深厚海陸交互相軟土剛性樁復合地基承載機理與變形特性研究.pdf

1、由于獨特的地質和水動力條件，在江河入?？谔幊Ｐ纬蓮碗s的海陸交互相沉積層，其軟土不僅埋藏深、厚度大，且具有高含水量、高壓縮性、低強度、非均質、欠固結等特點，使其成為該類地區(qū)高速公路建設面臨的工程與科學難題。傳統(tǒng)的地基處理方式難以滿足高速公路工程沉降變形控制要求，剛性樁復合地基因具有工后沉降及不均勻沉降小、處理深度大、復合地基承載力高等優(yōu)點，在高速公路軟基處理中得到應用，但在深厚海陸交互相軟土中尚無成功經驗，缺乏相應的設計計算理論。本文以江

2、蘇省交通科學研究項目(09Y33)和澳大利亞研究理事會研究項目(DP120102142)為依托，結合崇明-啟東長江公路大橋接線工程，采用現(xiàn)場試驗、室內試驗、數(shù)值模擬和理論分析相結合的方法，對剛性樁復合地基加固深厚海陸交互相軟土地基技術進行了系統(tǒng)研究。論文主要研究內容和成果如下:
　　(1)通過室內外試驗與孔壓靜力觸探(CPTU)測試，對深厚海陸交互相軟土物理力學性質進行了系統(tǒng)研究，提出了考慮固結狀態(tài)的欠固結軟土OCR計算方法。結果

3、表明，崇啟大橋北接線工程沿線深厚海陸交互相軟土工程性質極其復雜，各土層顆粒組成以粉粒為主，其含量超過50％;粉土-粉砂層(②2)中粉質粘土與粉、細砂互層，類似于“千層餅”特征，且為可液化土層;淤泥質粘土(③1)層頂埋深超過15m，厚度大于20m，局部粘土與粉細砂互層，該軟土為低液限粘土，且具有高壓縮性;基于CPTU的孔壓消散試驗，引入“似固結度”參數(shù)，可作為軟土欠固結狀態(tài)判斷的依據，分析表明深厚淤泥質粘土(③1)處于欠固結狀態(tài)。

4、　　(2)通過現(xiàn)場沉樁試驗、樁間土CPTU測試、路堤荷載下剛性樁復合地基現(xiàn)場試驗，論證了剛性樁處理深厚海陸交互相軟土地基的有效性，分析了剛性樁加固此類軟土地基的機理和效果。結果表明，管樁可以克服粉土-粉砂層的擠密效應，打入淤泥質粘土層，從而實現(xiàn)處理深厚海陸交互相軟土的目的;沉樁后粉土-粉砂的內摩擦角和相對密實度均增大，其抗液化能力得到有效提高;深厚淤泥質粘土的不排水抗剪強度得到提高，而固結系數(shù)則降低;剛性樁復合地基靜壓場地樁頂和樁間土累

5、計沉降、樁土差異沉降均低于錘擊場地，說明此類軟土中剛性樁靜壓施工后沉降控制效果優(yōu)于錘擊沉樁工藝。
　　(3)采用非線性大變形有限元方法，考慮相應的邊界條件，建立了深厚海陸交互相軟土中剛性樁貫入機理分析模型，研究了此類軟土中剛性樁貫入機理及其規(guī)律。結果表明，樁側擠土效應沿貫入深度逐漸增強，樁端處最強，樁端以下迅速衰減;樁端以下影響深度為8倍樁徑，樁側土徑向位移臨界深度為10倍樁徑;貫入阻力和土中水平向應力分別隨著土體內摩擦角、剪脹角

6、、粘聚力和靜止土壓力系數(shù)的增加而增大;貫入阻力約在土層界面以上l倍樁徑處達到峰值，土層界面對貫入阻力、樁側土水平向應力和位移的影響范圍為界面上5倍樁徑至界面下6倍樁徑。
　　(4)考慮樁體不排水和相應邊界條件，建立了深厚海陸交互相軟土中未打穿剛性樁復合地基固結計算模型，分析了剛性樁復合地基固結規(guī)律。結果表明，剛性樁復合地基固結速率隨樁長、樁體模量和面積置換率的增加而大幅度提高;樁未打穿情況下，隨著淤泥質粘土滲透系數(shù)的增加，復合地基

7、固結速率加快;粉質粘土與粉砂互層的埋深、厚度、滲透系數(shù)和壓縮模量對剛性樁復合地基固結性狀影響較小。樁打穿粉質粘土與粉砂互層時，提高淤泥質粘土的壓縮模量，下臥層中超孔壓消散速率顯著提高，加固區(qū)超孔壓消散速率則無明顯變化。
　　(5)總結分析世界范圍內不同土質條件下單樁豎向承載力試驗成果基礎上，將基于CPTU的軟土不排水強度公式引入Ruiter和Beringen提出的剛性樁承載力估算方法（簡稱歐洲法）中，建立了考慮超固結比(OCR)、

8、水平應力(σh)和長徑比(L/D)的深厚海陸交互相軟土中剛性樁豎向承載力非線性計算方法。分析表明，圓錐系數(shù)隨OCR的增加非線性增大，兩者成指數(shù)函數(shù)關系;樁側阻力修正系數(shù)隨σh和L/D的增大均非線性降低;深厚軟土中樁端阻力修正系數(shù)取值為9.36。
　　(6)通過現(xiàn)場試驗和室內離心機試驗，研究了深厚軟土中不同樁端開口形式、樁體截面形狀和樁側土排水條件下剛性樁水平承載特性及樁土相互作用機理。結果表明，單樁水平承載力隨樁側土錐尖阻力的增大

9、而增大;閉口樁的水平承載力大于開口樁;樁土響應處于線彈性階段時，荷載，位移曲線與樁端類型及截面形狀無關;沉樁引起的超孔壓完全消散后，剛性樁水平承載力得到提高;樁身材料、樁端開口形式和樁入土深度相同時，H型樁的水平承載力最大，而圓截面樁最小。
　　(7)在試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬基礎上，提出了路堤荷載下深厚海陸交互相軟土中按變形控制的剛性樁復合地基優(yōu)化設計方法，確定了詳細設計步驟和設計流程，給出了樁長、樁間距、樁帽尺寸、加筋墊層