易 光 偉

(上海民航新時代機場設(shè)計研究院有限公司廣州分公司，廣東 廣州　510405)

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大面積荷載下樁網(wǎng)復(fù)合地基邊界效應(yīng)研究

易 光 偉

(上海民航新時代機場設(shè)計研究院有限公司廣州分公司，廣東 廣州510405)

以數(shù)值模擬為手段，分析了某樁網(wǎng)復(fù)合地基的工程實例，研究了大面積荷載作用下的應(yīng)力分布、沉降差異情況，論述了關(guān)于填土強度參數(shù)的樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降敏感性，總結(jié)出了樁網(wǎng)復(fù)合地基受邊界效應(yīng)的影響范圍和沉降規(guī)律。

大面積荷載，邊界效應(yīng)，樁網(wǎng)復(fù)合地基

軟土由于其高含水率、高壓縮性、高靈敏度、低強度，一直是工程地基處理的重點對象之一。大面積填方荷載下，經(jīng)過處理的軟土地基也有一定沉降。樁網(wǎng)復(fù)合地基是一種既能節(jié)省工期又能大大降低地基沉降的處理方法。吳九江等[1]對某超大面積深厚軟土樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了土方填筑—地基沉降—土壓力的變化規(guī)律；于進(jìn)江等[2]的車站地基處理，研究了大面積填土荷載下荷載傳遞機制與不同樁間距下樁體荷載分擔(dān)比、樁土應(yīng)力比及地基沉降規(guī)律；戴洪軍等[3-5]研究了大面積堆載對土體變形的影響深度與范圍，分析了不同高程處墊層與土體的應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律以及樁土應(yīng)力比的大小與變化規(guī)律?？紤]到軟土分布和工程建設(shè)需要，以數(shù)值模擬為手段對某樁網(wǎng)復(fù)合地基實例進(jìn)行了分析，研究了大面積荷載作用下的應(yīng)力分布、沉降差異情況，得出了樁網(wǎng)復(fù)合地基受邊界效應(yīng)的影響范圍和沉降規(guī)律，為工程設(shè)計、施工提供參考。

1　工程實例與建模

1.1工程概況

某地基土層及樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)如下(見圖1)：1)樁型采用PHC-A400-95型預(yù)應(yīng)力管樁，正方形布置，樁間距2.0 m，樁長以穿過淤泥質(zhì)土層底并進(jìn)入強風(fēng)化巖層1.0 m，采用靜壓法或錘擊法沉樁。2)樁頂設(shè)置正方形混凝土樁帽，邊長為0.8 m，高度為0.4 m，樁頭進(jìn)入樁帽0.1 m，樁帽頂面布置φ8@100鋼筋網(wǎng)，保護(hù)層厚度50 mm，鋼筋采用HRB335，混凝土標(biāo)號不小于C30。3)復(fù)合地基頂層設(shè)置0.4 m厚度加筋土褥墊層，土體材料選用級配良好的碎石或砂礫，粒徑不大于10 cm，含泥量不大于6%，采用靜力壓實法壓實，壓實后墊層的固體體積率不小于82%。4)褥墊層加筋采用雙向經(jīng)編土工格柵，距離褥墊層頂、底面10 cm處各布置一層，所用材料可為滌綸、腈綸或錦綸長絲等，縱、橫向5%延伸率下的抗拉強度不低于60 kN/m，最大延伸率不大于10%，格柵孔眼尺寸不大于25 mm。5)代表地層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土厚7 m，壓實填土為山皮土、碎石土、粉質(zhì)黏土等，每層厚度20 cm，代表填土總厚度8 m；路面為水泥混凝土路面，道路結(jié)構(gòu)層厚度0.8 m。

1.2模型建立

為了簡化模型，提高運算速度，在不影響計算精度和反映實際施工過程的基礎(chǔ)上，將填土改為每2 m填筑一層。采用CAD-ANSYS-FLAC3D法，通過初步建模、指定關(guān)鍵點、網(wǎng)格剖分、局部網(wǎng)格粘結(jié)，建立了可用的有限差分模型。

2　邊界效應(yīng)分析

1)沉降。取兩樁中心原地面為監(jiān)測點，導(dǎo)出FLAC3D計算2 000步時的數(shù)據(jù)，如圖2所示。樁網(wǎng)復(fù)合地基顯著降低了大面積荷載下地基的沉降；四樁中心的沉降量總是大于兩樁中心；在應(yīng)力拱作用下，隨著荷載增加，樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降量增加不大。未經(jīng)處理的軟土不僅自身發(fā)生了較大沉降，而且影響了與其相鄰的樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降；填土荷載較小時，軟土的沉降對樁網(wǎng)復(fù)合地基樁間土的影響也較?。惶钔梁奢d較大時，對復(fù)合地基沉降的影響較大，并且范圍擴(kuò)大到樁網(wǎng)復(fù)合地基的最外兩排樁。受地基處理邊界附近軟土沉降及相鄰區(qū)域荷載傳遞的影響，樁網(wǎng)復(fù)合地基邊界處沉降量顯著增大，差異沉降明顯。

2)應(yīng)力。隨著填土荷載增加，樁受側(cè)向應(yīng)力影響越來越大。2 m填土荷載時，最外側(cè)樁樁身彎矩極大值點在樁頭下約1.1 m處，彎矩較?。浑S著荷載增加，彎矩極大值增大，且極值點不斷下移，8 m填土荷載時，極值點位移樁頭下6 m處；同時，復(fù)合地基之外的軟土區(qū)出現(xiàn)貫通性塑性變形區(qū)，變形區(qū)延長線直穿樁身。最外側(cè)兩樁樁間土于樁腳處發(fā)生較大的最大主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大約40°。在此情況下，未見最外側(cè)兩樁樁間土有較明顯的土拱作用，證明土拱形成和構(gòu)成土拱的土體強度有較大關(guān)系。受摩擦力分布的影響，土工格柵的拉力并不處處相等；隨著填土荷載的增大，土工格柵的拉應(yīng)力總體上呈增大趨勢。8 m填土荷載時，最外側(cè)土工格柵最大拉力達(dá)93 kN，已超出選用材料的抗拉強度，材料已經(jīng)失效。

3)超載驗證。在8 m土方荷載上施加荷載10 kPa～100 kPa，開始時遠(yuǎn)離邊界的樁間土沉降增加值不大，在荷載達(dá)到60 kPa時，土工格柵拉力普遍大于100 kN，樁間土沉降量陡增，土工格柵破壞；在超載80 kN時，樁身出現(xiàn)明顯的塑性破裂面，樁身破壞，呈拉裂狀態(tài)；在達(dá)到樁的極限抗壓強度之前，樁在受側(cè)向力作用下已經(jīng)受彎破壞。這說明在剛性樁網(wǎng)復(fù)合地基中，邊界效應(yīng)對樁的影響優(yōu)先于上部荷載。

4)強度驗證。為驗證壓實填土強度的不同對樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降的影響，對填土強度參數(shù)c和φ進(jìn)行了敏感性分析；在8 m填土荷載下，取遠(yuǎn)離邊界的四樁中心原地面為監(jiān)測點，計算結(jié)果見表1。從表1中可以看出，隨著c和φ的增大，樁網(wǎng)復(fù)合地基樁間土的沉降都在減小，且較小的速率都隨c和φ的增大而增大，這說明越大的提高填土的強度就能越多的降低沉降量，這對土方施工中壓實度的控制具有重要的指導(dǎo)意義；相同的c和φ的增量下，φ比c更能降低地基的沉降量，也即復(fù)合地基沉降量對φ值更敏感，這對土方施工中填料的選擇具有重要的指導(dǎo)意義。

表1　遠(yuǎn)離邊界的四樁中心沉降量

3　結(jié)語

以某樁網(wǎng)復(fù)合地基的工程實例建立了數(shù)值計算模型，分析了樁網(wǎng)復(fù)合地基應(yīng)變應(yīng)力規(guī)律，并驗證了超載狀態(tài)下樁、土工格柵的破壞模式，進(jìn)行了關(guān)于填土強度參數(shù)的樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降敏感性分析，得出以下結(jié)論：1)填土荷載越大，軟土分布影響下的復(fù)合地基邊界效應(yīng)越明顯，沉降受影響的邊界范圍也越大；2)受邊界影響，大面積荷載下軟土分布導(dǎo)致邊界樁承受較大的彎矩，邊界土工格柵接近破壞；3)大面積荷載下的軟土分布邊界導(dǎo)致樁的破壞模式發(fā)生了改變；4)增強壓實填土的強度能降低復(fù)合地基的沉降量，在填料選擇和壓實度控制上，填料選取更能影響復(fù)合地基的沉降量。

[1]吳九江,程謙恭,王寒冰,等.超大面積深厚軟土樁—網(wǎng)復(fù)合地基承載性狀分析[J].工業(yè)建筑,2012,42(5):106-114.

[2]于進(jìn)江,程謙恭,賀宏武，等.超大面積深厚軟土樁—網(wǎng)復(fù)合地基承載性狀模型試驗研究[J].巖土力學(xué),2012,33(11)：3323-3330.

[3]戴洪軍,劉欣良,任治軍，等.圓形煤場中樁—網(wǎng)復(fù)合地基原體試驗研究[J].巖土力學(xué),2011,28(2):1121-1126.

[4]曹光栩,宋二祥,徐明.山區(qū)機場高填方地基工后沉降變形簡化算法[J].巖土力學(xué),2011,32(S1):1-26.

[5]鮑樹峰.剛?cè)衢L短組合樁—網(wǎng)復(fù)合地基工作性狀研究[J].鐵道工程學(xué)報,2014(7):22-27.

On boundary effect of pile-net composite foundation under large-area load

Yi Guangwei

(GuangzhouBranch,ShanghaiAviationNewTimesAirportDesignInstituteCo.,Ltd,Guangzhou510405,China)

Taking the numeric simulation as the measure, analyzes the engineering cases of some pile-net composite foundation, researches the stress distribution and settlement differences under the large-area load, indicates the settlement sensibility of the pile-net composite foundation with the filled soil strength parameter, sums up the influence scopes and settlement rules for the boundary effect of the pile-net composite foundation.

large-area load, boundary effect, pile-net composite foundation

1009-6825(2016)08-0115-02

2016-01-05

易光偉(1987- )，男，碩士，助理工程師

TU470

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