楊 燕 偉

(中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南 昆明 650200)

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混凝土芯砂石樁復(fù)合地基固結(jié)解析解及性狀分析

楊 燕 偉

(中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南 昆明 650200)

通過計(jì)算，得到了混凝土芯砂石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算的解析解，并根據(jù)解析解對復(fù)合地基的固結(jié)性狀進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：砂石樁樁體長細(xì)比越大，地基固結(jié)速率越??；隨芯樁直徑增大固結(jié)速率先增大后減小。

復(fù)合地基，混凝土芯砂石樁，固結(jié)性狀，解析解

1 概述

混凝土芯砂石樁(混凝土芯砂樁)復(fù)合地基是一種軟土地基加固新技術(shù)[1-3]，其加固原理是芯樁和樁間土共同承擔(dān)豎向路堤荷載；環(huán)形砂石樁加速樁間土固結(jié)，并提高芯樁側(cè)摩阻力[4，5]。

圖1和圖2分別為混凝土芯砂石樁復(fù)合地基示意圖及其樁體結(jié)構(gòu)型式示意圖，從圖中可以看出，由于設(shè)置砂石樁其樁間土的固結(jié)非常突出。

目前已有的混凝土芯砂石樁復(fù)合地基固結(jié)解析解[4-6]還不夠完善，未能反映樁土共同分擔(dān)荷載且不能反映環(huán)形排水通道對復(fù)合地基固結(jié)性狀的影響。

本文得到了考慮樁土共同作用和環(huán)形排水通道的復(fù)合地基固結(jié)方程和解析解；并對固結(jié)性狀進(jìn)行了分析。

2 固結(jié)計(jì)算模型

2.1 計(jì)算模型圖

混凝土芯砂石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算簡圖如圖3所示。H為混凝土芯砂石樁加固區(qū)厚度；Ec,Ew,Es分別為芯樁、砂石樁和土體的壓縮模量；rc為芯樁半徑;rw為砂石樁半徑；rs為擾動(dòng)區(qū)半徑;re為影響區(qū)半徑；σ為瞬時(shí)施加的荷載；kh,ks分別為樁間地基土未擾動(dòng)區(qū)和擾動(dòng)區(qū)的水平方向滲透系數(shù)；kw,kv分別為砂石樁和樁間地基土的豎向滲透系數(shù)。

2.2 假定

1)土體、砂石樁和芯樁等應(yīng)變假定成立；2)忽略環(huán)形砂石樁水平方向滲流；3)樁間地基土體孔隙水的滲流符合達(dá)西定律；4)符合連續(xù)性假定，任意深度，從樁間土土體流入環(huán)形砂石樁的水量等于環(huán)形砂石樁中向上水流的增量。即：

(1)

2.3 固結(jié)偏微分方程

由荷載平衡條件和2.2假定可得：

(2)

(3)

令：

(4)

由式(2),式(3)可得：

(5)

(6)

土體的固結(jié)方程[6-8]：

(7)

(8)

相應(yīng)的徑向邊界條件：

r=rs:us=un。

2.4 控制方程推導(dǎo)

參照文獻(xiàn)[9][10]可以得到：

(9)

其中：

(10)

其中，A為一個(gè)正常數(shù)，表達(dá)式為：

(11)

(12)

其中,B，C均為常數(shù)，表達(dá)式如下：

(13)

如圖3所示，假設(shè)底面不透水，頂面透水，則邊界條件為：

(14)

根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]，初始時(shí)刻t=0時(shí)樁間土和混凝土芯砂石樁都未產(chǎn)生變形，εv=εz=0，則由式(3)推導(dǎo)可得：

(15)

代入式(2)得：

(16)

由式(4)可得：

(17)

2.5 方程解答

[6][9]的解法，設(shè)控制方程的解的形式為：

(18)

(19)

方程(19)的解為：

Ta(t)=A′e-βat

(20)

其中：

(21)

將式(18)代入式(10)可得：

(22)

將式(22)代入初始條件(17)可得：

(23)

(24)

由式(20),式(24)可得：

(25)

所以有：

(26)

將式(26)代入式(18)和式(22)可得復(fù)合地基中的超靜孔壓分別為：

(27)

3 固結(jié)計(jì)算

固結(jié)度表達(dá)式為：

(28)

由式(28)可以看出：當(dāng)rc→0時(shí)，退化為盧萌盟散體材料樁解[9]。

4 復(fù)合地基固結(jié)性狀分析

βat=ΓaTh

(29)

可得：

(30)

(31)

由圖4得re,rw一定時(shí)，地基固結(jié)速率隨芯樁直徑rc增加，先增大后減小。

從圖5中可以看出：長細(xì)比越大固結(jié)速度越慢。

從圖6可以看出：陳俊生解未考慮芯樁荷載分擔(dān)，而采用折減砂石樁面積考慮環(huán)形截面的影響，固結(jié)速率最慢；俞縉的解考慮了芯樁荷載分擔(dān)又忽略了砂石樁的樁阻，固結(jié)速率最快；本文解同時(shí)考慮混凝土芯砂樁的樁阻和荷載分擔(dān)，所以固結(jié)速度介于二者之間。

5 結(jié)語

1)文中解考慮環(huán)形排水通道和樁土荷載分擔(dān)，與以往解析解相比更接近于實(shí)際工況。2)芯樁直徑一定的情況下，砂石樁長細(xì)比越大固結(jié)速度越慢。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙維炳,唐彤芝,蔡 新,等.加固深厚軟基的新方法——混凝土芯砂石樁復(fù)合地基法[P].中國專利:CN20061003762 1.2.2006-10-03.

[2] 陳俊生,趙維炳,唐彤芝.混凝土芯砂石樁復(fù)合地基技術(shù)在處理橋頭深厚軟基中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2007，36(1):70-72.

[3] 程萬釗,樂茂華,王富永,等.混凝土芯砂石樁復(fù)合地基加固堤防軟基試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào),2007,38(sup):675-680.

[4] 陳俊生.混凝土芯砂石樁復(fù)合地基法加固深厚軟基技術(shù)研究[D].南京：南京水利科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2007.

[5] 俞 縉,戚志博,蔡燕燕,等.低標(biāo)號混凝土芯砂石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算方法[J].工程力學(xué),2012(6):218-240.

[6] 張玉國.散體材料樁復(fù)合地基固結(jié)理論研究[D].杭州：浙江大學(xué)博士學(xué)位論文,2005.

[7] 王瑞春.豎井地基和散體材料樁復(fù)合地基固結(jié)解析研究[D].杭州：浙江大學(xué)博士論文,2001.

[8] 盧萌盟,謝康和,張玉國，等.考慮施工擾動(dòng)和荷載效應(yīng)的復(fù)合地基固結(jié)解[J].巖土工程學(xué)報(bào),2008,30(4):549-554.

[9] 謝康和.復(fù)合地基固結(jié)理論研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].地基處理,1993,4(3):1-4.

Analyticalsolutionandanalysisforconsolidationoftheconcrete-coredsand-gravelcolumnscompositefoundation

YangYanwei

(ChinaRailwaySiyuanGroupSouthewestSurveyandDesignGroupCo.,Ltd,Kunming650200,China)

Through calculation, the paper obtains the analytic solution of the concrete-cored sand-gravel pile composite foundation consolidation calculation. According the analytic solution, it analyzes the composite foundation consolidation behavior. Results show that: the greater of the sand-gravel pile length-slender ratio, the smaller of the foundation consolidation ratio; as the cored pile diameter increasing, the consolidation ratio will firstly increase and then reduce.

composite foundation, concrete-cored sand-gravel pile, consolidation behavior, analytic solution

1009-6825(2017)12-0056-03

2017-02-18

楊燕偉(1981- )，男，博士，工程師

TU473

A