对伊绥高速公路K44+400K44+575段冻土区实际问题进行CFG桩—筏复合地基承载力与沉降变形研究。通过桩—筏承载力试验得出结论桩低轴力值减小量高达桩顶轴力值的45%左右;由于桩间冻土在CFG桩影响范围内且筏板放热作用导致上部冻土融化冻土侧摩擦阻力降低,使得筏板下的CFG桩桩身轴力向下传递较快,实验用A筏板最大沉降量为1.19 mm。通过有限元模拟得到的桩底反力数据与实验数据对比分析可知二者符合情况良好,证明了有限元计算的合理性;荷载级别到达12级时柱底反力约为65 kN。

对冻土下限在5～7 m,冻土类型以含土冰层、饱冰冻土等为主的路段,设置复合地基,复合地基采用CFG桩。结果表明采用CFG桩处理多年冻土地区的方法,有效加强了地基强度,大幅度提高了结构受力、结构抗震等级。结合冻土特性分析,可知多年冻土区适合采用CFG桩进行处理,采用振动沉管机进行施工(挤密成孔),对处治砂土、砂砾、松散砂土及土夹石冻土层土较适用地结论。

由于冻土的热力学性质不稳定常引起冻土地区的建筑工程产生冻土病害破坏。文章依托大兴安岭南麓地区某公路的多年冻土段路基处理工程,研究CFG桩-筏板复合地基在岛状多年冻土中的承载力特性并进行现场试验,结果表明复合地基周围冻土回冻缓慢,复合地基的桩端反力占基础承载力的50%以上,并且随着荷载的增加,桩周土承担的荷载逐渐增大。

我国北方部分地区存在多年冻土,其热力学性质的不稳定常引起该地区的建筑工程产生不均匀沉降、开裂、冻胀等破坏。文章结合某高速公路的岛状多年冻土路基段工程,研究CFG桩在岛状多年冻土中的承载力特性,分析CFG桩桩周多年冻土的温度变化规律,实验发现CFG桩施工对桩周冻土影响非常有限,冻土地区CFG桩侧摩阻力主要由土的冻结力提供,在实验条件下加载420k N时多冰冻土层出现应力松弛,并且CFG桩加载过程中,桩侧摩阻力与桩的沉降呈现非线性关系。

以CFG桩承载力试验数据为基础,应用ABAQUS有限元软件平台,建立了CFG试验桩的三维仿真模型,将模型数据与试验数据对比,验证了模型的准确性。并对CFG桩受力进行了分析,分析结果表明:CFG桩承载力主要由桩侧摩阻力提供,荷载从上向下传递,桩底反力占总荷载的比例小于10%。

由于高等级公路必须满足车辆在高速情况下行驶时的安全度和舒适度,则对路基工程的工后沉降和不均匀沉降提出了严格的标准,尤其对路基刚度及其稳定性,确定了施工质量要求。为确保路基工程符合技术规程标准,在冻土地区应用CFG桩复合地基来处理具体的工程状况。本文对冻土地区应用CFG桩时,其成孔机械与成孔关键技术问题进行阐述。

以哈大高铁苏家屯段为研究对象,利用有限元软件ADINA对其进行三维模拟,结果表明,未经CFG桩处理的高铁路基沉降值不符合规范要求.通过改变CFG桩参数(褥垫层模量、褥垫层厚度、桩径、桩间距、桩长),利用有限元软件进行多次二维模拟,得到各参数与路基沉降的关系.最后将CFG桩的参数进行组合,模拟出路基在CFG桩各参数组合条件下的路基沉降值.模拟结果表明,当褥垫层厚度为350 mm,褥垫层变形模量为120 MPa,桩间距为2 m,桩径为0.5 m,桩长为9.5 m时,路基沉降量最小.

伊绥项目起于伊春市,终于绥化市,其中横穿小兴安岭路段,分布有岛状冻土。针对岛状冻土,伊绥项目采用了CFG桩复合地基处理方式,有效地提高了地基承载力,解决了冻土地段的路基沉降,取得了显著的环境效益、经济效益和社会效益。

冻土对公路的危害主要表现为冻胀和融沉作用。冻土作为公路工程地基时,可导致公路凹凸不平,甚至局部陷落,因而威胁交通与运输安全。伊绥项目在冻土路基的施工中主要采取了置换法、CFG桩、冻土桥的防治措施,在冻土路基的防护中取得了较好的成效。

为确定冻土地区某公路工程CFG桩的施工方法,结合地质勘测资料及现场情况设立试验区并制定施工方案。利用低应变反射波法对试验区内不同施工条件下CFG桩的成桩质量进行检测,对不同试验方案中桩的低应变检测波形曲线进行对比分析,结合其它检测手段综合确定CFG桩的施工方案。