碎石樁復合地基處理軟土固結計算及應用

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1、第3期福建地質GeologyofFujian273碎石樁復合地基處理軟土固結計算及應用林紹湊(1．福建省閩東南地質大隊，泉州，362021；2．福建省泉州工程勘察院，泉州，362021)摘要推導了等應變條件下樁阻作用時的碎石樁復合地基固結方程，并與現(xiàn)場沉降觀測數(shù)據(jù)換算出碎石樁復合地基在路堤施工過程中的固結度對比，二者吻合較好，證明了公式的正確性。沉降觀測數(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速率。關鍵詞碎石樁復合地基軟土固結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、結速率并且控制沉降。為預測碎石樁復合地基的固結規(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，很多學者提出了一些相應的理論。通過對Barron理論中徑向和豎向固結系數(shù)的修改得到一種復合地基固結簡化解口]，認為土體初始孔隙水壓力可能大于施加的均布應力，但忽略了樁阻和涂抹區(qū)影響。應力集中效應和涂抹區(qū)影響，給出了雙層散粒體復合地基固結解，但是假設樁體滲透系數(shù)無窮大_2]。擾動區(qū)土體滲透系數(shù)三種逐漸變化形式，使得考慮涂抹區(qū)影響的復合地基固結理論更加符合實際_3]。土體水平滲透系數(shù)受施工擾動逐漸變化和地基

3、中附加應力隨深度線性變化的特點，給出了考慮施工擾動和荷載效應的復合地基固結解㈨。福建沿海地區(qū)廣泛發(fā)育海陸交互相軟土，軟土工程性質表現(xiàn)為滲透系數(shù)很低、壓縮性較大、周結速率較慢[5]。筆者根據(jù)土體的非線性特點給出碎石樁復合地基的固結分析結果，并選取某高速公路的工程實例，將理論分析結果與現(xiàn)場沉降數(shù)據(jù)比較，結果表明固結解分析結果與實測數(shù)據(jù)較為吻合。1固結公式推導碎石樁復合地基固結計算模型(圖1)，圖中：H為軟土層厚度、碎石樁長度；r為碎石樁半徑；r為樁中心到擾動區(qū)最外端的半徑；r為樁中心到樁周土(由擾動區(qū)和擾動

4、區(qū)外的非擾動區(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、擾動區(qū)土和非擾動區(qū)土的壓縮模量；k、k。、志分別為碎石樁、擾動區(qū)和非擾動區(qū)的滲透系數(shù)。模型邊界條件為模型兩側和底部為不透水邊界，頂部為完全透水邊界；q為均布荷載，瞬時施加且在固結過程中大小恒定。收稿日期：2012—05—28作者簡介：林紹湊(1968一)，男，高級工程師，國家注冊土木工程師(巖土)，水文地質及工程地質專業(yè)。274福建地質GeologyofFu]ian第31卷根據(jù)碎石樁復合地基固結計算模型，沿用文獻[6]中對于碎石樁復

5、合地基固結問題的假設，對于散粒體樁復合地基，由豎向平lt¨J1IIIIJIIIIIJI；IJ¨IlJIJI擾衡條件可得：不●動丌(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力；為外不透水底面I荷載引起、隨深度不變的附加應力；、。分別為樁周土和樁體中任一深度的平均超靜圖1碎石樁復合地基固結計算模型圖孔隙水壓

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

7、初始時刻土體內(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力；為t時刻樁周土中總有效應力；e。為樁周土初始孔隙比；e為樁周土t時刻孑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：碎石樁復合地基處理軟土固結計算及應用275式中：Fc一[1n()一丟+4n4=-I~(1。一1)·===r／r；S—rs／r。，0【一ks／kh結合方程(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)。／