Enhanced vertical load capacity of the ground reinforced with the stone columns drew great attention by the researchers as it deals with many of the geotechnical difficulties associated with the weak ground. Recently, it has been found that the stone columns are also prone to fail under the shear load when employed beneath the embankments or the foundations susceptible to lateral loads. In this study, the effect of various encasement conditions on the lateral deflection of stone columns is investigated. A method of dual layers of encasement has been introduced and its the effect on lateral load capacity of the stone columns has been compared with those of the single encased stone column and the un-encased stone columns. Large shear box tests were utilised to generate the shear deformation on the soil system under various normal pressure conditions. The stiffness of the soil-stone column combined system has been compared for various cases of encasement conditions with different diameters. When subjected to lateral deformation, the encased columns outperformed the un-encased stone columns installed in loose sand. Shear stress resistance is up to 1.7 times greater in dual-layered, encased columns than in unencased columns. Similarly, the secant modulus increases as the condition changes from an unencased stone column to single-layer encasement and then to dual-layer encasement, indicating an improvement in the overall soil-stone column system.
Fattah, Mohammed Y.;Zabar, Bushra S.;Hassan, Hanan A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.4
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pp.507-534
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2015
The present work investigates the behavior of the embankment models resting on soft soil reinforced with ordinary and stone columns encased with geogrid. Model tests were performed with different spacing distances between stone columns and two lengths to diameter ratios (L/d) of the stone columns, in addition to different embankment heights. A total number of 42 model tests were carried out on a soil with undrianed shear strength $${\sim_\sim}10kPa$$. The models consist of stone columns embankment at s/d equal to 2.5, 3 and 4 with L/d ratio equal 5 and 8. Three embankment heights; 200 mm, 250 mm and 300 mm were tested for both tests of ordinary (OSC) and geogrid encased stone columns (ESC). Three earth pressure cells were used to measure directly the vertical effective stress on column at the top of the middle stone column under the center line of embankment and on the edge stone column for all models while the third cell was placed at the base of embankment between two columns to measure the vertical effective stress in soft soil directly. The performance of stone columns embankments relies upon the ability of the granular embankment material to arch over the 'gaps' between the stone columns spacing. The results showed that the ratio of the embankment height to the clear spacing between columns (h/s-d) is a key parameter. It is found that (h/s-d)<1.2 and 1.4 for OSC and ESC, respectively; (h is the embankment height, s is the spacing between columns and d is the diameter of stone columns), no effect of arching is pronounced, the settlement at the surface of the embankment is very large, and the stress acting on the subsoil is virtually unmodified from the nominal overburden stress. When $(h/s-d){\geq}2.2$ for OSC and ESC respectively, full arching will occur and minimum stress on subsoil between stone columns will act, so the range of critical embankment height will be 1.2 (h/sd) to 2.2 (h/s-d) for both OSC and ESC models.
Stone column installation is a convenient method for improvement of soft ground. In very soft clays, in order to increase the lateral confinement of the stone columns, encasing the columns with high stiffness and creep resistant geosynthetics has proved to be a successful solution. This paper presents the results of three dimensional finite element analyses for evaluating improvement in behaviour of ordinary stone columns (OSCs) installed in soft clay by geotextile encasement under monotonic and cyclic loading by a comprehensive parametric study. The parameters include length and stiffness of encasement, types of stone columns (floating and end bearing), frictional angle and elastic modulus of stone column's material and diameter of stone columns. The results indicate that increasing the stiffness of encasement clearly enhances cyclic behaviour of geotextile encased stone columns (GESCs) in terms of reduction in residual settlement. Performance of GESCs is less sensitive to internal friction angle and elasticity modulus of column's materials in comparison with OSCs. Also, encasing at the top portion of stone column up to triple the diameter of column is found to be adequate in improving its residual settlement and at all loading cycles, end bearing columns provide much higher resistance than floating columns.
The stone columns are increasingly being used as a soil improvement method for supporting a wide variety of structures (such as road embankment, buildings, storage tanks etc.) especially built on soft soil. Soil improvement by the stone column method overcomes the settlement problem and low stability. Nevertheless, stone column in very soft soils may not be functional due to insufficient lateral confinement. The required lateral confinement can be overcome by encasing the stone column with a suitable geosynthetic. Encasement of stone columns with geogrid is one of the ideal forms of improving the performance of stone columns. This paper presents the results of a series of experimental tests and numerical analysis to investigate the behavior of stone columns with and without geogrid encasement in soft clay deposits. A total of six small scale laboratory tests were carried out using circular footing with diameters of 0.05 m and 0.1 m. In addition, a well-known available software program called PLAXIS was used to numerical analysis, which was validated by the experimental tests. After good validation, detailed of parametric studies were performed. Different parameters such as bearing capacity of stone columns with and without geogrid encasement, stiffness of geogrid encasement, depth of encasement from ground level, diameter of stone columns, internal friction angle of crushed stone and lateral bulging of stone columns were analyzed. As a result of this study, stone column method can be used in the improvement of soft ground and clear development in the bearing capacity of the stone column occurs due to geogrid encasement. Moreover, the bearing capacity is effected from the diameter of the stone column, the angle of internal friction, rigidity of the encasement, and depth of encasement. Lateral bulging is minimized by geogrid encasement and effected from geogrid rigidity, depth of encasement and diameter of the stone column.
Stone columns are widely used to treat soft clay ground. Optimizing the design of stone columns based on cost-effectiveness is always an attractive subject in the practice of ground treatment. In this paper, the design of stone columns is optimized using the concept of robust geotechnical design. Standard deviation of failure probability, which is a system response of concern of the stone column-reinforced foundation, is used as a measure of the design robustness due to the uncertainty in the coefficient of variation (COV) of the noise factors in practice. The failure probability of a stone column-reinforced foundation can be readily determined using Monte Carlo simulation (MCS) based on the settlements of the stone column-reinforced foundation, which are evaluated by a deterministic method. A framework based on the concept of robust geotechnical design is proposed for determining the most preferred design of stone columns considering multiple objectives including safety, cost and design robustness. This framework is illustrated with an example, a stone column-reinforced foundation under embankment loading. Based on the outcome of this study, the most preferred design of stone columns is obtained.
An experimental study is carried out to evaluate the performance of Lime mortar-Well graded Soil (Lime-WS) columns for the improvement of soft soils. Tests are conducted on a column of 100 mm diameter and 600 mm length surrounded by soft soil in different area ratios. Experiments are performed either with the entire area loading to evaluate the load - settlement behavior of treated grounds and only a column area loading to find the limiting axial stress of the column. A series of tests are carried out in soaking condition to investigate the influence of moisture content on the load - settlement behavior of specimens. In order to compare the behavior of Lime-WS columns with Conventional Stone (CS) columns as well as Geogrid Encased Stone (GES) columns, the behavior of these columns have been also considered in the present study. Remarkable improvement in the behavior of soft soil is observed due to the installation of Lime-WS columns and the performance of these columns is significantly enhanced by increasing the area ratio. The results show that CS columns are not suitable as a soil improvement technique for extremely soft soils and should be enhanced by encasing the column or replaced by rigid stone columns.
This paper shows the reduction effect of tile earthquake-induced liquefaction potential of soils that improved by Vibro-Replacement Stone Columns. The Vibro-Replacement Stone Columns method transforms soft cohesive soils into a composite mass of compacted granular or crushed stone columns by using vibrating equipment and water jets. This study investigated and analyzed the behavior of the stone columns and composite ground using the results of in situ test and measurement at the job-site. This paper shows the evaluation of the earthquake-induced liquefaction potential of soils using in situ test. There are different types of in situ test used in the evaluation the liquefaction potential. In the particular study the Standard penetration test, and Cone penetration test were used. The N value of Standard Penetration test has been used all over for a very long time. The evaluation of the liquefaction of soil was performed using the worldwide renewed Cone penetration test
Stone columns is ground improvement method which is composed of compacted gravel or crushed stone inserted into the soft ground consisting of loose sand and clay by replacement method. Generally stone columns are constructed in silty clay, above 70% replacement rate for increasing the bearing capacity and shear strength. Low replacement stone columns method is limited below 30% at replacement rate-premising strength increase of clay ground is estimated efficiently. This study, laboratory model tests were conducted to investigate the consolidation drainage promotion and shear strength increase effect in soft ground with replacement rate by stone columns. The settlement reduction effect and settlement reduction coefficients increase with increasing the replacement rate in composite ground. The results of model tests indicate that consolidation promotion effect is proved. The increasing strength of composite ground was verified by vane shear tests.
This paper presents the results of a numerical investigation on load carrying capacity of geogrid-encased stone columns to use as load carrying column(s) supporting a foundation load. A validated 3D stress-pore pressure coupled model that can effectively show rapid drainage capability of stone columns and encasement effect of geogrid was adopted and a parametric study was carried out on a number of influencing factors. It is shown that the geogrid encased stone columns can be effectively used as foundation load supporting columns in soft ground. The results of numerical investigation were presented so that the relationship between the load carrying capacity of geogrid-encased stone columns and the influencing factors can be identified. Practical implications of the findings are also discussed.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.396-404
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2009
This paper presents the results of numerical investigation on support mechanism of geogrid-encased stone columns for use in soft ground. A number of cases were analyzed using a axial- and 3D stress-pore pressure coupled model that can effectively model construction sequence and drainage as well as reinforcing effects of geogrid-encased stone columns. The results indicated that the geogrid encasement tends to significantly improve the load carrying of a stone column. Also revealed was that such a confinement effect depends on encasement length and stiffness of geogrid. It is also shown that there exist critical encasement length and stiffness of geogrid for a given condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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