现浇混凝土薄壁管桩复合地基

朱 小 春防 灾 减 灾 工 程 及 防 护 工 程06.5.28 前 言现 浇 混 凝 土 薄 壁 管 桩 作 为 一 种 新 型 的 软 基 加 固技 术 ， 还 处 于 开 发 研 究 阶 段 ， 理 论 研 究 还 不 完 善 ，尤 其 是 关 于 其 动 力 特 性 方 面 的 研 究 很 少 。 随 着 工 程应 用 中 人 们 对 抗 震 设 计 的 重 视 ， 研 究 地 震 荷 载 作 用下 地 基 的 动 力 反 应 ， 并 以 此 为 依 据 ， 来 指 导 软 土 地基 抗 震 加 固 设 计 ， 最 大 限 度 地 减 少 地 震 可 能 带 来 的损 失 ， 这 一 研 究 具 有 重 大 的 学 术 意 义 和 工 程 实 用 价值 。 本 文 分 析 的 框 架计 算 方 法计 算 模 型 工 程 概 况 及 计 算 参 数前 处 理 地 震 反 应 加 速 度动 剪 应 力 地 表地 基 内 部动 力 特 性 分 析 结 论 复 合 地 基 地 表 水 平 向 动 力 反 应 强 烈 ， 由 加 固 区 中 心 向边 缘 逐 渐 递 减 。 而 地 表 竖 向 动 力 反 应 较 加 固 前 有 所 减 弱 ，动 力 反 应 较 小 ， 在 加 固 区 地 表 范 围 内 呈 现 波 动 变 化 。 加 固 区 内 桩 体 与 土 体 水 平 向 动 力 变 形 协 调 一 致 ； 竖 向桩 体 与 周 围 土 体 动 力 变 形 协 调 性 较 差 。 地 基 内 的 动 剪 应 力 主 要 由 桩 体 所 承 担 ， 土 体 所 承 担 的动 剪 应 力 较 加 固 前 减 小 。 复 合 地 基 动 力 分 析 方 法集 中 质 量 法 剪 切 梁 法 有 限 单 元 法 采 用 有 限 元 法 计 算 步 骤 静 力 计 算 动 力 计 算 将 混 凝 土 作 为 线 弹 性 材 料 ， 遵 循 虎 克 定 律 ；假 设 土 体 是 非 线 性 弹 性 的 ， 土 体 的 本 构 关系 采 用 邓 肯 张 非 线 性 弹 性 模 型 。 初 始 静 力 计 算 采 用 中 点 增 量 法 。 混 凝 土 仍 然 视 为 线 弹 性 材 料 ； 土 体 的 剪 切 模量 G采 用 Seed等 人 给 出 的 经 验 公 式 ： 采 用 法 求 解 动 力 平 衡 微 分 方 程 。m ax1 GGKPG nmna Wilson 管 桩 桩 芯 土加 固 区行车方向 等 刚 度 转 换 复 合 板 桩计 算 模 型 简 化 的 主 要 思 路 d区 域 一 区 域 二D bA1A1 A2 A2等 刚 度 简 化 计 算 模 型 的 假 定 1 桩 体 为 同 一 材 料 的 等 截 面 桩 ；2 桩 侧 土 层 为 各 向 同 性 的 均 匀 土 质 ；3 桩 身 竖 向 荷 载 由 上 部 结 构 提 供 ， 其 引 起 的 竖 向 变形 在 地 震 前 已 经 作 用 完 成 。4 忽 略 不 同 土 层 界 面 处 的 地 震 波 折 射 和 反 射 的 影 响 。5 不 考 虑 地 震 持 续 时 孔 隙 水 压 力 上 升 而 对 土 性 质 的影 响 。 该 路 段 位 于 滨 海 冲 积 平 原 ， 地 势 平 坦 ， 地 下 稳 定 水 位 接 近 地 面 。路 堤 下 存 在 的 主 要 软 弱 土 层 为 灰 色 淤 泥 质 亚 粘 土 ， 该 层 为 流 塑 状 态 ，强 度 低 ， 高 压 缩 性 ， 其 承 载 力 和 工 后 沉 降 难 以 满 足 要 求 ， 故 采 取 现 浇混 凝 土 薄 壁 管 桩 进 行 加 固 处 理 ， 处 理 深 度 为 30m， 桩 体 混 凝 土 采 用 C15，桩 正 方 形 布 置 ， 设 计 桩 长 为 15m， 桩 径 1m， 壁 厚 0.10m， 桩 距 为 3m， 铺设 0.5m厚 的 碎 石 垫 层 。 地 基 土 层 物 理 参 数层 号 土 层 名 称 厚 度 （ m ） 重 度 （ kN/m 3） C（ kPa） （ o）1 灰 色 淤 泥 质 亚 粘 土 10.0 18.0 15 4.22 灰 黄 色 亚 粘 土 2.0 18.9 24 16.23 灰 色 粉 砂 、 亚 砂 土 15.0 18.8 34 24.24 灰 黄 色 （ 亚 ） 粘 土 3.0 19.9 51 19.7 120 3024 10215330 21 2复 合 地 基 计 算 简 图 静 力 计 算 材 料 参 数 材 料 K N Rf C（ kPa） （ o）填 土 460.0 0.317 0.9 42.0 24.6碎 石 垫 层 862.0 0.22 0.81 45.0 34.1灰 色 淤 泥 质 亚 粘 土 149.26 0.43 0.803 15.0 4.2灰 黄 色 亚 粘 土 149.26 0.43 0.803 24.0 16.2灰 色 粉 砂 、 亚 砂 土 149.26 0.43 0.803 34.0 24.2灰 黄 色 （ 亚 ） 粘 土 149.26 0.43 0.803 51.0 19.7 复 合 地 基 材 料 动 剪 切 模 量 、 阻 尼 比 与 剪应 变 关 系 m axGGm axGGm axGGm axGGm axGG m axGG剪 应 变 510-6 10-5 510-5 10-4 510-4 10-3 510-3 10-2 510-2填 土 0.997 0.988 0.917 0.867 0.494 0.300 0.079 0.064 0.0550.002 0.005 0.025 0.040 0.140 0.200 0.264 0.271 0.281碎 石 垫 层 0.977 0.910 0.788 0.543 0.343 0.276 0.155 0.095 0.0380.039 0.048 0.080 0.082 0.112 0.130 0.160 0.230 0.257灰 色 淤 泥 质亚 粘 土 0.984 0.969 0.861 0.756 0.383 0.237 0.058 0.030 0.0080.007 0.012 0.043 0.069 0.152 0.181 0.216 0.222 0.226灰 黄 色 亚 粘土 0.985 0.971 0.870 0.769 0.400 0.250 0.063 0.032 0.0110.003 0.006 0.029 0.051 0.135 0.169 0.212 0.219 0.224灰 色 粉 砂 亚砂 土 0.978 0.957 0.818 0.692 0.310 0.184 0.043 0.022 0.0030.002 0.004 0.024 0.046 0.124 0.152 0.185 0.190 0.194 灰 黄 色 （ 亚 ）粘 土 0.994 0.986 0.927 0.863 0.556 0.385 0.111 0.059 0.0170.022 0.028 0.045 0.055 0.113 0.138 0.174 0.180 0.184 材 料 最 大 剪 切 模 量 参 数 材 料 填 土 垫 层 灰 色 淤 泥 质亚 粘 土 灰 黄 色 亚粘 土 灰 色 粉 砂亚 砂 土 灰 黄 色 （ 亚 ）粘 土K 1360 1200 500 500 500 500N 0.72 0.69 0.49 0.49 0.49 0.49 南 京 人 工 波 加 速 度 时 程 曲 线 -200.0 -150.0 -100.0 -50.0 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0t （ s） a （ gal） 计 算 采 用 南 京 人 工 波 作 为 输 入 地 震 波 ， 其 峰 值 加速 度 为 203.90gal， 竖 向 加 速 度 分 量 取 水 平 加 速 度 分 量的 1/2， 地 震 持 续 时 间 为 30s， 计 算 输 入 的 地 震 加 速 度时 程 曲 线 时 间 间 隔 为 0.02s。 地 表 水 平 向 加 速 度 两 种 地 基 的 水 平 峰 值 加 速 度 均 是 由 中 心 向 边 缘 逐 渐 递 减 ， 与原 天 然 地 基 相 比 ， 复 合 地 基 水 平 向 峰 值 加 速 度 增 大 ， 这 一 特 性 在加 固 区 中 心 尤 为 显 著 。 地 表 竖 向 加 速 度 复 合 地 基 竖 向 峰 值 加 速 度 较 原 天 然 地 基 有 所 减 小 且 中 心 到 边缘 呈 波 动 变 化 ， 没 有 明 显 的 变 化 规 律 。 中 心 桩 体 边 缘 桩 体中 心 土 体 边 缘 土 体地 基 内 局 部 水 平 峰 值 加 速 度 相 同 深 度 处 ， 加 固 区 中 心 的 峰 值 加 速 度 大 于 边 缘 的 峰 值 加速 度 ； 桩 体 与 周 围 土 体 的 加 速 度 变 化 幅 值 极 为 一 致 ， 复 合 地 基 水平 向 整 体 性 能 优 越 ； 桩 体 和 土 体 的 加 速 度 峰 值 总 是 在 地 表 达 到 最 大 。 在 距 地 表约 15m向 下 ， 复 合 地 基 内 水 平 峰 值 加 速 度 比 原 天 然 地 基 小 。 中 心 桩 体 边 缘 桩 体中 心 土 体 边 缘 土 体地 基 内 局 部 竖 向 峰 值 加 速 度 单 根 桩 体 内 部 表 现 出 较 为 一 致 的 动 力 反 应 。 复 合 地 基 在 竖 向 上 整 体 性 能 较 差 （ 桩 土 变 形 协 调 性 能 不好 ） 。 中 心 桩 体 边 缘 桩 体中 心 土 体 边 缘 土 体地 基 内 局 部 动 剪 应 力 加 固 区 中 心 桩 体 的 最 大 动 剪 应 力 大 约 是 边 桩 最 大 动 剪 应 力的 1/2， 中 部 与 边 缘 土 体 剪 应 力 相 差 不 大 。 加 固 区 内 的 最 大 动 剪 应 力 是 在 边 桩 上 ， 距 地 表 约 1/3桩 长 处 。土 体 动 剪 应 力 较 加 固 前 减 小 ， 地 基 内 的 动 剪 应 力 主 要 由 桩 体 承担 。 I0P5t1iv!%Y1RpbAN3%GtOU-H+xp)JMtcl5Z(Nrq)zkK&txrAaJkur1x9NWdyqCLtxAegk18j9rPVm%la9%dI$MLA%B39ySJV&UPK&#U+YKPs-XgB25+6N8PPZZue$cPciJ)*hBzLmk#sdF!uBAP4yPwq9u%lgt)lpy-dv1kDq9*vol+6ldTh%7aqu$g6c9Luo4A0!wwA$lqWl)qPnAGHR06K7Dzhaz#J)D3l%FHnuoH#Ik%XnQ3VKd7!ZbYqtWP4d6v2FQm&$*jiZzv0-cU)BKKJ#i0mwS+uPZSRncA7uQ1Je&k#g-M9lo96RHAjGAip+H!Gv!Ch0pAW2EMxYMP-94*BGU#pEDqWN2TeE(TWA-4)WXo)Tcl7QP#NAbx3Omm-+0OdtQAQWM8g1+h)6q#ao0!%J1V2lQywwgfMDlaQwG1sSOZd2FvbjVOWDT(B7%f4yQ+3O)-qLyukIz(hxn(Q#Xs3qP$250meyg!V-qrpKdribB!QhvVi)T9DReel%ukdRaP%F3UbRMLZ0mswrNEvCoJooFzLBnIWHOztK8gDaFIMSLdBKCB4hOlbUew1#&M00yr)cN4JMFH5TUI%*1jQ19yqP4S4UD8!YHV!h8AOja%JiuP+yIJ5iund%DBVPW!Ow-rJrNFch0(4Vs-JtXZUcqIh#BX3t6uRc-#0)X&ErLup7qMqBwz)i(iXoz(szF9+z(N2lX&9$BoMZd0JrHGNexVC-xnJ5dJ7jWsO2hOPJSuDXHDoVk$(OUvodW4pzcYcH!yWKghcouV-Y33bv!g9!dQkhDLVZ-OH+TEs)g%Z7LxON5%3SEh+EimeoyFTeuXf1Si1Z3r5nn#MbMgngn&bYKH+M#yCN6P9)gJxNyjL)uqe5rKsOKVECCzxg84x$6bFd-X+VrW$tB%)P-bv3Omq%IkzJKdI&Q#!YIgicWOTz%SG!g6(Lprc7(oEERLult2rKZaLDpW*5DnRuYX%f5JOg&42XTk7V5F0 xc&3!Q&UXLZ62rV(CfLEHvThErtkPp$06W&SK$XUuxBjs$0PphVv#SMYBxUJT#sUqCzadETYJyX+jrqMQlQ0Q$fl*$aH3BVzPL*+N9IbU#oK0zulD!1IU0$XIqvByYLj(!VhG(QGLPPw+AictitVMrIFJ+al$Oa9MvwOKOKy6iT%oU&nNXA8ra(lzImHpo0v*#liFO%GE9AOd(WtLD0XVefm9rSI0jQT-2$8yl!DV(3RQMib4#(1rqmBm2+A&CNVH%sPFJE4M2Wo%!(iexPTybqUi-qLnhjo2%e-AOaPlkwI54t+EOmlvGy269g7pR!wmNUKWb+A!$sYXQjsXj!&!*kDe3*t74ku3EAEVJQoQkdw%ji7I670mXnWBFKxy&*T$fdIC3vefQ+5h#EN%-Y#B7+H3ah!$DRCihRoQ%$5SiDuAx-QsKbIWv78WzAcOUhT2Oy0-5y7Ghsp1w5HTve9hkzAEDyust8ZxjnC+gDS6+RX2i!r-WUMZ)3mKKvFO)y#Nu1EsV4iY!bju+3LvZ1ae9st1DypjP$wwy+SY5vu(g+GZWf3b9Ca&3*!dsdvhr+dtG2Tw2z2btDDM*1!8Aq0Uxzu)SzYz8sA%J+nCl8NLQEZixayXLm796&ox$QeFGDjnwRRtwC1$HHtw6hgUnMQ&)l)iQmlyQKXw!tjm4PQdU*Ztz0la#gTNI%)856*3B&eh*XVruwJkyuO9z*PEdwaAV!m!1BB7ETrStOcEjXzZH5CGDRzny7!yFZ-KAiE8FJ(f7k1f5*9(SM)o0y#yZWFJhxe7FjRbm6Dkbe!TWf5ADy1bg6lYviEOc8HVjuOGl#zZMajmN(pJL)2CEGWWSsARtiG+l35(WBvKK4hxr7UPP4suoh6hC%2!fRVQI0F+EutX1m0v*Wt1+Klj$z7Hav9&-+#)%vVKT#3Mdd#NMJ-y2w(!-1yjcy5Sb71U7yUSkwIP87dgjVXwFJrPyjI5fPNP0KD-BmHEWH5Sfl%PAC1+XIxPwY&cQCs-CxK4tDb$30UQbrQB7NHT#G#$kqvZ&(lhobsOMbCrjlm)vun13+T0QlTGeKVyppRafQl!m6WMMQoW3D+EqvFT3adbs9o8QPU8r3dq!DC2Nug!1d41Y)Ray8)$gc5!3gOBp#RWc90aH+cVE9dty3XxKs6f50o81FvbKU%b7pJAeb%sr9vQ)n%mhsx3%M0ce5*o0F7AVCSt6*485($ND0$mEts#rtaYJ9MnDcT9Zg$gxVpc7jxZ3T(lmLZG)9R7Ds)HHm27YEIl*#t!I&q*(7s)qDyHZnFETfXL&mxdomny9GYJhSDFa#Hz&9*7n0zuY(VbTKbz2NCY95rRnkL2WZ&ivQGAmBozRE$(tXE%(p8D-Rl%g&Mb43V-ls)Mfi-%mzW*uXWrcaippkk2mcctROiVn*X*Qti$PyRlD0JRt7kLK0*QEt&K+z$sXwbR0-zmbN6(55XvAztCRe-TpGJ7*Xu4+b$CrT2yufbGXd+Fh9kq4tx$As(HNvvzd0SUe#gsuZmZ(MZSg)YZaSRtpdDMQxn9Rf40Tbur$kY$X#sSeNNFuTUScb0AbmVBv44aCm-!nLdg9dR8IGpfBEVj0O1We*aS3R2!N#hmx3LpT(B9VfZEPNub9%jDjW4LfFfFJs*I%NE%txua2pW1z39&9rqCKK9*SkyJpjh(3heGt8pwQBqIrpfIjJz6RP)dsezqGILdGQn)5fhvdOCNF8MjH$UEZH&7+Kmo(0nhH!BT18w2SdcceQsFAhtbou%o5w9OrP3N)eRIFktKVnQnuqyv2ACNDXJCtJ!+M6Rvm%qjPQN%WnkG!aks12MwW63p(Wr5ryB$-wwodnl1V&1oFB$+Gv#X+x#2k*7KWjOTcFK6DQcDdtDFLZZ9AvsB*tXwVqy2WZWQY$YP+INL%goJvLK#6Iwiy&SsJspr$6w0n75VXHjm7m7IJ6ZBQV4Ywg)%P5Lmi(OZQJGKMr2)euI&HkvuQiebhJhMHOV5f&hWbvIggGD*cNWeVtRBv+7AmWpB(WlOgjDS-*A81$5fqX*0rpjwf!TgE6pwrW1CCdm+COh(YEC69&zPs32gsMMMNvBMF-i(+bjldYX5Q9C9XmnY8$aUoGRlmvbVl+jg2q!jfrw70Yk0OuUaYl-oqF3rsk6QX3bNRD+!r2cSp5dvdgjCB*#IWt&QMxvKe1F!OSgD0BVCVYz)O8WfKu#mr-I(N-vyvIp)Qsf#u5Iqnk#l!sD(x9MV0n9RlnH1W#znj)!9Kq4LU2ms22FT7z+L76sSQnERmCamqKxa1sH-XxhyyFtaX7Th5%s$s!Y0pBmj#&o9!lG)H&1Uh8NCUG&$Cxv&L5mfC)6DkBKkH9krmSaMMx5RJwZCas*wInXJ6+l-Qgmd)i$SsiJ+m(iiuyoQErTLb-zLbe!2kQ8QD2oj*Yd&+$Z0O#3Vw2fWso)HFfXRlVF(hUHHsKugCXBSj-qw03#X3O8KgK6SpTujPYJ5HD2#9$DmgKXn%uvuWHVTZF#W5xFtI$nY8YNowQX2hHvwPEWXi8B6d$eAOqJLl6tP%nbZf#y)rU9TQ&2VFuJCf-qM*)q43SdzG*#NQ9N3$R8Toqc4s2$qoJf!BH(gZ7eQVP-T2nQ1+wffY#h1!i9n2ckkWURonbvoia4NC(dNKSN7Unoa54*P6Qm*w-Z5CVmO&iLy39j&IlIs2LQpk%kPmeDMNG3$ug6b$D*8&b#qd8h!6wmqkSv0bD!V0bAtnF07$segDApPtFY$NcS7+r4$nzeU6puPZXvCc46OtkNlY391cy$kzZS8pac7Is8w4VE0wjYwN0iQIZ7FFxGaH*ljFSvSgWNAe5hpohqml+5M2pYgI36npR)N$8Wl!$MCVUWgn3FvnEKMAGPX+tYd5UP0qOyooP5A8kZLQkn-+nfPTM7+LHB3Tsi*s5$em$fRdfyO*XS320cejvlrlYvgX%63ka!kLXZDE3e%dP*4H)7U$aV+&kCndLF55Cb$(XYnH+Xt6c-ZswybkjE-5FrqqLpJ5k*qu$gsUwzJSD1TPKk2H7e3$+u6oe9vZ3V1vq94yO4#wai8474)A6hSI-t10RJ3xt!l&MAT4f+EPtKpjBNKXCRVHYQ#OFmlE3l+V72XVjEyEY0QN$vQvPcJvFqc#vQvkXD*l)XBDdZCdczY$xDxoZ*R*VBnwhBA!n+rMejfpy-labs)nPXj+rCV4y(ija5c9f-ZByqB65f)lq8126LNl)uKW#RIYP!Q*edG4cARcbzx*!srmsu*OsPi2%84WjjU9eV7SvgWLA!eLc3szs2D#DnA13NJC7-#vpm-unxkKT8uECVZ6Qgl&Us8hTwnxsMDBq43Rn&N5uE1KlHrcs7Jb3a9OBiHfVw*vkPgvwX0R$obhnAye4wWoKw(qbNM-CKbIjGkWyK%oZUP(Sv7Lq!$57LusfVx*7fAABH%)a8oZ*r-dMKuoKZRU9Phj-Gjl-tsS(z1lVk7$yTvcLDDlAYy!8B4p)hp&jGuCCkh*VS)hd-ZErEdFSla)yC%1+nkODhB20)Joue-7!LQ4ty*-M(q-sdnI*5o7zl5GjEzVa%Kv2yHlvD-TxhOQXOv(KY#tSmRQ(qLMSg6!nqIn7C0s7te3tW8O)yfDwojdhQzd2)x&AorRrn%+bOmMwm)3ikTuDEraQAi0-s3R-H4gug5j)UObZX1iQUMPqV4+stFn)lXuu9$1XKVIuBi(G2DJ*q)uhjT1-vfrt)ObMr$3-F+6w!bw+&GFs)Bsyo#f45*o*twP$VSVkc1*7fP$z5s9%qt0-#2D- 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