樁- 網復合地基樁土應力比影響因素分析

梁文文 冷玲倻 周艷華

（江西科技學院，江西 南昌 330098）

1 概述

樁網復合地基具有沉降變形小、變形穩定時間短且造價相對較低等突出優點[1-2]，在國內外公路路堤、鐵路路基、機場等深厚軟土地基處理中廣泛應用[2-5]。樁網復合地基是由樁作為豎向加強體、土工格柵碎石墊層作為水平加強體，與路堤填土及樁間土相互作用的受力體系[2]，其荷載傳遞機制十分復雜。在上部填土荷載的作用下，由于褥墊層的可變形特性，允許剛性樁體“上穿”產生樁土差異變形，使應力重分配，從而充分發揮了樁、網、土的承載能力，有效控制沉降變形[1-2]。樁土應力比指樁頂平面上樁頂和樁間土的土壓力比值，是承載力和沉降計算的重要參數[2，6]，反映了樁- 網復合地基中樁土荷載的分配情況，也是評價加固效果的重要指標，具有十分重要的研究價值[1-2，6]。

本文主要采用理論推導和數值模擬等相結合的方法，考慮拉膜效應影響下對樁一網復合地基樁- 土應力比的變化規律進行研究。

2 樁土應力比分析

樁土差異沉降產生后，褥墊層中的加筋材料開始發生形變，通過產生的拉力將樁間土承受的部分應力傳遞到樁頂上來。為簡化計算，假設加筋材料均勻變形，且變形后撓曲線為二次拋物線，建立平面應變模型如圖1 所示。

圖1 拉膜效應分析模型

建立如圖所示直角坐標系，撓曲線過點M（B，ΔS）得撓曲線方程為：

假設加筋材料均勻變形，筋材平均張拉力T 表示為

3 數值模擬研究

3.1 計算模型的建立

模擬采用通用有限元軟件PLAXIS 進行， 采用Mohr-Coulomb 模型對路堤填土、樁間土體以及下臥層上的土體進行模擬；土工格柵采用PLAXIS 中的格柵單元模擬，且僅承受拉力，其拉伸剛度為1000kN/m；褥墊層材料也采用Mohr-Coulomb 模型來模擬；樁體假定為彈性模型；樁與格柵、墊層與土之間的接觸問題采用接觸單元(Interface Element)模擬。地基土是分層的，為了方便起見，將地基土簡化為兩層計算。在模型底部和側面設置水平向約束和豎向固定約束。為了顯示初始地應力的作用，在未加入填土荷載前，先考慮在自重作用下對地基土進行計算，獲得初始地應力。模擬時假設地下水的水位和地基表面齊平。數值模擬中各土層物理力學參數如表1 所示。

表1 材料的基本力學參數

在本模型中，設置路堤填筑高度為5.5m，預壓土高為3m，坡比為1:1.5，路基頂面寬度為16m，路基底寬為38.75m；模型寬70m，高47m；下臥層厚度為20m，加固區厚度為18m；樁長18m，樁間距3.5m，樁頂設置50cm 厚的褥墊層，圖2。

圖2 有限元計算模型

3.2 樁土應力比影響因素分析

樁土應力比是復合地基中的一個原始概念和計算參數，并且展示復合地基的一個重要內容：樁與周圍土體一起承擔來自上面傳遞的荷載。如果從設計方面來考慮，有關承載力和控制沉降的計算，樁土應力比的選取和計算起著決定性作用。

3.3 樁間距對樁土應力比的影響

圖3 為樁間距對樁土應力比的影響，從圖中可以看出，樁間距對樁土應力比影響較大，隨著樁間距的增大，樁土應力比逐漸增加，加筋對樁土應力比影響較小，表2。

表2 樁間距對樁土應力比的影響

圖3 樁間距對樁土應力比的影響

3.4 筋帶拉伸剛樁土應力比的影響

圖4 為筋帶拉伸剛度對樁土應力比的影響，從圖中可以看出，筋帶拉伸剛度可增大樁土應力比，隨著筋帶拉伸剛度的增加，樁土差異沉降逐漸增大，但增大程度很小。

圖4 筋帶拉伸剛度對樁土應力比的影響

4 結論

4.1 本文通過理論分析得出了樁土應力比的計算公式，同時分析各因素對樁土應力比的影響。

4.2 樁間距對樁土應力比影響較大，樁間距增大50%，樁土應力比增加了56%，加筋對樁土應力比影響較小。

表3 筋帶拉伸剛度對樁土應力比的影響

4.3 筋帶拉伸剛度可增大樁土應力比，隨著筋帶拉伸剛度的增加，樁土應力比逐漸增大，但增大程度很小。