机理的影响
·69 ·
图 1 数值试验几何模型
(1) 褥垫使桩顶的应力集中现象明显减弱 , 且 随着桩体材料模量的增大 , 这一作用越显著 , 桩土应 力比也随之显著减小 , 如表 3 中 1 , 2 , 3 项所示 。
第 34 卷 第 2 期
李 宁等·褥垫层对复合地基承载机理的影响
·71 ·
图 4 褥垫对桩侧阻力分布的影响
图 5 褥垫对桩间土中应力分布的影响
4 褥垫作用效果的量化研究
褥垫的设计包括褥垫材料参数的选取和褥垫厚度 的设 计 , 这 是 基 于 褥 垫 作 用 的 定 量 研 究 结 果 之 上 的 。 411 褥垫层模量对复合地基性状的影响
2 数值试验条件与模型
收稿日期 : 1999Ο01Ο04 , 收到修改稿日期 : 2000Ο04Ο06
本文所采用的基本数值方法是三维有限元法 , 模拟 5 ×5 群桩 , 根据对称性取 1/ 4 分析 , 模型与方案分别 如图 1 、表 1 和表 2 所示 。为了尽可能地模拟真实 , 桩土间的界面采用 16 结点高精度曲面摩擦 —接触界 面单元 , 这类单元服从 Mohr —Coulomb 剪切滑动破坏 准则 。桩与桩间土均采用 20 结点六面体的高精度实 体等参元模拟 , 本构模型取为线弹性 。桩径为 016m , 承台厚度取为 110m , 其上作用 120kPa 的均匀竖直表 面荷载 。
图 3 褥垫对桩身应力分布的影响
313 褥垫对复合地基桩侧摩阻力的影响 (1) 褥垫的存在使桩体产生向上刺入变形 , 因此

CFG桩复合地基褥垫层作用效应分析

CFG桩复合地基褥垫层作用效应分析

从而 得 出 合理 的 褥 垫 层厚 度 和 弹性 模量 。
桩 刺 入 褥 垫 层 的 加2 5 0 k N的 荷 载 , 分1 O 级加载 , 每 级 加 载 要 由于 褥 垫 层 强 度 较 小 , 2 h。 深 度过大产生 的。 当褥 垫 层 的 弹 性 模 量 达 到5 0 MP a 时, 土顶 沉 降 量 逐 渐 开始 稳 定 , 向对 称 的 一 半 来 进 行 数 值 计 算 。 土体 选 用 这 表 明 该 褥 垫 层 材 料 能 够 很 好 地 调 整 桩 D r u c k e r — p r a g e r 模型 , 桩体、 土 体 和 褥 垫 3 结果 讨 论与 分析 土载荷 的分担 。 当褥 垫 层弹 性 模 量 增 大 到 层采 用 P L ANE 4 2 实体 单 元 ; 运 用零 厚 度接 3 . 1 褥 垫 层厚 度 对 复合 地 基 的影 响 触 单 元T a r g e l 6 9 和 Co n t a 1 7 l 模 拟 分 析 土 0 0 MPa , 桩土沉降接 近, 褥 垫 层 不能 完 ( 图1 ) 为 桩 土 应 力 比随 褥 垫 层厚 度 的 变 4
合 地 基承 或性 能 具 有 重要 意 艾 。
关键词 : C 4
文献标 识码 : A
文章编号 : 1 6 7 4 — 0 9 8 x ( 2 O l 3 ) O 7 ( a ) 一 0 0 1 9 — 0 1
水 泥 粉 煤 灰碎 石 桩 ( C FG 桩) 复合 地 基 体 与 桩 体 之 间 、 褥 垫 层 与 土 体 和 桩 体 的 相 化 曲 线 。 褥 垫 层厚度为零 , 即 没 有 褥 垫 层 在 工 程 建 设 中应 用 广泛 川 , 其 通 过 有效 利 用 互 影 响 。 计算 模 型水 平 方 向取 l 0 倍 桩径 , 竖 时 , 桩 土应 力比 很大 , 桩 分 担 了较 多 的 载 桩 与 桩 间土 之 间的 相 互作 用 , 提 高地 基承 载 直 方 向取 2 倍桩 长, 褥 垫层、 桩 体 及 土 体 参 荷 , 桩 顶 出现 应 力 集 中; 当褥 垫 层的 厚 度为 力与 抗 变 形 能 力 。 褥 垫 层是 CF G桩 复合 地 数 如 ( 表1 ) 所示 。 0 . 1 m时 , 桩 土 应 力 比迅 速 变 小 , 褥 垫 层 的

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用【摘要】:水泥粉煤灰碎石桩,简称CFG桩,作为一种地基加固技术,具有多种优点。

本文就该桩型的基本理论进行探讨,以期为设计施工提供参考。

【关键词】:CFG桩;机理;共同作用;褥垫层Abstract ] : Cement flyash gravel pile, referred to as CFG piles, as a kind of foundation reinforcement technology, has many advantages. In this paper, the basic theory of pile is discussed, in order to provide reference for the design and construction of.[ Key words ]: CFG pile; mechanism; interaction; cushion一、荷载传递机理CFG桩复合地基属于刚性桩复合地基,它和散体材料桩、柔性桩的传力机理不同。

散体材料桩需要桩周土的围压作用才能维持桩体的形状。

散体材料桩在荷载作用下,桩体发生鼓胀变形,依靠桩周土提供的被动土压力维持桩体平衡,承受上部荷载的作用。

柔性桩和刚性桩桩体为粘结材料,在荷载作用下依靠桩周摩擦力和桩端阻力将作用在桩体上的荷载传递给地基土体。

但由于桩体刚度不同,柔性桩和刚性桩的荷载传递也有不同。

研究表明桩体刚度的大小对粘结材料桩的荷载传递规律有较大影响。

柔性桩复合地基存在有效(临界)桩长,这是柔性桩的桩身强度决定的,当柔性状桩长超过其临界桩长后,桩体的承载力增加很小,其桩体侧摩擦力随深度的增加而减少,变化比较大。

随着桩的刚度增大,桩侧摩擦力沿深度变化梯度减少,这是桩体强度影响承载力的主要原因。

对于CFG桩而言,其承载力主要来自全桩长的侧摩擦力和桩端承载力,桩越长则承载力越高。

褥垫层对CFG桩复合地基加固作用的分析研究

褥垫层对CFG桩复合地基加固作用的分析研究

Ed u c a t i o n f o r Ge o me c h a n i c s a n d Emb a n k me n t En g i n e e r i n g ,Ho h a i Un i v . ,Na n j i n g 2 1 0 0 9 8,Ch i n a )
Ana l y s i s o f Ef f e c t o f Cu s h i o n o n CFG Pi l e Co mp o s i t e Fo u nd a t i o n Re i n f o r c e me n t
Gu o Ha i q i ng ' Ya n g Yi ・ W a n g Z he ny u ' 。
பைடு நூலகம்
( 1 .Ge o t e c h n i c a l Re s e a r c h I n s t i t u t e ,Ho h a i Un i v . ,Na n j i n g 2 1 0 0 9 8,C h i n a ;2 .Ke y L a b o r a t o r y o f Mi n i s t r y o f
t he CFG— ・ pi l e c o mp os i t e s ub gr a d e s e t t l e me nt c h a r a c t e r i s t i c s a n d pi l e — — s oi l s t r e s s r a t i o u nd e r t he di f f e r e n t c us h— —
i o n S p a r a me t e r s a r e a na l y z e d .The a na l y t i c a l r e s ul t s s h ow t ha t a r e a s on a bl e c us hi on p l a y s a n i mpo r t a nt r o l e i n

褥垫层对复合地基的作用

褥垫层对复合地基的作用

褥垫层对复合地基的作用桩体复合地基中,褥垫层具有合理调节桩土应力比,协调复合地基工后沉降的关键作用。

褥垫层的合理选用除与褥垫层自身的性质相关外,也与上部基础上的形式密切相关。

1、刚性基础对于刚性基础,由于基础的刚度较大,造成桩土应力比效应明显,因此,会出现以下两种情况:1)桩体的所承担的上部荷载较大,而这对低强度桩体来说是不利的。

因此,在上部结构采用刚性基础时,工程中常采用刚性桩作为复合地基的桩体,而很少采用柔性桩体作为复合地基的桩体。

如房建工程的刚性基础复合地基处置中,就更多的采用预制管桩、素混凝土桩等高强度桩体。

2)复合地基的沉降量较小,这对于沉降较为敏感的上部结构工程来说是相对有利的。

由于桩土应力比相对较大,故桩间土体的承载力贡献相对较小,从而有效降低了复合地基的工后沉降。

如高铁等对沉降敏感的复合地基处置中,常常在预制管桩、素混凝土桩等高强度桩体的顶部设置成为刚度很大的筏板,而不似普通复合地基处置工程中在桩体顶部设置台帽的做法,从而最大化的利用桩体的承载力,减小了桩土的工后沉降量。

其实从严格意义上来说,此类型工程已不属于复合地基,而属于桩基工程。

当然,如果刚性筏板下部的桩体如果是搅拌桩等柔性桩体,由于桩体容许存在一定量的沉降变形,故此时可以称其为复合地基。

3)为有效改善刚性基础下的复合地基性状,减小桩土应力比,有利用桩间土体的承载能力,则可在刚性基础下部,桩顶上部设置柔性褥垫层进行调节。

刚性基础工程中最为常用的柔性垫层为砂石褥垫层,且在一定范围内表现为褥垫层越厚,桩土应力比越小的趋势。

但一旦褥垫层超出一定的厚度,则随着褥垫层的增加,桩土应力比并不会继续减小。

因此,褥垫层的厚度多不超过60cm。

2、柔性基础所谓柔性基础,即指复合地基上部直接填方的工程。

这种情况主要出现公路等交通工程。

由于基础的刚度较小,造成桩土应力比相对较小,因此,会出现以下两种情况:1)桩体的所承担的上部荷载相对较小,对桩体强度的要求相对较小。

CFG桩复合地基的基本原理及工程应用

CFG桩复合地基的基本原理及工程应用

CFG桩复合地基的基本原理及工程应用摘要:本文阐述了CFG桩复合地基的原理,介绍了CFG桩复合地基桩、桩周土以及褥垫层的作用。

关键词:CFG桩;复合地基;工程应用引言:伴随着地基处理技术的不断发展和进步,复合地基技术的在工程中得到了越来越多的广泛应用。

特别是近年来出现的CFG桩复合地基这种新型的地基加固技术,因其费用低、施工方便、承载力高和适应性强等优点使其在工程中得到广泛的推广和应用。

其桩体材料是由少量的水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料加水拌合而成,可采用螺旋钻机、振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩,强度等级为C5—C30。

桩体与周围土体及褥垫层三部分构成了承载力较高的复合地基。

它适用于粘性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等地基的加固,对软土地基更为有效。

一、CFG桩复合地基的基本原理CFG桩复合地基是复合地基的代表,目前多用于高层建筑中。

它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度的桩,和板间土,褥垫层一起形成复合地基。

CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接,上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。

无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作;由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载的作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大,桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土,以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作;由于CFG桩桩体材料可以调整,可避免散体材料及低强度桩的限制而使荷载传递深度有限的缺陷;CFG桩不配钢筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为搀和料,降低了从工程的成本。

复合地基设计中,基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的散体粒状材料组成的褥垫层,是复合地基的一个核心技术。

基础下是否设置褥垫层,对复合地基影响受力很大。

若不设置褥垫层,复合地基承载特性与桩基础相似,桩间土承载能力难以发挥,不能成为复合地基。

基础下设置褥垫层,桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降,即使桩端落在好土层上,使桩土共同承担荷载。

探讨CFG桩复合地基褥垫层作用机理及数值模拟

探讨CFG桩复合地基褥垫层作用机理及数值模拟

二是 若褥垫 层 为绝对 柔性 , 则褥 垫层 又成 为桩 问土 的一
护栏 最 大横 向动 态变 形量 应小 于或等 于 5 e 。 0 m
不便 于操 作 。B E 1 1 作 宽度 的选 择 主要 是考 虑护 S N 3 7工
如 根 B E 1 1 评 价 标准 规 定 的护栏 最 大动 态变 形 量 标 栏 与 其 后 障碍 物 的距 离 , 桥 梁斜 拉 索 , 据 以往 项 目 SN 3 7 同时 参考 欧洲 同等 级 护 栏 的工 作 宽度 , 建议 护栏 准 为 : 须 记 录护 栏 的最 大变 形 D及 工 作 宽度 w 工 作 经验 , 必 , 标准 段 工 作 宽度 采用 w, 桥 塔 附近 , 栏 后有 桥 梁 结 在 护 宽度 w是 车体 或 护 栏在 碰 撞过 程 中最 内缘 到最 外 缘 的
提 高地基 承载 力 , 具有 适用 范 围广 , 施工 方便 , 价低 等 造
其 处 于两种 极端 情况 时 ,对 桩 一土 协 同分担 外载 不利 。

特 点 。褥垫层 技 术是 C G桩复合 地基 的一 项核 心技术 , F
是 若褥垫 层 为绝对 刚性 ,垫 层就 成为 基础 的一 部分 ;
及 调 整桩土 水平 荷载 的分担 等 。 基 于对 褥垫 层作 用 的理解 ,对褥 垫 层进 行分 析 , 当
石 屑或砂 加水拌 和形 成 的高粘 结强 度桩 ,和 桩 问土 、 褥
垫层 一起 形成 复合地 基 。C G桩 复合 地基技 术 己在全 国 F
广 泛应 用 , 软弱 地 基 处理 发 挥着 重 要 的作 用 , 幅 度 在 大
度 ” 关键是 要达到 两个 目的: , ①保 证在 桩顶 应力 的作用

浅析褥垫层在cfg桩复合地基中的作用

浅析褥垫层在cfg桩复合地基中的作用

浅析褥垫层在C FG桩复合地基中的作用涂淼田(长江大学工程技术学院城市建设系,湖:I I gf lJ'>l、i434020)j;磷《j暑懿|l毫蠢§媾篡奄濑蕊嫩礞蕊薄.委蛾蕊甍器蝴姆鼯.i:i臻愀爨瓷%接c酶玲羲t萎。

§鏊童誉琵嚣罄懿|誊礴岛鬯谶j I!:=’囊Q南酝猿溉鬻誊褥避酶蛰器整§§|鹜罄g;i萋i|l|警镰C FG桩复合地基是由C FG桩、桩间土和褥垫层构成的一种半网I性——刚性桩复合地基。

C FG桩复合地基的褥垫层由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成,它是在复合地基与基础之间起联结作用的重要部分,复合地基的许多特I生都与褥垫层有关。

褥垫层厚度对C FG桩复合地基的承载力特I生有重要影响,其厚度直接决定了桩土应力比和荷载分担比。

1保证桩土共同承担上部荷载复合地基设计的一个基本思路是桩土共同承担荷载,这也是复合地基与桩基础的—个根本区别。

而桩土共同作用的条件是桩身的压缩量与桩端的刺入量之和等于桩间土的压缩量,即满足。

这里,为桩身压缩量,为桩端的刺入量,为桩间土的压缩量。

其中桩身的压缩量受桩身的强度和刚度影响,根据资料统计,碎石桩等柔性桩复合地基的桩土应力比n值一般在4—10之间,而C FG桩复合地基的n值高达25—35,甚至更大,反应出C FG桩的桩身强度和模量远高于桩问土。

这反应出C F G桩复合地基的受力特点与刚性桩类似,桩身的压缩变形量很小,可忽略不计,要实现桩土共同作用,只有通过使桩端的刺入量等于桩问土的变形量来实现。

通常,桩的刺入变形表现为下刺,即随着刺入变形的增加,上部荷载的—部分才可能逐渐向土体转移,但是当桩端置于较为坚硬的土层上,桩的下刺变形受到抑制,桩问土便不能有效地分担上部荷载,并有可能出现基础与土体之间的“脱空”现象。

2减少基础底面的应力集中由于C FG桩具有刚性桩的特点,在未设置褥垫层时,桩项必然对基础底面产生集中应力,这可能导致两个方面的结果,一是当桩体的刚度足够高时,桩顶可能对基础产生冲切破坏,因而,在进行基础设计时,必须按照桩基设计的要求对基础进、仃z--仉冲,切强度验算,增加基础的厚度和配筋。

CFG桩复合地基褥垫层

CFG桩复合地基褥垫层

CFG桩复合地基褥垫层近年来,随着城市化进程的加快以及交通运输需求的不断增长,道路工程建设面临着日益严峻的挑战。

在地基加固和路面稳定性方面,传统的处理方法已经难以适应越来越高的要求。

为了解决这一问题,CFG桩复合地基褥垫层应运而生。

本文将介绍该技术的原理、施工步骤以及应用前景。

一、原理介绍CFG桩复合地基褥垫层是将混凝土灌注桩(CFG桩)与褥垫层结合起来,形成的一种新型地基处理方式。

CFG桩是指在沉土中钻孔、灌注高流动性混凝土并拉出。

在地基处理过程中,本技术能够提高沉土的稠度,增加土体的均质性,并提高土体的抗剪强度和抗压强度。

同时,褥垫层的加入能够进一步改善地基的承载能力和路面的稳定性。

二、施工步骤1. 地基处理前期准备在进行CFG桩复合地基褥垫层施工之前,首先需要对地基进行勘察,确定地基类型、荷载特性以及治理目标等。

同时,还需制定施工方案,确定桩孔布置和褥垫层材料的选用。

2. CFG桩施工采用钻孔灌注(或平板罐抽提)法进行CFG桩的施工。

首先,根据设计要求确定桩孔位置和孔径。

然后,使用专用设备进行钻孔作业,然后将混凝土灌注至孔中。

灌注完成后,使用钢筋将桩芯勾出或采用平板罐进行抽提,形成CFG桩。

3. 褥垫层施工褥垫层常采用沥青混合料或水泥砂浆。

将选用的褥垫材料均匀铺设于地基表面,然后采用机械压实设备进行压实,确保褥垫层的平整度和密实度。

4. 质量检验施工完成后,需要对褥垫层的厚度、平整度、密实度等进行全面检测,确保满足设计要求。

三、应用前景CFG桩复合地基褥垫层在城市道路和高速公路等道路工程中具有广泛应用前景。

其优点主要体现在以下几个方面:1. 提高地基的承载能力,增加路面的稳定性。

CFG桩可以有效提高地基的抗剪强度和抗压强度,使地基承载能力明显提升。

褥垫层的加入能进一步增加路面稳定性,确保道路的安全通行。

2. 能够处理不同地基类型。

CFG桩复合地基褥垫层适用于不同类型的地基,包括黏土、沙土和砂砾土等。

CFG桩复合地基褥垫层作用效应分析

CFG桩复合地基褥垫层作用效应分析

CFG桩复合地基褥垫层作用效应分析摘要:褥垫层的设置是CFG桩复合地基的重要技术之一,影响着CFG桩复合地基的众多特性。

该文通过运用ANSYS有限元数值模拟方法,分析了竖向荷载作用于单桩时,褥垫层厚度和弹性模量对CFG 桩复合地基性能的影响,结果表明选择适宜的褥垫层材料和厚度对提高CFG桩复合地基承载性能具有重要意义。

关键词:CFG桩褥垫层厚度弹性模量水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基在工程建设中应用广泛[1],其通过有效利用桩与桩间土之间的相互作用,提高地基承载力与抗变形能力。

褥垫层是CFG桩复合地基设计的核心技术之一,设置在基础与桩和桩间土之间,由一定厚度散体粒状材料组成,能够缓解CFG 桩复合地基的不均匀沉降[2],使桩间土承载力得到充分发挥,对CFG 桩复合地基的承载力影响很大[3]。

若不设置褥垫层,CFG桩复合地基桩间土的承载作用就得不到很好的发挥[4]。

该文基于众多学者的CFG桩复合地基褥垫层理论研究,通过利用有限元数值模拟,研究分析CFG单桩在竖向荷载作用下,褥垫层对CFG 桩复合地基沉降的影响特性,以及桩和桩间土强度的相互影响特性,从而得出合理的褥垫层厚度和弹性模量。

1 计算模型运用ANSYS有限元2D对称模型,沿轴向对称的一半来进行数值计算。

土体选用Drucker-prager模型,桩体、土体和褥垫层采用PLANE42实体单元;运用零厚度接触单元Targe169和Conta171模拟分析土体与桩体之间、褥垫层与土体和桩体的相互影响。

计算模型水平方向取10倍桩径,竖直方向取2倍桩长,褥垫层、桩体及土体参数如(表1)所示。

2 计算方案褥垫层的厚度和材料选择对CFG桩和桩间土强度产生直接影响。

采用两种计算方案,第一种是褥垫层弹性模量为50MPa,厚度分别取0m、0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m六种情况;第二种是通过改变褥垫层弹性模量来模拟不同的褥垫层材料,褥垫层厚度为0.3m,弹性模量分别取10MPa、20 MPa、50 MPa、100 MPa、400MPa五种情况。

高速公路CFG桩复合地基褥垫层作用机理研究_何结兵

高速公路CFG桩复合地基褥垫层作用机理研究_何结兵

Abstract: The core technique of CFG-pile (cement fly-ash gravel pile) composite foundation is the setting of cushion, of which the rationality will greatly affect the foundation carrying capacity and distortion characteristic. Based on Terzaghi’ s consolidation theory the mechanism of cushion for CFG-pile composite foundation is discussed in detail; and on this way the optimum space between piles, the thickness of cushion, the pile-soil stress ratio and the actual ratio of replacement are deduced. Compared to engineering example , these solutions are quite accurate so as to actually instruct the design of CFG-pile composite foundation. Key words: cement fly-ash gravel pile; composite foundation; cushion; expressway
L0 = 2 L + D =
3p ϕ p ϕ exp − tan ϕ ) cos − 2 4 4 2 D 2 + 1 (9) cos ϕ

CFG桩工作原理

CFG桩工作原理

.CFG桩工作原理水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly - ash Gravel pile) ,简称CFG桩,是由水泥粉煤灰碎石桩、桩间土和褥垫层构成的一种复合地基。

CFG桩和桩间土一起,通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。

其加固机理为:当基础承受垂直荷载时,桩和桩间土均会发生沉降变形,桩的变形模量(Es)远比土的变形模量大,也就是桩的变形比土小,桩在受力后向上位移,刺入基础下部设置的一定厚度的褥垫层中,垫层被不断调整并与桩间土良好接触,从而基础通过褥垫层也与桩间土保持良好接触,由此,桩间土与桩协同工作形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载。

由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG 桩不配筋,桩体采用工业废料粉煤灰作掺和料,大大降低了工程造价。

CFG 桩地基通过改变桩长、桩距、褥垫厚度和桩体混合料配比,可使复合地基承载力幅度的提高有很大的可调性。

综合来看,CFG桩复合地基具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点, 是一种有效的复合地基处理技术,非常适用于高层建筑的地基处理,得到越来越广泛的应用。

2.工程概况保定市某房地产公司开发建设公寓两栋,呈南北向排列,中间有商业楼相连,位于天鹅中路和朝阳路交口,公寓地上28层,地下两层,商业楼低地上两层,地下车库两层,采用钢筋混凝土剪力墙结构体系,基础设计采用筏板基础,基础埋深10.2米,上部荷载460KPa,基底压力520KPa。

根据勘察结果,在勘察深度范围内,地层由上至下依次为: ①杂填土层,层厚0.8~2.1米,土质松散,性质不稳定;②粉土层,层厚2.3~5.0米,土质稍密,工程性质一般;③粉质黏土层,层厚1.1~3.5米m,承载力较低;④粉土,层厚0.4~1.1米,承载力相对较高;⑤粉质粘土,层厚1.0~2.9米,承载力较高;⑥中砂,层厚1.5~3.8米,fak = 250KPa,承载力较高,工程性质良好;⑦粉土,层厚4.3~6.2米,fak =160 KPa,承载力一般;⑧粉质粘土,层厚10.4~13.1米,fak =170 KPa,承载力一般;⑨粉土,层厚1.0-3.2米,fak =180 KPa,承载力低;⑩粉质粘土,层厚6.5~8.8米,fak =180KPa,承载力一般。

探讨CFG复合地基中的褥垫层技术

探讨CFG复合地基中的褥垫层技术
第3 6卷 第 1 4期

ห้องสมุดไป่ตู้
14 ・ 1
2010年 5月
山 西 建 筑
S HANXI ARCHI TE( URE
Vl. 6No 1 0 3 .4 1 Ma . 2 0 y 01
文 章 编 号 :0 96 2 (0 0 1 .140 1 0 —8 5 2 1 )40 1 .2
2 1 0 2 7 3 0 1 4 6 5
2 0
直荷载 的分担 比可以用桩 、 土应力 比 表示 :
=a p () 1
6 0 10 0
7 2 7 5
3 2 3 9
2 6 3 8
D ic s i n o h e a e o e fCFG l o p st o nd to e i n s u so n t e r l t d pr blm o pie c m o ie f u a i n d s g
= / P
() 3
其中, P为总 的垂直荷载 ,N; 为桩承担 的荷 载 ,N; 为 k k C G桩复合地基 的一个核心技术 。本文研究其作用 机理 , 论其 桩 间 土 承担 的荷 载 ,N。 F 讨 k 厚度大小对 桩土产生 的影响 , 结合 实例 , 用推倒 公式 来确定 褥 利 用 A 表示 基础底面积 , 表示 桩 的总横 截面积 , 表示基 A A 垫层厚度。 底下桩 间土总横截 面积 , 当面积置换率 m =A。A 确定 后 , 、 / 桩 土
I —_ r — — 基础 — — ] — — —— I —
}_■_■ ■ ■ 垫 星
荷载分担 比和桩 、 土应力 比可互换 , 其表 达式 如下 :
当测 定 桩 、 荷 载 分 担 比 , 以后 , 以求 得桩 顶应 力 : 土 可 =占 / / A A = m 桩 间土 应 力 为 : () 4

CFG桩褥垫层作用机理浅析

CFG桩褥垫层作用机理浅析

CFG桩褥垫层作用机理浅析引言复合地基是天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。

CFG桩就是复合地基中常用的刚性桩。

CFG桩(Cement Flyash Gravel Piles)是水泥、粉煤灰碎石桩的简称,是在碎石桩的基础上加入石屑粉煤灰少量的水泥加水拌和具有一定的粘结强度的桩,这种技术是在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料,其中添加粉煤灰是增加混合物的和易性并起低标号水泥的作用;添加适量的石屑是为改善级配使桩体获得胶结强度并从散体材料转化为具有某些柔性桩特点的高粘结强度桩。

1 褥垫层的设置桩复合地基是由桩、桩间土和褥垫层构成。

在外部荷载作用下,它们之间相互协调、共同工作;在桩复合地基的三项组成要素中,褥垫层技术是其中的一项核心技术,桩复合地基的许多特性都与它相关。

这里所说的褥垫层不是基础施工所做的10 cm素混凝土垫层,而是用碎石、级配砂石(最大粒径不超过30mm)、粗砂、中砂等组成的散体垫层。

褥垫层的设置范围要比基底面积大,四周宽出的部分不宜比厚度小。

2 褥垫层的作用2.1 保证桩、土共同承担荷载如果没有褥垫层,基础直接与桩和桩问土接触,在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。

在给定荷载作用下桩承受较多的荷载,随着时间的增加桩发生一定的沉降,荷载才开始逐渐向土体转移。

其时程曲线特点:土承担的荷载随时间增加而桩承担的荷载随时间的增加减小。

当褥垫层厚度△H=0时,桩端落在坚硬土层或岩层上时,桩的沉降很小,桩上的荷载向桩问转移的数量很小。

桩问土的承载力很难发挥。

对△H=0当桩端落在一般粘性土层上时,基础在承受外荷后,桩与桩问土受力随时问变化示意图如图1所示,此时的CFG桩的桩、土受力的时程曲线就和桩基的相似,复合地基就失去了它的意义。

如果在基础下设置一定厚度的褥垫层就不一样了,基础承受荷载时桩和桩问土都要发生沉降变形。

CFG桩复合地基承载机理及其应用

CFG桩复合地基承载机理及其应用

工业建筑 2007 年第 37 卷增刊 889
理 21 1 CF G 桩复合地基的承载机理 CF G 桩复合地基由桩 、 桩间土及褥垫层构成 。 当基础承受竖向荷载作用时 , 桩与桩间土都要发生 沉降变形 ,由于桩的模量大于桩间土的模量 ,桩比土 的变形小 ,则会产生荷载逐渐向桩顶集中现象 。基 础下设置了褥垫层 , 可以将上部基础传来的基底压 力 ( 或水平力) 通过适当的变形以一定的比例分配给 桩及桩间土 ,使二者共同受力 。同时 ,土由于桩的挤 密作用 ( 指用沉管方法成桩时) 提高了承载力 , 而桩 由于其周围土的侧应力的增加而改善了受力性能 , 桩土二者共同工作 , 形成了一个复合地基的受力整 体 ,共同承担上部基础传来的荷载[ 4 ,5 ] 。 21 2 褥垫层的作用机理 褥垫层技术是 CF G 桩复合地基的一个核心技 术 ,其主要作用机理主要有以下几个方面 。 1 ) 保证桩 — 土共同承担荷载 若基础下面不设置褥垫层 , 基础直接与桩和桩 间土接触 ,在竖向荷载作用下承载特性和桩基差不 多 。在给定荷载作用下 ,桩承受较多的荷载 ,随着时 间的增加 ,桩发生一定的沉降 , 荷载逐渐向土体转 移 ,土承担的荷载随时间的增加逐渐增加 ; 桩承担的 荷载随时间的增加逐渐减小 。 在基础下设置褥垫层 , 可以使上方荷载通过褥 垫层调整分配到桩和桩间土上 , 这样有利于发挥桩 和桩间土的共同承载作用 。 2 ) 调整桩土荷载分担比 复合地基桩 、 土荷载分担 , 可用桩 、 土荷载分担 δ 比δ p 、 s 表示 。 当褥垫层厚度 Δ H = 0 , 即没有垫褥层时 , 桩承 受的荷载远大于土承受的荷载 , 当Δ H 逐渐变大时 , 桩的荷载分担比δ p 逐渐变小 , 而土的荷载分担比 δ s 逐渐变大 , 由此可以分配桩土承担荷载的大小 。 3 ) 减小基础底面的应力集中 当褥垫层厚度 Δ H = 0 , 即没有垫褥层时 , 桩对 基础的应力集中很显著 , 和桩基础一样 , 需要考虑桩 对基础的冲切破坏 ; 当Δ H 逐渐变大时 , 褥垫层承担 和减小了桩对基础的冲切 , 也就减小了桩在基础底 部的应力集中现象 。 有数据显示 , 当Δ H 为 30cm 时 , 桩对基础的冲切破坏作用已经很小 。 4 ) 调整桩 、 土水平荷载的分担 当褥垫层厚度 Δ H = 0 , 即没有垫褥层时 , 基础 受竖向荷载 P 和水平荷载 Q 作用 。 在无埋深条件下 , 荷载 Q 传到桩上的水平力为 Qp , 传到土上的水平力 为 Qs , 并有

褥垫层在CFG桩复合地基中的作用

褥垫层在CFG桩复合地基中的作用
形的 重要影 响 。
关 键词
1 前言
褥 垫层
C G桩 F
复合 地基
C G桩复合地基是由 C G桩、 F F 桩间土和褥垫层 构成的一种半刚性 一 刚性桩复合地基 ; C G桩复 在 F
Байду номын сангаас
不长, 许多人由于对褥垫层 的作用机理缺乏相应的 认识 , C G桩 的设 计及应用 中常常忽略 了它对 在 F C G桩复合地基的熏要影响 , F 本文拟对其在 C G桩 F

p p rh sw re u h n lt a rga , o rh n iey a aye h rb bly dsrb t n mo e o a h a e a ok d o t e a ayi lpo rm c mpe e sv l n lz ste p a it it ui d lfre c t c o i u o

p r n o cuin 。 hc O l f rav la l e rn efra pe it n a d p e it n o s h l p v me tb ot tc n ls s w ih C Ud of au berf e c p rcai n rdci fa p at a e n e a o e e o o o h vo ,eibl ya ay i a l a ea v h oeia e e rh a ir rl it n lss swel srlt ete rt lrsac . a i i c Ke r s F e wa As h l p v me t S rieb h vo P o a i t it b t n Sai c y wo d r e y p at a e n e c e a ir v rb ly ds iui tt t s b i r o s i
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F AC3 L D进 行 数 值 分析 , 分析 不 同褥 垫层 厚 度 、模 量 等 因素 对 C G 复 合 地 基桩 土应 力 F 桩 的 影响 ,得 出 了褥 垫 层 厚度 及 模 量 对 桩 土 荷 载 的 分 配 具有 良好 的 调 节作 用 .最 佳 褥 垫 层

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矧 .褥铅 厚度 对复 合地基应 力的影 响 32
图3 3 C G . F 桩复合地蟮改 变褥氆 筷 毓桩 身应力变化曲线
表 32改变褥垫层模量对复合地基应力的影响 .
图3j模型网格及切片示意图 .

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程技术
CG F 桩复合地基褥垫层作用机理分析
林 捷 天津 铁路集 团工程有 限公 司
的褥 垫层模量 对消除应 力集 中, 整桩 土荷载 调 碎 石桩形成复合地基的重要条件 其 00 a 通过 改变褥 垫厚度, 调整桩垂直 荷载的分 分担 比有重要作用, 有效范围为1 3Mp 。 因为褥 垫层要求散 体材料 , 中粗砂的模 而 担 , 常褥垫越薄 桩承担 的荷 载占总荷 载的百 通 量在此范 围内, 因此 , 中粗砂作为褥垫层材 料比 分比越高, 反之亦然。 减少基础 底面的应 力集中。 较合适 。 调整桩、 土水平荷载的分担 , 褥垫层越 厚, 4结语 厚 度 为O 103 , 及选 取 中粗 砂 作 为 褥 垫 层 .- .米 本文利 用有限差分法软件F C D A 3 进行数 L 材料 比较 合 适 等 结论 。 土分担 的水平荷 载占总荷 载的百分比越 大, 桩 值分 析, 分析 不同褥 垫层厚度 、 模量 等因素对 分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。 关键 宰 : 褥垫层 F A L C应力 3 LCD A 3 数值分析 F C G 桩复合地基桩 土应力的影 响, F 探讨 了 FG C 本次模拟重点分析了不同褥垫 层厚度及摸 桩复合地基褥垫 层的 作用机 理 , 到了以下结 得 1引 言 模 CF 桩复合地 基是复合地 基的一种, G 它是 量 对复合地基应 力的影 响。 型图及应 力示 意 论 : l褥 垫 层厚度对 桩土荷 载的 分配具 有 良 、 由水泥 、 煤灰、 粉 碎石、 石屑或砂加水拌和形成 图 见图31 .。 好的 调节作用, 最佳褥 层厚度在0 103 . . - 米左 的高粘结强度桩, 和桩间士、 褥垫层一起形成复 31摒垫层厚度的影 响 . 合地 基。 CFG桩复合地基通过褥垫 层与基础连 改 变褥垫 层厚度对复合地 基应力的影 响见 右 。 接, 无论桩端 落 在一 般土 层还是 坚硬土 层, 均 表 31 图32 .、 .。 2 褥垫 层 模 量 对 消除 应 力 集 中, 整 、 调 由表31 . 和图3 可以看出, . 2 随着垫 层厚度的 桩 土荷 载 分担 比有 重要作 用, 有 效范 围为 其 可保证桩间土始终参与工作。 由于桩的作用使复 0 3 Mpa 。 桩顶应 力在逐渐减小 , 桩周土应力在逐渐 1 0 合地基承载力提高, 变形减 小. 由于CF G桩不配 增加 , 桩端应 力也逐渐减小 , 因此 , 褥垫层厚度 3 中粗砂作为褥垫层材料比较合适。 、 筋, 桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料 , 大大 增 大, 对桩 土荷载的分配具 有良好的 调节作用。 图 从 降低了工程造价。 随着垫 层厚度的增加 , 一味增加 褥垫层是C 复合地 基中解决地基不均匀 32 G F .可以 看出, 参 考文献 : 其调节效果大大降低, 过厚的褥垫 得一种 方法 。 如建筑物 一边 在岩石地 基上, 一 褥垫 层厚度, l 明 杨军, F 桩复合地基的 阀 礼, cG 褥垫技术, 地 边在粘土地基上时, 采用在岩石地基上加褥垫 层 层势必会造成材料 的浪 费, 由图可以判断, 最佳 基处理.96 期。- 1  ̄3 1 9 7 褥垫 层厚度在0 1 .米左右。 .03 - ( 级配砂石) 来解决 。 2 . 吴春林, 阎明礼, F 桩复合地基承载力简易 CG 32 .褥垫层模量的影响 本文通过 有限 差分法软件F 3 , AC D 考虑 L 计算方法, 岩土工程学报 1 3 9- 93 由表32 . 和图3 3 以看出, 着褥垫 层模 3 .. J 随 复合地基 中各种 材料的非 线性特性 , 分析不 同 . 龚晓赢复合 地基, 浙江大学出 版社,92 1 9 . 魏平, 殷刚, F 桩复 C G 合地基褥垫层设计的优 褥垫层厚度、 量等因素对CF 桩复合地基 的 量的增加桩顶应 力急剧减 小, 模 G 而后趋于平稳, 桩 4 山 20 -3 卷2期, l l  ̄ ll 影 响, 从而分析CF 桩复合地 基褥垫 层的作用 周土应 力在逐渐增大, G 桩端 应力也逐渐减小, 化, 西建筑, 0 672 2 l — 2 由 机理。 图33 .可以看出, 褥垫层模量庄l'0 a O 3 Mp 的范围 内各个应力分担趋 于平稳, 可以看出, 选取适 当 2褥垫层作用机理 概述 襄 3l 改变擗垫层厚度对复台地摹应力的影响 褥垫层受 上部基础荷载作用产生变形后以 定的比例将荷载 分摊给桩 及桩 间土, 使二者 共同受力, 形成了一个复合地 基的 受力整体 , 共 同承担上部 传来的荷载 。由于桩体的强度和 模 量比桩 间土大, 在荷载作用下, 桩顶应 力比桩间 土应 力大 。 桩可将承受的 荷载向较深 的土 层中 传递并相应减少桩间土承担的荷载。 这样 , 由于 桩的 作用 使复合地基承 载力提 高。 沉降 变形 减 小, 并同时提 高了 土体的抗 剪强度, 亦可使C G F 桩避免产生刺入破坏的可能 。 褥垫层在复合地基中具有 如下的作用: 保证桩、 土共同承担荷载, 它是水泥粉煤灰
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