樁- 網(wǎng)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比影響因素分析

梁文文 冷玲倻 周艷華

（江西科技學(xué)院，江西 南昌 330098）

1 概述

樁網(wǎng)復(fù)合地基具有沉降變形小、變形穩(wěn)定時間短且造價相對較低等突出優(yōu)點[1-2]，在國內(nèi)外公路路堤、鐵路路基、機場等深厚軟土地基處理中廣泛應(yīng)用[2-5]。樁網(wǎng)復(fù)合地基是由樁作為豎向加強體、土工格柵碎石墊層作為水平加強體，與路堤填土及樁間土相互作用的受力體系[2]，其荷載傳遞機制十分復(fù)雜。在上部填土荷載的作用下，由于褥墊層的可變形特性，允許剛性樁體“上穿”產(chǎn)生樁土差異變形，使應(yīng)力重分配，從而充分發(fā)揮了樁、網(wǎng)、土的承載能力，有效控制沉降變形[1-2]。樁土應(yīng)力比指樁頂平面上樁頂和樁間土的土壓力比值，是承載力和沉降計算的重要參數(shù)[2，6]，反映了樁- 網(wǎng)復(fù)合地基中樁土荷載的分配情況，也是評價加固效果的重要指標(biāo)，具有十分重要的研究價值[1-2，6]。

本文主要采用理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法，考慮拉膜效應(yīng)影響下對樁一網(wǎng)復(fù)合地基樁- 土應(yīng)力比的變化規(guī)律進(jìn)行研究。

2 樁土應(yīng)力比分析

樁土差異沉降產(chǎn)生后，褥墊層中的加筋材料開始發(fā)生形變，通過產(chǎn)生的拉力將樁間土承受的部分應(yīng)力傳遞到樁頂上來。為簡化計算，假設(shè)加筋材料均勻變形，且變形后撓曲線為二次拋物線，建立平面應(yīng)變模型如圖1 所示。

圖1 拉膜效應(yīng)分析模型

建立如圖所示直角坐標(biāo)系，撓曲線過點M（B，ΔS）得撓曲線方程為：

假設(shè)加筋材料均勻變形，筋材平均張拉力T 表示為

3 數(shù)值模擬研究

3.1 計算模型的建立

模擬采用通用有限元軟件PLAXIS 進(jìn)行， 采用Mohr-Coulomb 模型對路堤填土、樁間土體以及下臥層上的土體進(jìn)行模擬；土工格柵采用PLAXIS 中的格柵單元模擬，且僅承受拉力，其拉伸剛度為1000kN/m；褥墊層材料也采用Mohr-Coulomb 模型來模擬；樁體假定為彈性模型；樁與格柵、墊層與土之間的接觸問題采用接觸單元(Interface Element)模擬。地基土是分層的，為了方便起見，將地基土簡化為兩層計算。在模型底部和側(cè)面設(shè)置水平向約束和豎向固定約束。為了顯示初始地應(yīng)力的作用，在未加入填土荷載前，先考慮在自重作用下對地基土進(jìn)行計算，獲得初始地應(yīng)力。模擬時假設(shè)地下水的水位和地基表面齊平。數(shù)值模擬中各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 材料的基本力學(xué)參數(shù)

在本模型中，設(shè)置路堤填筑高度為5.5m，預(yù)壓土高為3m，坡比為1:1.5，路基頂面寬度為16m，路基底寬為38.75m；模型寬70m，高47m；下臥層厚度為20m，加固區(qū)厚度為18m；樁長18m，樁間距3.5m，樁頂設(shè)置50cm 厚的褥墊層，圖2。

圖2 有限元計算模型

3.2 樁土應(yīng)力比影響因素分析

樁土應(yīng)力比是復(fù)合地基中的一個原始概念和計算參數(shù)，并且展示復(fù)合地基的一個重要內(nèi)容：樁與周圍土體一起承擔(dān)來自上面?zhèn)鬟f的荷載。如果從設(shè)計方面來考慮，有關(guān)承載力和控制沉降的計算，樁土應(yīng)力比的選取和計算起著決定性作用。

3.3 樁間距對樁土應(yīng)力比的影響

圖3 為樁間距對樁土應(yīng)力比的影響，從圖中可以看出，樁間距對樁土應(yīng)力比影響較大，隨著樁間距的增大，樁土應(yīng)力比逐漸增加，加筋對樁土應(yīng)力比影響較小，表2。

表2 樁間距對樁土應(yīng)力比的影響

圖3 樁間距對樁土應(yīng)力比的影響

3.4 筋帶拉伸剛樁土應(yīng)力比的影響

圖4 為筋帶拉伸剛度對樁土應(yīng)力比的影響，從圖中可以看出，筋帶拉伸剛度可增大樁土應(yīng)力比，隨著筋帶拉伸剛度的增加，樁土差異沉降逐漸增大，但增大程度很小。

圖4 筋帶拉伸剛度對樁土應(yīng)力比的影響

4 結(jié)論

4.1 本文通過理論分析得出了樁土應(yīng)力比的計算公式，同時分析各因素對樁土應(yīng)力比的影響。

4.2 樁間距對樁土應(yīng)力比影響較大，樁間距增大50%，樁土應(yīng)力比增加了56%，加筋對樁土應(yīng)力比影響較小。

表3 筋帶拉伸剛度對樁土應(yīng)力比的影響

4.3 筋帶拉伸剛度可增大樁土應(yīng)力比，隨著筋帶拉伸剛度的增加，樁土應(yīng)力比逐漸增大，但增大程度很小。