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CFG桩—网复合地基在山区高速公路中的优化设计与有限元分析

作　者: 周琛
导　师: 魏建明
学　校: 重庆交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: CFG桩网复合地基土拱效应薄膜张拉效应沉降计算有限元分析
分类号: U416.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着西部大开发的不断推进和国家高速公路网的日益完善,目前西南内陆地区高速公路的建设正如火如荼的进行当中。不同于沿海及内陆平原地区,在西南山地型地区修筑高速公路有其自身的特点,工程人员面临着更多复杂的气候、水文、地质等新问题,其中软土地基处理便是其中比较有代表性的工程难题。本文首先对贵州省高速公路建设中软土地基的处理方法进行广泛的调查和资料的收集,总结出贵州省山区软基特点,重点分析了在建的贵州省遵毕高速公路软土变形特点,并提出CFG桩网复合地基来处理该区域软土路基;然后,针对CFG桩网复合地基的结构形式,具体阐述了桩网复合地基中桩、网、垫层的分类、功能及加固机理,同时研究了荷载传递过程中的土拱效应和薄膜张拉效应;其次,在前人设计的基础上,对CFG桩网复合地基的加筋垫层计算、复合地基承载力计算、沉降计算进行了总结、分析和修正,并提出了两个修正公式。最后,根据高速公路的特点,以沉降量为控制核心的设计思路,按照修正公式为标准的设计方法来确定CFG的各项参数,从而满足设计要求,并依托遵毕高速十八标合同段软土地基作为工程实例进行设计计算和有限元分析。CFG桩网复合地基具有沉降变形、工后沉降较易控制,工程造价低等特点,同时设计人员可以灵活调整桩的各项参数来满足地基承载力和沉降变形,运用前景广阔。目前,CFG桩网复合地基的设计理论远远落后于工程实践,因此,加强设计方法的研究更加有利于CFG桩网复合地基的设计、施工及检测,在西南内陆高速公路软基处理中具有更大的发展空间。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 桩网复合地基国内外应用概况  10-13
    1.2.1 国外应用概况  10-11
    1.2.2 国内应用概况  11-13
  1.3 桩网复合地基国内外研究情况  13-15
    1.3.1 国外研究情况  14
    1.3.2 国内研究情况  14-15
  1.4 本文研究的主要工作  15-17
第二章贵州山区软土地基处治措施调查与软基特点  17-32
  2.1 各行业各地方对软土的不同定义  17-19
  2.2 贵州省山区软基处理方法调查  19-27
    2.2.1 表层排水法  19-20
    2.2.2 换填垫层法  20-21
    2.2.3 抛石挤淤法  21-22
    2.2.4 强夯法  22-23
    2.2.5 振冲法  23-24
    2.2.6 砂石桩法  24-25
    2.2.7 浆液加固法  25-26
    2.2.8 CFG 法  26
    2.2.9 其他处理方法  26-27
  2.3 贵州省山区软基特点  27-29
  2.4 贵州北部遵毕高速公路软基变形特征  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 CFG 桩网复合地基的组成和工作机理  32-44
  3.1 CFG 桩网复合地基的定义和组成  32
  3.2 CFG 桩网复合地基网的定义和基本性状  32-37
    3.2.1 网的定义  32-33
    3.2.2 土工合成材料的分类  33
    3.2.3 土工合成材料的功能  33-34
    3.2.4 土工合成材料的加固机理  34-37
  3.3 CFG 桩网复合地基桩的定义和基本性状  37-38
    3.3.1 CFG 桩的定义  37
    3.3.2 CFG 桩的作用机理  37
    3.3.3 CFG 桩的工作特性  37-38
  3.4 CFG 桩网复合地基褥垫层的定义和基本性状  38-40
    3.4.1 褥垫层的定义  38-39
    3.4.2 褥垫层的作用  39
    3.4.3 加筋褥垫层的合理厚度  39-40
  3.5 CFG 桩网复合地基荷载传递机理  40-42
    3.5.1 土拱效应  40-42
    3.5.2 薄膜张拉效应  42
  3.6 本章小结  42-44
第四章高速公路 CFG 桩网复合地基计算理论分析与优化  44-65
  4.1 CFG 桩网复合地基加筋垫层的计算  44-52
    4.1.1 CFG 桩网复合地基加筋垫层计算方法的总结  44-48
    4.1.2 CFG 桩网复合地基加筋垫层计算方法的分析比较  48-49
    4.1.3 CFG 桩网复合地基加筋垫层计算方法的推荐  49-52
  4.2 CFG 桩网复合地基承载力的计算  52-58
    4.2.1 CFG 桩网复合地基承载力计算公式的总结  52-54
    4.2.2 CFG 桩网复合地基承载力计算公式的分析  54-56
    4.2.3 CFG 桩网复合地基承载力计算公式的修正  56-58
  4.3 CFG 桩网复合地基沉降的计算  58-64
    4.3.1 CFG 桩网复合地基沉降计算公式的总结  58-60
    4.3.2 CFG 桩网复合地基沉降计算公式的分析  60-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 CFG 桩网复合地基优化设计和工程应用  65-79
  5.1 加筋垫层设计  66-68
  5.2 CFG 桩的设计  68-71
  5.3 工程实例  71-78
    5.3.1 工程概况  71-72
    5.3.2 工程地质与水文状况  72
    5.3.3 设计计算  72-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章 CFG 桩网复合地基有限元分析  79-99
  6.1 有限单元法及 PLAXIS 有限元软件简介  79
  6.2 数值模型的建立  79-81
    6.2.1 复合地基土体的数值模拟  79-80
    6.2.2 复合地基CFG 桩体平面应变处理  80
    6.2.3 复合地基土工格栅的数值模拟  80-81
    6.2.4 复合地基界面单元的数值模拟  81
  6.3 施工阶段的数值模拟  81-89
    6.3.1 CFG 桩网复合地基数值模型的确定  81-84
    6.3.2 CFG 桩网复合地基施工阶段数值模拟  84-88
    6.3.3 CFG 桩网复合地基施工阶段数值模拟结果分析  88-89
  6.4 不同加固形式的加固效果分析  89-96
    6.4.1 沉降对比  89-90
    6.4.2 水平位移对比  90-91
    6.4.3 土工格栅变形及拉力变化  91-93
    6.4.4 CFG 桩变形及内力变化  93-96
  6.5 加筋垫层筋材拉力变化规律  96-98
    6.5.1 路堤高度变化对筋材拉力的影响  96
    6.5.2 筋材刚度变化对筋材拉力的影响  96-97
    6.5.3 垫层刚度变化对筋材拉力的影响  97-98
  6.6 本章小结  98-99
第七章结论与展望  99-101
  7.1 结论  99-100
  7.2 展望  100-101
致谢  101-102
参考文献  102-105
在学期间发表的论著与取得的科研成果  105

CFG桩—网复合地基在山区高速公路中的优化设计与有限元分析

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