變截面水泥土雙向攪拌樁技術(shù)及承載特性研究

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1、東南大學(xué)博士學(xué)位論文變截面水泥土雙向攪拌樁技術(shù)及承載特性研究姓名：席培勝申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：劉松玉;朱志鐸20070626摘要復(fù)合地基技術(shù)在軟土地基處理中已有大量的應(yīng)用研究，不同技術(shù)適用于不同的條件。目前公路軟基處理中最為常用的是水泥土攪拌樁復(fù)合地基，但常規(guī)水泥土攪拌樁在處理軟土地基中常出現(xiàn)—些問題：(1)由于施工中存在“溢漿”，水泥土攪拌樁樁體水泥摻入量達(dá)不到設(shè)計要求；(2)水泥漿沿樁體垂直分布不均勻；(3)攪拌不夠均勻；(4)由于水泥土攪拌樁施工過程中對地基土擾動，發(fā)生樁體下沉：(5)樁土共同作用難以協(xié)調(diào)，需在樁頂部設(shè)置墊層或土工織物加筋層：(6)樁間距較小，破壞

2、了土體的天然結(jié)構(gòu)，硬殼層自身強(qiáng)度沒有充分發(fā)揮，造價較高。在充分研究水泥土攪拌樁復(fù)合地基的加圃機(jī)理和影響水泥土深層攪拌樁成樁質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上，東南大學(xué)交通學(xué)院劉松玉教授等成功研制出變截面水泥土攪拌樁和雙向水泥土攪拌樁及其施工工藝和旆工機(jī)械。將變截面水泥土攪拌樁的結(jié)構(gòu)形式和雙向水泥土攪拌樁的施工工藝相結(jié)合．叩形成了一種完全新型的軟土地基處理技術(shù)——變截面水泥土取向攪拌樁技術(shù)。本文在變截面水泥土雙向攪拌樁現(xiàn)場試驗的基礎(chǔ)上，通過理論分析和數(shù)值模擬，對變截面水泥土雙向攪拌樁技術(shù)和承載特性進(jìn)行研究，取得的主要成果如下：(1)系統(tǒng)總結(jié)了水泥土強(qiáng)度和攪拌均勻性影響因素，對水泥土攪拌樁施工擾動、樁身荷載傳遞

3、規(guī)律以及單樁和復(fù)合地基承載力的確定進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對存在的問題進(jìn)行了分析。(2)通過現(xiàn)場試驗確定了變截面水泥土雙向攪拌樁和雙向水泥土攪拌樁的施工工藝。運用能量守恒定律，分析了機(jī)械參數(shù)與單樁設(shè)計參數(shù)、工藝參數(shù)和工程地質(zhì)參數(shù)之間理論關(guān)系．為今后工程應(yīng)用中機(jī)械參數(shù)和工藝參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。(3)通過現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗和水泥土的電阻率測試，分析評價雙向水泥土攪拌樁樁身宏觀質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。雙向水泥土攪拌樁樁身質(zhì)量沿深度分布均勻．且強(qiáng)度較高，常規(guī)水泥土攪拌樁樁身質(zhì)量沿深度分布不夠均勻。特別是下部樁身質(zhì)量差。電阻率測試結(jié)果表明雙向水泥土攪拌樁的微觀結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于常規(guī)水泥

4、土攪拌樁．且沿深度分布均勻；各向異性指數(shù)表明雙向水泥土攪拌樁樁體基本可以近似認(rèn)為是各向同性體，而常規(guī)水泥土攪拌樁則存在明顯的各向異性．(4)從球孔擴(kuò)張理論出發(fā)，假設(shè)樁周土體服從摩爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，建立了雙向攪工藝和常規(guī)工藝施工擾動分析模型，系統(tǒng)分析了兩種工藝施工過程中樁周土體彈性區(qū)和塑性區(qū)應(yīng)力場、塑性區(qū)范圍和超靜孔隙水壓力的變化和分布情況。得到施工過程的解析解，并對其影響因素進(jìn)行分析，從理論上解釋了雙向攪工藝樁問土強(qiáng)度變化的機(jī)理。理論分析和試驗結(jié)果表明，雙向攪工藝施工對樁周土體的擾動范圍和程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)工藝，且施工結(jié)束后其樁周土體超靜孔壓的消散速度要明顯快于常規(guī)工藝。(5)通過對變截面水

5、泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基在剛性基礎(chǔ)和路堤荷載作用下樁身荷載傳遞規(guī)律的研究，探討了單樁和復(fù)合地基的承載特性，分析了單樁和復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)、工程地質(zhì)參數(shù)和路堤填土參數(shù)對樁身荷載傳遞規(guī)律的影響。通過數(shù)值模擬，得出擴(kuò)大頭“翼緣”下樁身荷載“驟減值”、擴(kuò)大頭“翼緣”下樁身最大附加應(yīng)力與樁頂應(yīng)力的比值和中性點位置與影響因素之間的變化規(guī)律。(6)通過現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬和理論分析，研究了變截面水泥土雙向攪拌樁在不同類型荷載作用下的單樁和復(fù)合地基的承載性能。從雙向攪工藝施工對樁周土體強(qiáng)度的影響，路堤荷載下復(fù)合地基的土拱效應(yīng)、對稱邊載效應(yīng)和擴(kuò)大頭范圍內(nèi)負(fù)摩阻力、破壞模式和樁身荷載傳遞規(guī)律等幾個方面進(jìn)行分析研究，

6、提出了在不同類型荷載作用下的單樁和復(fù)合地基承載力計算公式、以及單樁和復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)的確定方法。關(guān)鍵詞：雙向攪拌樁；變截面攪拌樁；電阻率；球孔擴(kuò)張理論；超靜孔壓；荷載傳遞規(guī)律；單樁；復(fù)合地基：破壞模式；承載力東南大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractCompositefoundationmettaodisawideapplicationtechnologyinsottsoilimptOvelllent．Ithasmanydifferenttyp鶴usedindifferentsoilconditions．Amongthesetypes，deepmixingeolttmnisthemostfreq

7、uentlyusedone．especiallyinsoftsoilItealmerltofhighwayconstruction．Theream∞meconstructionandstructurallimitationswithdeepmixinglllcthodasthefollowingproblemswhichiscommonlyencounteredinpllldic：e：(1)“groutspill”phe