碎石樁復(fù)合地基處理軟土固結(jié)計(jì)算及應(yīng)用

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1、第3期福建地質(zhì)GeologyofFujian273碎石樁復(fù)合地基處理軟土固結(jié)計(jì)算及應(yīng)用林紹湊(1．福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)，泉州，362021；2．福建省泉州工程勘察院，泉州，362021)摘要推導(dǎo)了等應(yīng)變條件下樁阻作用時(shí)的碎石樁復(fù)合地基固結(jié)方程，并與現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)換算出碎石樁復(fù)合地基在路堤施工過(guò)程中的固結(jié)度對(duì)比，二者吻合較好，證明了公式的正確性。沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)還表明：使用碎石樁處理軟土地基能加快地基的固結(jié)速率。關(guān)鍵詞碎石樁復(fù)合地基軟土固結(jié)速率碎石樁樁體滲透系數(shù)大，且變形模量比樁周軟土大，因此能加快地基的固

2、結(jié)速率并且控制沉降。為預(yù)測(cè)碎石樁復(fù)合地基的固結(jié)規(guī)律，在不考慮土體壓縮模量和滲透系數(shù)非線性變化的前提下，很多學(xué)者提出了一些相應(yīng)的理論。通過(guò)對(duì)Barron理論中徑向和豎向固結(jié)系數(shù)的修改得到一種復(fù)合地基固結(jié)簡(jiǎn)化解口]，認(rèn)為土體初始孔隙水壓力可能大于施加的均布應(yīng)力，但忽略了樁阻和涂抹區(qū)影響。應(yīng)力集中效應(yīng)和涂抹區(qū)影響，給出了雙層散粒體復(fù)合地基固結(jié)解，但是假設(shè)樁體滲透系數(shù)無(wú)窮大_2]。擾動(dòng)區(qū)土體滲透系數(shù)三種逐漸變化形式，使得考慮涂抹區(qū)影響的復(fù)合地基固結(jié)理論更加符合實(shí)際_3]。土體水平滲透系數(shù)受施工擾動(dòng)逐漸變化和地基

3、中附加應(yīng)力隨深度線性變化的特點(diǎn)，給出了考慮施工擾動(dòng)和荷載效應(yīng)的復(fù)合地基固結(jié)解㈨。福建沿海地區(qū)廣泛發(fā)育海陸交互相軟土，軟土工程性質(zhì)表現(xiàn)為滲透系數(shù)很低、壓縮性較大、周結(jié)速率較慢[5]。筆者根據(jù)土體的非線性特點(diǎn)給出碎石樁復(fù)合地基的固結(jié)分析結(jié)果，并選取某高速公路的工程實(shí)例，將理論分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)沉降數(shù)據(jù)比較，結(jié)果表明固結(jié)解分析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合。1固結(jié)公式推導(dǎo)碎石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算模型(圖1)，圖中：H為軟土層厚度、碎石樁長(zhǎng)度；r為碎石樁半徑；r為樁中心到擾動(dòng)區(qū)最外端的半徑；r為樁中心到樁周土(由擾動(dòng)區(qū)和擾動(dòng)

4、區(qū)外的非擾動(dòng)區(qū)組成)圓形影響區(qū)域最外端的半徑；E、E。、E分別為碎石樁、擾動(dòng)區(qū)土和非擾動(dòng)區(qū)土的壓縮模量；k、k。、志分別為碎石樁、擾動(dòng)區(qū)和非擾動(dòng)區(qū)的滲透系數(shù)。模型邊界條件為模型兩側(cè)和底部為不透水邊界，頂部為完全透水邊界；q為均布荷載，瞬時(shí)施加且在固結(jié)過(guò)程中大小恒定。收稿日期：2012—05—28作者簡(jiǎn)介：林紹湊(1968一)，男，高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)土木工程師(巖土)，水文地質(zhì)及工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)。274福建地質(zhì)GeologyofFu]ian第31卷根據(jù)碎石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算模型，沿用文獻(xiàn)[6]中對(duì)于碎石樁復(fù)

5、合地基固結(jié)問(wèn)題的假設(shè)，對(duì)于散粒體樁復(fù)合地基，由豎向平lt¨J1IIIIJIIIIIJI；IJ¨IlJIJI擾衡條件可得：不●動(dòng)丌(y：～y)(+)+丌7：(+)一玎。透j／~水E,,khEs(1)邊樁式中：、分別為外荷載在樁周土和樁界體，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，／，^，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，／，，體中任一深度引起的平均有效應(yīng)力；為外不透水底面I荷載引起、隨深度不變的附加應(yīng)力；、。分別為樁周土和樁體中任一深度的平均超靜圖1碎石樁復(fù)合地基固結(jié)計(jì)算模型圖孔隙水壓

6、力。Fig．1Diagramshowingtheconsolidation根據(jù)等應(yīng)變條件假設(shè)：computationmodelofgravelpiles一‘c(2z)compositefoundation式中：y為復(fù)合地基的樁土壓縮模量比。參照文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]，得土體徑向固結(jié)方程：1~Er]一魯

7、初始時(shí)刻土體內(nèi)的超靜孔隙水壓完全由上部荷載引起，且沿深度不變，可以得到r：=一o(4a)r—r。一0(4b)Z=OI1。一0(4c)一0：==0(4d)土體的非線性壓縮特性由以下公式：P—eo—Cklog(kh／k)(5a)P一一Cl0g(／。)(5b)式中：i為樁周土中初始有效應(yīng)力；為t時(shí)刻樁周土中總有效應(yīng)力；e。為樁周土初始孔隙比；e為樁周土t時(shí)刻孑L隙比；C、C分別為樁周土的壓縮指數(shù)和滲透指數(shù)；ki為樁周土初始水平滲透系數(shù)。聯(lián)立式(1)、式(5)可得控制方程：3z。+。2kh(1+P0)篆a3z。

8、3t—Bk^(1+)，．篆a亟3t一。c6，式中：A-_，B=，K—kh／k第3期林紹湊：碎石樁復(fù)合地基處理軟土固結(jié)計(jì)算及應(yīng)用275式中：Fc一[1n()一丟+4n4=-I~(1。一1)·===r／r；S—rs／r。，0【一ks／kh結(jié)合方程(4)中的邊界條件和初始條件，采用分離變量法求解方程(6)可以得出：一。薹nM百Z(7)式中：M一(2m-1)7c／2，m一0，1，2?，4(n2+y—1)[1+(1+)一(。一1)[2K(H／r)。／