肖 漢，郭永春

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083;2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

為了保證高速鐵路在運營過程中的安全和舒適，在高速鐵路地基處理中，需要嚴(yán)格控制地基沉降變形。樁板結(jié)構(gòu)是靠在CFG樁以及PHC樁等樁體上放置筏型鋼筋混凝土板達(dá)到樁和板共同作用。文獻(xiàn)[1-4]的結(jié)果表明，樁板結(jié)構(gòu)對高速鐵路路基加固作用明顯。與由單樁組成的復(fù)合地基相比，樁板結(jié)構(gòu)具有承載力高、剛度大以及整體性好等特點。盡管樁板結(jié)構(gòu)目前已被廣泛運用于高速鐵路的路基加固，但是相應(yīng)的設(shè)計理論卻還不成熟。

國內(nèi)某高速鐵路，路基為深厚軟土層。主要采用CFG樁、預(yù)制管樁、碎石墊層及鋼筋混凝土板等復(fù)合地基加固措施，以及樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)和樁板結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場監(jiān)測，工程的工后沉降＜15 mm，達(dá)到預(yù)期要求。本文將采用兩種計算樁基沉降的方法求解該高速鐵路樁板結(jié)構(gòu)下的路基沉降，并將計算得到的沉降量與現(xiàn)場實測的沉降值進(jìn)行對比，討論這兩種計算理論對于樁板結(jié)構(gòu)的適用性。

1 計算理論

1.1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范法

地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范采用的是傳統(tǒng)樁基理論，假設(shè)實體深基礎(chǔ)底面取在樁端平面處，計算樁端以下地基土的壓縮變形，不考慮樁間土對樁基沉降的影響，把樁長部分視為一個沒有變形的整體。樁端以下地基土中的附加應(yīng)力采用Boussinesq解?？紤]側(cè)向摩阻力的擴散作用。樁基礎(chǔ)最終沉降量的計算采用單向壓縮分層總和法，通過按實體深基礎(chǔ)計算樁基沉降經(jīng)驗系數(shù)查表來修正計算結(jié)果。

一般摩擦型樁可假定樁側(cè)摩阻力全部是沿樁身線性增長的。由于地基為深厚軟土層，樁端阻力可忽略不計，取樁端阻力比為0。各層土的厚度均符合計算要求，故不再分層，簡化后的計算公式為

式中，ψp為樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù);Q為單樁在豎向荷載的準(zhǔn)永久組合作用的附加荷載(kN);l為樁長(m);nj為樁端平面下的計算分層數(shù);Δhi為樁端平面下第i個分層的厚度(m);Esi為樁端平面下第i個分層在自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力作用段的壓縮模量(MPa);Is2，k為應(yīng)力影響系數(shù)。

1.2 建筑樁基技術(shù)規(guī)范法

建筑樁基技術(shù)規(guī)范法以Mindlin位移公式為基礎(chǔ)，假想實體基礎(chǔ)底面在樁端平面處，計算樁端以下地基土的壓縮變形，不考慮樁間土對樁基沉降的影響。在計算樁端以下地基土中的附加應(yīng)力按Boussinesq解?？紤]側(cè)向摩阻力的擴散作用。該法通過均質(zhì)土中群樁沉降的Mindlin解與均布荷載下矩形基礎(chǔ)沉降的Boussinesq解的比值(等效沉降系數(shù))來修正實體基礎(chǔ)的基底附加應(yīng)力，然后利用分層總和法計算樁端以下土體的沉降。

矩形面積樁基可用簡化后的下式進(jìn)行計算

式中，ψ為樁基沉降經(jīng)驗系數(shù);ψe為樁基等效沉降系數(shù);p0為矩形底面在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下的附加壓力(kPa);zi，zi－1為樁端平面荷載作用面至第 i層土、第i－1層土底面的距離(m);，為樁端平面荷載計算點至第i層土、第i－1層土底面深度范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù);Esi為等效作用面以下第i層土的壓縮模量(MPa)，采用地基土在自重壓力至自重壓力加附加壓力作用時的壓縮模量;n為樁基沉降計算深度范圍內(nèi)所劃的土層數(shù)。

2 工程實例

2.1 工程概況

計算工點取自該高速鐵路一個試驗段。地基土為粉質(zhì)黏土、粉土、黏土等。考慮影響范圍，路基面積取60.0 m×20.5 m，計算深度取60 m，基底深1.4 m。路基采用PHC樁的樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。樁徑0.45 m，樁長30 m，樁心距1.5 m，正方形布置。路基上覆軌道結(jié)構(gòu)荷載為120 kPa。沉降計算點取在矩形面積中心位置。

2.2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范法的計算

考慮樁基影響范圍，取以該點為中心的15×15根樁的正方形區(qū)域為計算范圍。

因采用樁板結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為上覆荷載平均作用在每一根單樁上，本段內(nèi)各單樁承受的荷載Q=120×60×20.5/(40×15)=246 kN，樁長 l=30 m，Q/l2=246/(30×30)=0.273 3 kPa，豎向應(yīng)力系數(shù)Is2計算公式見《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄R。參數(shù)計算結(jié)果見表1。

表1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范法參數(shù)

則壓縮模量當(dāng)量值為

查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》等代墩基法計算樁基沉降經(jīng)驗系數(shù)表，可知ψp取0.5。

將參數(shù)帶入式(1)中，最后累加各層壓縮量計算得總沉降為

2.3 建筑樁基技術(shù)規(guī)范法的計算

考慮樁基影響范圍，取以該點為中心的20 m×20 m的正方形為計算區(qū)域。

ψe則根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》附錄 E，計算出樁心距與樁徑之比為 3.33，l/d=66.67，Lc/Bc=1，內(nèi)插得到 C0，C1，C2分別為 0.029，1.850，14.097，矩形布樁時的短邊布樁數(shù) nb=15，因此 ψe=0.379。壓縮模量Esi、各層深度zi，zi－1、各層平均附加應(yīng)力系數(shù)ˉαi，ˉαi－1的計算結(jié)果見表2。

表2 建筑樁基技術(shù)規(guī)范法參數(shù)

則壓縮模量當(dāng)量值ˉEs=0.963，查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)表，可知ψ=1.41。

將參數(shù)代入式(2)中，得s=107.73 mm

3 結(jié)論

該高速鐵路采用堆載預(yù)壓加速工前沉降，測得沉降量在60 mm左右，工后沉降＜15 mm。兩種樁基沉降計算方法得到的沉降量分別為30.96 mm和107.73 mm，減去工前沉降值，均與現(xiàn)場實測得到的工后沉降值不相符，說明兩種樁基沉降計算方法不適合用于樁板結(jié)構(gòu)的沉降計算。

產(chǎn)生差異的原因，認(rèn)為是兩種樁基計算方法基于傳統(tǒng)樁基沉降計算理論，并未充分考慮樁基上覆鋼筋混凝土板的加入對于樁間土變形產(chǎn)生的影響。目前在樁板結(jié)構(gòu)的研究中，加入上覆板之后對樁基中地基土變形的作用及機理還沒有較成熟的理論。實踐已經(jīng)證明樁板結(jié)構(gòu)對路基加固的效果是顯著的，相比普通樁基，能更有效地控制路基沉降。但在理論方面仍需要進(jìn)一步探索和研究，以求能夠科學(xué)解釋其作用機理，也可更有效地發(fā)揮其作用。

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