Behaviour of Single and Group of Geotextile Encased Stone Columns in Single-Layered and Layered Soil

Abstract

Stone columns (SC) have become a widely-utilized technique of enhancing the bearing capacity of soft soils. Although the SCs in single-layered soil have been studied extensively, SCs constructed in a ground consisting of varying soil layers are not fully understood. In this study, to investigate the behavior of single and group of SCs in different soil layering systems, small scale laboratory tests were conducted on non-encased (NEC) and encased (EC) floating and end bearing SCs installed in single-layered and layered soil consisting of loose sand overlying the soft soil. Different area replacement ratios (ARRs), which is the SC area to unit cell area ratio, 1.56% and 6.25% and the length to diameter ratios (L/D) of 5, 7.5, 10 and 15 were selected to evaluate the effect of these factors on the vertical stress-settlement behavior, bearing improvement ratio, subgrade modulus and bulging failure of NEC and EC-SCs in single-layered and layered soils. Test results indicated that bearing capacity of single-layered and layered soils was improved in all cases of single SC applications. In both soil layering systems, the single NEC floating SC (FSC) with smaller area replacement ratio (1.56%) and L/D of 10 gave much better results than all other NEC-SCs applications. The inclusion of geotextile encasement resulted in further improvement of both soil layering systems. The single encased FSC with smaller ARR (1.56%) had superior improvement among all single SC applications. However, in both soil layering systems, in case of single EC end bearing SC (EBSC) with higher ARR of 6.25% and L/D of 7.5, reduction in bearing capacity and subgrade modulus were obtained. For single SC applications, in single-layered soft soil, with smaller ARR of 1.56%, the inclusion of geotextile encasement resulted in a reduction in bulging diameter and increased the bulging depth of FSC which resulted in an increase in SC bearing capacity. While for single SC applications, in singlelayered soft soil, in case of encased floating and end bearing SCs with higher ARR of 6.25 % there was no bulging confronted. The bearing capacity and subgrade modulus of non-encased central column among group of SCs in both soil layering systems, were higher than the other SCs in the group. In addition to these, the bearing capacity and subgrade modulus of soils were significantly improved with reducing the spacing to diameter ratio of SCs. Moreover, the geotextile encasement provided an additional improvement to the SCs. In single-layered soil, non-encased floating central SC with spacing to diameter ratio of 2.5, bulging failure occurred and with decreasing the spacing to diameter ratio to 1.5, the bulging in the central SC was reduced. Whereas, with the geotextile encased floating group of SCs in single-layered soil, with smaller spacing to diameter ratio of 1.5, no bulging failure happened.

ÖZ: Taş kolonlar (SC), yumuşak toprakların taşıma kapasitesini arttırmak için yaygın olarak kullanılan bir teknik haline gelmiştir. Tek katmanlı topraklardaki SC'ler kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, değişen toprak katmanlarından oluşan bir zeminde inşa edilen SC'ler tam olarak anlaşılamamıştır. Bu çalışmada, tek ve gurup SC'lerin farklı toprak katmanlı sistemlerindeki davranışlarını araştırmak için, yumuşak toprağın üzerinde gevşek kumdan oluşan tek katmanlı ve katmanlı olmak üzere, sarmalanmamış (NEC) ve sarmalanmış (EC) yüzer ve uç taşımalı SC'lerde küçük ölçekli laboratuvar testleri yapılmıştır. SC alanı - birim hücre alanı oranı olan farklı alan değiştirme oranları (ARR'ler), % 1.56 ve % 6.25 ve 5, 7.5, 10 ve 15'in uzunluk/çap oranları (L/D) seçilerek, bu faktörlerin NEC ve EC-SC'lerin tek katmanlı ve katmanlı zeminlerde düşey gerilme-oturma davranışı, taşıma iyileştirme oranı, alt modülüs ve şişkinlik göçmesi üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Test sonuçları, tek katmanlı ve katmanlı zeminlerin taşıma kapasitesinin tüm tekli SC uygulamalarında iyileştirildiğini göstermiştir. Her iki toprak katmanlama sisteminde, daha küçük alan değiştirme oranına (% 1.56) ve 10 L / D'ye sahip tek NEC yüzen SC (FSC), diğer tüm NEC-SCs uygulamalarından çok daha iyi sonuçlar verdi. Jeotekstil kaplamanın dahil edilmesi, her iki zemin katmanlama sisteminin daha da iyileştirilmesine neden olmuştur. Daha küçük ARR'ye sahip tekli FSC (% 1.56), tüm tek SC uygulamaları arasında üstün iyileşme gösterdi. Bununla birlikte, her iki zemin katmanlama sisteminde,% 6.25 daha yüksek ARR'ye ve 7.5 / L / D'ye sahip tek EC uç taşımalı SC (EBSC) durumunda, taşıma kapasitesinde ve alt modül modülünde azalma elde edilmiştir. Tek katmanlı uygulamalar için, tek katmanlı yumuşak toprakta,% 1.56 daha küçük ARR ile, jeotekstil kaplamanın eklenmesi şişkinlik çapının azalmasına ve FSC'nin şişirme derinliğinin artmasına neden olarak SC taşıma kapasitesinde bir artışa neden olmuştur. Tek SC uygulamaları için, tek katmanlı yumuşak toprakta,% 6.25 daha yüksek ARR değerine sahip kapalı yüzer ve uç taşımalı SC'ler durumunda, herhangi bir şişkinlik ile karşılaşılmadı. Tek katmanlı uygulamalar için, tek katmanlı yumuşak toprakta,% 1.56 daha küçük ARR ile, jeotekstil kaplamanın eklenmesi şişkinlik çapının azalmasına ve FSC'nin şişirme derinliğinin artmasına neden olarak SC taşıma kapasitesinde bir artışa neden olmuştur. Tek SC uygulamaları için, tek katmanlı yumuşak zeminde,% 6.25 daha yüksek ARR değerine sahip kapalı yüzer ve uç taşımalı SC'ler durumunda, herhangi bir şişkinlik ile karşılaşılmadı. Her iki toprak katmanlama sistemindeki SC grupları arasında çevrili olmayan merkezi kolonun taşıma kapasitesi ve alt zemin modülü, gruptaki diğer SC'lerden daha yüksekti. Bunlara ek olarak, zeminlerin taşıma kapasitesi ve alt zemin modülü de SC'lerin boşluk / çap oranının azaltılmasıyla önemli ölçüde geliştirildi. Ayrıca, jeotekstil kaplama SC'lere ilave bir gelişme sağlamıştır. Tek katmanlı toprakta, boşluk çapı 2.5 olan, kabarma göçmesi meydana gelen ve boşluk / çap oranını 1.5'e düşüren, sarmalanmış olmayan yüzer merkezi SC'deki şişkinlik azaltıldı. Oysa, jeotekstil tek katmanlı zeminde yüzen küçük SC grubu ile, daha küçük boşluk / çap oranı 1.5 olan, şişkinlik göçmesi meydana gelmedi.