長短樁復合地基在軟土中的固結沉降解析

李　峰　尚　凱　孫云飚　李　旺　馮守哲

摘要：長短樁作為地基處理的一種手段，它是通過調節和控制地基的沉降差，使得上部結構不會發生由于較大不均勻沉降而造成的使用功能與安全性能上的障礙，根據圍墻與柱狀相結合的復合地基基礎的沉降特性，本文針對該長短樁進行固結沉降分析。

關鍵詞：長短樁；沉降差；固結；地基處理

1引言

復合地基在國內外發展迅速，從地基處理形式到施工手段都有了長足的進步，同時也帶來了巨大的經濟與社會效

益[1]。例如：日本的竹內治謹和山本春行提出一種下凹式淺層地基改良與筏板基礎并用的復合地基形式，并從理論及實際工程上對其有效性進行了分析與論證[2][3]。作者等人根據在均布荷載作用下，基礎中心點的沉降較大，邊緣點的沉降較小的特性，為了能使在軟土地基上可以支撐多層結構，本文提出一種長短樁復合地基處理形式。該長短樁采用調節樁的不同長短作用在土層的不同深度的方式，來達到均勻沉降的目的，減少由于不均勻沉降而造成的對上部結構的不良影響。同時也大大的增大了地基的水平抵抗力，提高了地基的承載力。

2 數值模型分析方法與參數的選取

本文主要針對此長短樁的固結沉降特性進行分析。土的固結是由于土顆粒壓縮性很小，一般都認為土體的變形是孔隙流體的流失及氣體體積減小、顆粒重新排列、粒間距離縮短、骨架體發生錯動的結果。由于孔隙體積變化和顆粒重新排列需要有一個時間過程，土體固結變形與時間有關。故本文將采用比奧二維固結理論，研究分析長短樁的固結沉降和孔隙水壓力變化。

2.1模型建立

在本文中，軟土土體的模型相對較弱，因此并沒有考慮剪切膨脹，我們認為膨脹角ψ=0，所以采用非相關的流動法則。為了研究這個長短樁在軟土和均質地基土中的沉降的整體效果，本文采用有限元數值模擬的方法對其在軟土和均質地基土中的沉降分布做定性分析[4]。

在對此長短樁的有限元計算中，土質材料遵循Mohr-Coulomb屈服準則，樁體則視為完全線彈性體，具體參數見表2-1所示。另外，考慮到計算時間，本文采用了平面應變條件下的數值解析。由于具有對稱性，故取計算模型對稱的半結構來進行數值分析。

本文在加荷時沒有考慮施工過程，采用瞬時加荷地下水位在地下2米處，各個參數如表2-1所示；表2-2給出了A、B二種不同的數值模擬模型，由于是利用長短樁做地基處理，所以樁體的模量并沒有按混凝土的模量取值，其排水參數也采用與土體基本相同的排水參數。固結時間分別為T=0、T=150d、T=300d、T=1000d。樁體模量為Eim=50MPa。

3 數值計算結果分析

3.1 均質地基土中復合地基固結沉降分析

本文在均質軟土中研究復合地基的固結沉降的變化，通過改變長短樁的改良形式來分析這種復合地基的固結沉降性狀。

圖3-1為A模型的復合地基頂部固結沉降分布隨時間變化關系圖,在沉降分析圖中水平坐標的大小為均布荷載作用下的計算模型的寬度，即9.5米。這幅圖中的當固結時間增加時沉降量也隨之增加，通過比較T=0d和T=150d的兩條曲線可以看到固結沉降量比較大，而當T=300d時固結沉降變化明顯小于前面的T=150d曲線。也就是說在相同時間差(150d)的條件下開始時的150天內的固結沉降量比后150天的固結沉降量大。

圖3-2為B模型的復合地基頂部固結沉降分布隨時間變化關系圖。分析同A模型。

通過對這種長短樁在軟土中固結沉降分布情況的二種模型的對比分析，可以得到在A模型中，由于中間樁體的長度較長，故中心點沉降最小。B模型由于采用傳統樁長的處理方式，故邊緣處的沉降量最小，但沉降差較大。通過這樣的分析我們可以看出當采用長短不同的樁體來處理地基時，其沉降差表現優于一樣長短的處理方式。

3.2 均質地基土中復合地基超靜水壓力沿深度分布分析

本文在均質軟土中研究復合地基的超靜水壓力沿深度分布變化，通過改變樁體的長短形式來分析這種地基處理方法的超靜水壓力沿深度分布性狀。

圖3-3為A模型復合地基中部超靜水壓力沿深度分布變化與固結時間關系圖。在圖中可以看出當固結時間從T=0d變化到T=1000d時，

超靜水壓力逐漸消散而變小。在初始的150d天內超靜水壓力消散明顯，尤其在淺層超靜水壓力變化較快，而在深層著逐漸增加。而后隨著固結時間的增加曲線趨于平緩，當T=1000T時，沿深度方向呈成線性變化，超靜水壓力消散基本完成。

圖3-4為B模型復合地基中部超靜水壓力沿深度分布變化與固結時間關系圖。與A模型具有相同的變化趨勢。

通過對這種長短樁在軟土中固結超靜水壓力沿深度分布情況的二種模型的對比分析，可以得到A模型由于中間樁體的長度較長，邊緣樁體處理深度較淺，固結過程中超靜水壓力主要是在淺層向上部消散，影響深度較淺，隨著固結時間的增加A模型、B模型在淺部分布基本相同，通過水平分布的對比我們可以看出B模型由于采用相同長短樁體，超靜水壓力橫向消散受到約束，只能向下部消散，因此超靜水壓力消散比A模型慢。

4結語

本文中對長短樁在均質軟土中的的沉降和超靜水壓力分布進行了定性分析，從中得出在通過改變樁體的作用長短，可以對基礎的固結沉降差和超靜水壓力分布進行了有效的控制。通過本文的論述，我們發現如何選擇一種合理的地基改良模型，是我們以后要通過大量的現場試驗和室內試驗來解決的問題。

參考文獻

[1]龔曉南編著，復合地基理論及工程應用，北京：中國建筑工業出版社，2007

[2]W. Li, K. Takeuchi, and H. Yamamoto (2005): Numerical study on effect of shallow soil improvement to control differential settlement of raft foundation, Proceedings of AIJ Tyugoku Chapter Architectural Research Meeting, 28: 133-136(in Japanese).

[3]W. Li, K. Takeuchi, and H. Yamamoto (2005). Effect of raft foundation with shallow soil improvement on controlling differential settlement, Proceeding of the Second China-Japan Geotechinical Symposium, pp.350-357.

[4]Wei Li，Feng Li，Kinji Takeuchi，et al. Numerical Analysis on a New Foundation System with Columniform Soil Improvement[C]. New Frontiers in Chinese and Japanese Geotechniques. 2007.11:344-352.