筋箍碎石樁複合地基承載機理及其設計計算方法研究

《筋箍碎石樁複合地基承載機理及其設計計算方法研究》是依託湖南大學，由張玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：筋箍碎石樁複合地基承載機理及其設計計算方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張玲
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

在工程中套用極為廣泛的碎石樁樁頂一定深度範圍內設定土工加筋套筒構成一種新型的筋箍碎石樁複合地基技術，由於加筋套筒的環箍約束作用，可增加碎石樁的樁身剛度，有效控制樁體鼓脹變形，提高地基承載力和減少沉降，近年來備受工程界重視，但目前其相關的理論研究尚處於初級階段，其承載機理及受力變形特性尚缺乏深入系統地研究。為此，本研究擬從幾組室內模型試驗入手，深入研究筋箍碎石樁的加筋機理及其複合地基的承載機理。針對其受力變形特性，結合荷載傳遞法及變形協調思想，考慮筋材的環箍作用及複合地基非線性大變形特性，引入非線性互補算法，建立筋箍碎石樁複合地基的非線性控制方程組並採用同倫攝動法進行求解。同時綜合考慮應力集中效應、樁內徑豎向組合滲透、樁體鼓脹變形等的影響，對筋箍碎石樁複合地基承載及變形的時間效應進行深入探討，進而建立筋箍碎石樁複合地基變形與荷載之間的關係，提出相應的設計計算方法。

結題摘要

在工程中套用極為廣泛的碎石樁樁頂一定深度範圍內設定土工加筋套筒構成一種新型的筋箍碎石樁複合地基技術，由於加筋套筒的環箍約束作用，可增加碎石樁的樁身剛度，有效控制樁體鼓脹變形，提高地基承載力和減少沉降，近年來備受工程界重視，但目前其相關的理論研究尚處於初級階段，其承載機理及受力變形特性尚缺乏深入系統地研究。為此，本研究基於已有研究成果，通過試驗分析、理論研究、及工程套用分析等多種途徑對筋箍碎石樁複合地基承載機理及其設計計算理論進行了較深入的研究。 首先基於相似理論，設計並完成了多組筋箍碎石樁複合地基模型試驗，探討分析筋箍碎石樁複合地基的荷載傳遞過程、變形發展模式、破壞模式以及樁頂荷載-沉降曲線特徵等。其次，基於室內模型試驗實測數據及承載機理分析，針對樁-筋材-土三者協調變形的特殊機制，結合荷載傳遞法及變形協調思想，探討分析筋材的側向環箍作用及複合地基非線性大變形特性。最後，本研究結合筋箍碎石樁複合地基非線性大變形特性以及室內試驗資料，考慮樁-筋材-土三者協調變形，提出了筋箍碎石樁複合地基承載力及沉降等計算公式，進而建立筋箍碎石樁複合地基變形與荷載之間的關係，提出相應的設計計算方法。 歸納總結筋箍碎石樁複合地基的加固機理可得如下結論：(1) 與傳統碎石樁相比，加箍碎石樁具有更大的極限承載力、更小的樁身豎向變形以及側向臌脹變形；(2) 土工材料加箍套筒對樁體起著顯著的約束作用，尤其以2倍樁徑範圍內格柵套筒對整個樁體承載力的提高效果最為明顯； (3) 筋箍複合地基中樁體可分擔更多的上部結構荷載，提高地基承載力，減少地基沉降。湖南省通平高速公路某路段現場靜載試驗結果標明：相比較於傳統碎石樁，筋箍碎石樁的單樁承載力有明顯提高，加筋長度2m單樁承載力可提高30%；相同處治面積下，採用筋箍碎石樁複合地基技術，置換率可減少30.7%，筋箍碎石樁複合地基技術較普通碎石樁複合地基技術更為經濟。 相關研究成果在核心期刊上發表(錄用)期刊論文8篇（SCI論文4篇，其中1篇錄用待刊），獲發明專利1項。通過本項目的研究，能更深入地認識筋箍碎石樁複合地基承的載機理，可促進該處治技術及其設計理論的進一步完善，加速其推廣套用，其成果具有一定的學術價值與廣泛的社會經濟效益。