[00133015]新型刚性桩复合地基技术及理论创新与工程应用

本项目重点针对多桩型复合地基工作性状及其设计理论、软岩嵌固型刚性桩复合地基承载性能、大直径素混凝土复合地基在高层建筑地基处理中的应用及设计理论、后处理复合地基在高填方路基工程中的应用及设计理论、高水位条件下粉土砂土CFG桩质量缺陷形成机制与控制技术等方面的不足,采用产、学、研相结合的模式集成创新,通过理论研究、室内与现场试验、数值模拟、新技术开发与应用,进行了大量科研工作。 1)通过数值模拟、现场试验和理论计算,分别研究了刚性桩复合工作性状、刚性长短桩复合地基桩土应力比及承载力发挥系数计算方法、桩顶上刺入变形的计算方法、复合地基桩土空间作用系数、基于等沉降原则的刚性长短桩复合地基承载力计算方法、多桩复合地基中任意位置桩体计算单元中加固区土体变形刚度的解析方法、刚性桩复合地基的空间刚度概念设计等。 2)基于室内模型试验研究揭示的褥垫层的变形机理;通过现场模型试验研究了桩端为岩层的刚性桩复合地基的承载和变形特性;提出了褥垫层合理铺设厚度;根据工程实例,分析了桩端为饱和单轴抗压强度标准值不大于15MPa的中等风化和强风化岩采用刚性桩复合地基技术的适用性,明确了该地质条件下刚性桩复合地基承载力和变形的计算方法,并应用于实际工程。 3)总结分析了四川卵石地基与红层泥质软岩工程特性;以现有复合地基理论和现行小于600mm直径素混凝土桩复合地基设计方法为基础,进行了直径大于800mm桩复合地基现场原型试验、复合地基实际工程监测;开展了大直径桩桩复合地基的加固机理、承载与变形特性以及设计计算模型等研究;形成了大直径桩复合地基设计理论方法和技术标准,并通过实际工程的应用验证所建立方法的可靠性和可行性。 4)按照路基及填方弹塑性、桩体弹性的假设,运用有限元软件建立高填方路基后处理复合地基三维数值模型,研究了高填方路基后处理无砂混凝土小桩桩侧负摩阻力的分布特征及其在后填方施工过程及工后土体固结过程中的作用;结合高填方路基后处理复合路基中固结度的变化发展规律,探讨了后处理复合路基承载力分担机制以及荷载传递机理;进行了膨胀土、黄土、软土地基的新建工程、加宽改造工程的应用研究,提出了路基沉降控制技术及多桩型复合地基后处理技术,形成了后处理复合地基沉降设计理论及路堤工后沉降预测方法。 5)长螺旋钻机施工过程中粉土、砂土的剪切液化作用机理研究方面。设计和制作了一套实验室内用的长螺旋钻孔CFG打桩机,在实验室内模拟长螺旋钻孔CFG桩施工。通过改变钻杆转速和桩间距,监测长螺旋钻孔CFG桩在饱和细砂施工过程中的超孔隙水压力变化情况,分析了超孔隙水压力的变化规律,分析了试验现象和桩外观尺寸变化,找出转速、桩间距和饱和砂土液化的关系。通过模拟饱和粉砂中的长螺旋钻孔CFG桩施工过程,监测施工过程中饱和粉砂的超孔隙水压力变化情况,分析了超孔隙水压力的变化规律,并对超孔隙水压力与饱和粉砂液化之间的关系进行了研究,总结饱和粉细砂液化程度的评估方法,计算了饱和粉细砂液化程度,建立转速、桩间距、液化程度的数学模型。 6)黄泛区CFG桩质量缺陷形成机制与防治方面。利用土力学基本理论,借鉴施工力学分析方法,对高地下水位条件下黄泛区粉土、粉质黏土互层,饱和砂土场地上CFG桩施工全过程进行分析,研究了剪切、振动、抽吸等施工行为产生的各种效应,如桩周土体液化、孔隙水压力剧烈变化引起土体强度降低、流土、孔底真空引发的孔径变化、桩底虚土沉渣的形成机制等。从长螺旋钻孔CFG桩施工参数和饱和砂土施工液化的关系入手,在施工力学问题及其作用机理分析研究的基础上,有针对性地对各种缺陷产生的预防措施,得到工程界广泛采用。 目前,项目研究成果已成功应用于北京、四川、重庆、河南、河北、山东等地各类工程300余项,涉及淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层等软弱地基、砂卵石地基、不同风化程度岩石地基及其组合地层,典型项目包括成都绿地中心蜀峰超高层项目（468m）、成都ICON云端项目（中国-欧洲中心）、济南章丘区刁镇镇驻地旧村改造项目、濮阳黄泛区CFG桩治理缺陷治理项目等。近三年累计创造直接经济效益达10亿元。随着本项目科研成果进一步推广,必将进一步保证工程地基基础稳定性,保障人民群众生命与财产安全,具有广阔的应用前景。 同时,以项目研究成果为支撑,专利授权21项（其中发明专利5项）,出版专著3部,编制标准7部,发表论文30余篇。并为党和国家培养高级工程技术人员100余名,博士生3名,研究生10余名,本科生40余名。 研究成果促进了新技术与新理论在刚性桩复合地基技术领域的推广应用,解决了现有刚性桩复合地基施工中的多项技术瓶颈,扩大了刚性桩复合地基技术的应用范围。