易 光 偉

(上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)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(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度，一直是工程地基處理的重點(diǎn)對(duì)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(duì)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(jī)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(duì)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(duì)某樁網(wǎng)復(fù)合地基實(shí)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(jì)、施工提供參考。

1　工程實(shí)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(jì)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(zhǎng)以穿過淤泥質(zhì)土層底并進(jìn)入強(qiáng)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(zhǎng)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(hào)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(jí)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(shí)法壓實(shí)，壓實(shí)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(zhǎng)絲等，縱、橫向5%延伸率下的抗拉強(qiáng)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(shí)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(jiǎn)化模型，提高運(yùn)算速度，在不影響計(jì)算精度和反映實(shí)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(diǎn)、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(cè)點(diǎn)，導(dǎo)出FLAC3D計(jì)算2 000步時(shí)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(shí)，軟土的沉降對(duì)樁網(wǎng)復(fù)合地基樁間土的影響也較小；填土荷載較大時(shí)，對(duì)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(shí)，最外側(cè)樁樁身彎矩極大值點(diǎn)在樁頭下約1.1 m處，彎矩較小；隨著荷載增加，彎矩極大值增大，且極值點(diǎn)不斷下移，8 m填土荷載時(shí)，極值點(diǎn)位移樁頭下6 m處；同時(shí)，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(zhǎng)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(qiáng)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(shì)。8 m填土荷載時(shí)，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(qiáng)度，材料已經(jīng)失效。

3)超載驗(yàn)證。在8 m土方荷載上施加荷載10 kPa～100 kPa，開始時(shí)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(shí)，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(shí)，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(qiáng)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(duì)樁的影響優(yōu)先于上部荷載。

4)強(qiáng)度驗(yàn)證。為驗(yàn)證壓實(shí)填土強(qiáng)度的不同對(duì)樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降的影響，對(duì)填土強(qiáng)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(cè)點(diǎn)，計(jì)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(qiáng)度就能越多的降低沉降量，這對(duì)土方施工中壓實(shí)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(duì)φ值更敏感，這對(duì)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(yǔ)

以某樁網(wǎng)復(fù)合地基的工程實(shí)例建立了數(shù)值計(jì)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(yàn)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(qiáng)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(qiáng)壓實(shí)填土的強(qiáng)度能降低復(fù)合地基的沉降量，在填料選擇和壓實(shí)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(yàn)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(chǎng)中樁—網(wǎng)復(fù)合地基原體試驗(yàn)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(jī)場(chǎng)高填方地基工后沉降變形簡(jiǎn)化算法[J].巖土力學(xué),2011,32(S1):1-26.

[5]鮑樹峰.剛?cè)衢L(zhǎng)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(bào),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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