墊層對(duì)水泥土攪拌樁樁土應(yīng)力比影響的有限元分析

裴小偉

（洛陽(yáng)市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450000）

1 墊層彈性模量對(duì)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的影響

國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)水泥土攪拌樁進(jìn)行了較多研究，也得出了很多有意義的結(jié)論。

為研究墊層彈性模量對(duì)樁土應(yīng)力比的影響，分別將初始模型中的墊層的彈性模量設(shè)置為10Mpa，15Mpa，20Mpa，25Mpa，30Mpa，40Mpa，50Mpa，計(jì)算出樁頂平均應(yīng)力及土層頂面平均應(yīng)力，如圖1 所示：

圖1 樁及土頂面應(yīng)力隨墊層彈量的變化曲線

圖2 樁土應(yīng)力比隨墊層彈模的變化曲線

從圖1、2 中得出：從增長(zhǎng)趨勢(shì)上，隨著墊層彈性模量的增加，樁頂平均應(yīng)力逐漸增大，而樁間土平均應(yīng)力逐漸減小，所以樁土應(yīng)力比隨著墊層彈性模量的增大而增大；從變化幅度上，樁頂平均應(yīng)力從彈性模量為10 Mpa 時(shí)的273 kpa增長(zhǎng)到50 Mpa 的306 kpa，增長(zhǎng)幅度約10%；樁間土平均應(yīng)力從彈性模量為10 Mpa 時(shí)的58.6 kpa 增長(zhǎng)到50 Mpa 的43.7 kpa 樁間土頂面平均應(yīng)力逐漸減小，降幅為25.5%。說(shuō)明樁間土體應(yīng)力更容易受到墊層模量的影響；當(dāng)彈性模量較小時(shí)，樁土應(yīng)力比增長(zhǎng)較緩慢，當(dāng)墊層模量大于30 Mpa 時(shí)，樁土應(yīng)力比增長(zhǎng)較快。

造成上述結(jié)果的原因是由于隨著墊層彈性模量的增大，墊層壓縮性及移動(dòng)變形性能減弱，其協(xié)調(diào)變形的能力逐漸減弱，特別是當(dāng)彈性模量大于30Mpa 時(shí)，其協(xié)調(diào)變形的能力衰減更快，導(dǎo)致樁土應(yīng)力比增加很快。另外相關(guān)研究表明[2]當(dāng)墊層模量較小時(shí)，復(fù)合地基整體變形也大，這與本文接下來(lái)的研究一致。因此在選擇墊層材料時(shí)，可以選擇透水性較好的粗砂，但壓實(shí)度不宜過(guò)大，壓實(shí)后彈性模量不宜大于30Mpa。

2 墊層厚度對(duì)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的影響

圖3 樁及土頂面應(yīng)力隨墊層厚度的變化曲線

圖4 樁土應(yīng)力比隨墊層厚度的變化曲線

從圖3、4 中可以看出：隨著墊層厚度的增加，樁頂平均應(yīng)力先是迅速減小，然后呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)，當(dāng)厚度達(dá)到0.3 m 時(shí)，達(dá)到最小值288.7 kpa。而樁間土平均應(yīng)力在墊層厚度不大于0.2 時(shí)，隨著墊層厚度的增加，呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)，當(dāng)墊層厚度大于0.3 m 時(shí)，增加的幅度變慢。樁土應(yīng)力比隨著墊層厚度的增加，先是迅速衰減，然后緩慢減小。墊層厚度為0.01 m 時(shí)，樁土應(yīng)力比達(dá)到了29.46，當(dāng)厚度增大到0.1 m 時(shí)，迅速衰減到7.26，當(dāng)墊層厚度從0.2 m變化到1.0 時(shí)，應(yīng)力比僅從5.71 變化到4.58，即墊層厚度增大到原來(lái)的5 倍，樁土應(yīng)力比僅減小20%。因此，當(dāng)墊層厚度為0.01m 時(shí)，即認(rèn)為不設(shè)墊層時(shí)，基礎(chǔ)底面荷載基本全部由樁體承擔(dān)，樁間土的作用可以忽略不計(jì)，此時(shí)沒(méi)有形成復(fù)合地基。隨著墊層厚度的增加，墊層調(diào)節(jié)基底應(yīng)力分布的能力越來(lái)越強(qiáng)，所以樁體應(yīng)力越來(lái)越少而土體應(yīng)力越來(lái)越大。但是，當(dāng)墊層達(dá)到一定厚度時(shí)，其調(diào)節(jié)能力不再明顯，因此建議墊層的適宜厚度為0.2~0.3 m。

3 結(jié)語(yǔ)

1） 隨著墊層彈性模量的減小，減少，樁頂刺入墊層的深度也相應(yīng)增加，因此，較小的彈性模量有利于樁土之間應(yīng)力的分配，但是，過(guò)小的彈性模量增加了樁頂?shù)某两盗浚焕趯?duì)沉降的控制。

2） 隨著墊層厚度的增加，樁土應(yīng)力比先是迅速衰減，然后緩慢減小。當(dāng)墊層厚度很小時(shí)，基礎(chǔ)底面荷載基本全部由樁體承擔(dān)，此時(shí)沒(méi)有形成復(fù)合地基。而當(dāng)墊層厚度較大時(shí)，其調(diào)節(jié)基底應(yīng)力的能力不再明顯。同時(shí)，隨著墊層厚度的增加，樁頂刺入墊層的深度是先增加，到而后處于基本穩(wěn)定。