软土地基水闸桩基处理及闸室结构有限元分析

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软土地基上的水闸,可能会因地基承载力过低而发生过大的不均匀沉降,甚至会危及到工程安全。在水闸软土地基处理中,因桩体增强体加固形成的复合地基具有稳定性高、施工快且容易控制的优点,使其得到广泛应用。但对桩体加固的复合地基桩处理时桩参数的选择上,大多是基于工程经验,并未考虑桩、土与闸室结构的相互作用,仅用上部荷载对桩参数进行选择,可能导致夸大桩的作用造成工程安全。因此,对软土地基中水闸桩基处理时,不同桩参数下的承载特性和桩土与闸室结构共同作用的研究具有重要的工程意义。论文以某一开敞式水闸为研究对象,借助三维有限元分析软件ABAQUS,建立水闸底板与群桩模型、水闸三孔一联闸室与桩土地基的整体模型,对不同桩基处理时的承载特性规律和不同工况下闸室结构的应力应变规律进行分析研究。本文所做工作如下:(1)查阅国内外的相关研究文献,了解复合地基理论、地基处理技术及桩–土–上部结构共同作用现状,并对桩土复合地基的承载力与沉降计算和闸室结构的计算方法进行分析研究。(2)建立水闸底板、垫层与群桩基础的三维模型,对桩基处理时不同桩型、桩径、桩长和桩间距下的竖向承载特性进行分析。研究结果表明:荷载作用下,因桩身模量的差异,水泥搅拌桩表现为桩身的压缩;预制桩因刚度较大表现为对桩端持力层的刺入。根据本文研究水闸地质条件,对于水泥搅拌桩群桩加固的水闸复合地基,一定范围内增大桩径和桩长能有效提高承载性,但桩径大于600mm,桩长大于8m后再增大桩径和桩长效果不再显著。当桩间距大于2d,会因置换率过低,桩身压缩量过大造成桩的作用被削弱,因此,对于柔性桩宜短而密布置。(3)采用上述桩基处理方案,建立三孔一联闸室结构与桩土地基的整体模型,对四种工况下水闸的地基沉降、群桩位移和闸室结构的应力进行分析研究。结果表明通过水泥搅拌桩加固的水闸最大沉降量和最大沉降差均满足规范要求,闸室结构整体保持健康运行。(4)使用复合模量法,假定桩长范围内的土层为均质复合土体,对四种工况下水闸整体进行三维有限元分析,并与原水泥搅拌桩加固的水闸整体进行了对比分析。结果表明两种方法下水闸结构应力差别不大,但闸基土体沉降差距较大,因此在使用复合模量法计算闸基土体沉降时,应合理确定复合土层的模量。
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