逐级加荷下混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解研究

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1、路基工程·66·SubgradeEngineering2015年第5期(总第182期)DOI:10．13379/j．issn．1003-8825．2015．05．14逐级加荷下混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解研究12，33吴辛，杨燕伟，武颖利(1.中交第二公路工程局有限公司，西安710065;2.中铁四院集团西南勘察设计有限公司，昆明650200;3.南京水利科学研究院，南京210029)摘要:在线性加载的情况下，考虑了混凝土芯砂石桩复合地基中砂石桩的环形排水通道、土体施工扰动和地基附加应力分布形式，并采用桩土共同分担荷载的初始条件，得到了复合地基固结问题的控制方程及

2、解答;在此基础上给出了复合地基按变形和应力定义的总平均固结度。最后，分析了加载历时、附加应力分布形式、芯桩与砂石桩直径比对地基固结性状的影响。结果表明:对于混凝土芯砂石桩复合地基按应力定义的固结度与按变形定义的固结度表达式不同;加荷历时越久，地基固结速率越慢;地基固结速率随着地基顶面和底面处的附加应力之比的增大而增大;地基固结随芯桩直径增大而先增大后减慢。关键词:混凝土芯砂石桩复合地基;固结;环形排水通道;线性加载;施工扰动中图分类号:TU473.1文献标志码:A文章编号:1003－8825(2015)05－0066－050引言混凝土芯砂石桩复合地基中环形砂石桩作为竖

3、混凝土芯砂石桩复合地基是一种兼顾刚性桩复向排水通道，其截面积小于等直径的砂石桩。混凝合地基和软土固结排水通道的地基复合加固新技土芯砂石桩复合地基固结特性突出;固结计算中应［1～3］术。混凝土芯砂石桩复合地基由混凝土芯桩、考虑其环形排水通道。［4］砂石桩、桩间土和碎石加筋褥垫层一起形成复合地俞缙等参照散体材料桩复合地基固结计算方［5］基，见图1、图2。法建立了混凝土芯砂石桩复合地基的固结计算模［4］型，并得到了解析解;但俞缙等的解是无井阻解，与排水通道截面积大小无关，不能反映环形排水通［6］道对复合地基固结性状的影响。陈俊生等采用砂井地基方法分析了混凝土芯砂石桩复合地基

4、的固结性状，通过砂石桩环形排水截面的面积折减来考虑图1混凝土芯砂石桩复合地基示意井阻影响，但没有考虑桩体的应力集中效应。文献［4，7］均考虑了施工扰动，将水平渗透系数在扰动区和非扰动区分别为不同常数，但没有考虑土体水平渗透系数的径向变化。此外，现有的解大多假定荷载瞬时施加，且荷载引起的附加应力沿深度均匀分布;而实际工程中，荷载施加需要一段时间，且路堤等非大面积分布荷图2混凝土芯砂石桩结构组成载引起的附加应力沿深度变化。同时，多数复合地［5～7］基固结理论均沿用砂井地基固结的初始条件，收稿日期:2013－12－12［8，9］基金项目:国家自然科学基金(51208321)

5、;水利部公益性行业科没有桩土共同分担荷载。研专项经费项目(201201015);江苏省科技支撑计划项现有的混凝土芯砂石桩复合地基固结计算方法目(BE201130305)还不够完善，没有考虑混凝土芯砂石桩独特的环形作者简介:吴辛(1981－)，男，宁夏中宁人。工程师，硕士，主要从事工程测量及变形监控等工作。E-mail:292940719@排水通道。鉴于此，本文采用考虑桩土共同分担荷［8］qq.com。载的初始条件和环形砂石桩的环形排水通道，给吴辛，等:逐级加荷下混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解研究·67·出了能够考虑荷载逐级线性施加、土体水平渗透系式中:P，P分别表示

6、复合地基顶部和底部的附加TB数变化和地基中附加应力沿深度线性分布的混凝土应力;tc表示进入恒载阶段的时刻，即加荷历时。芯砂石桩复合地基固结解，并对复合地基的固结性状进行了研究。1复合地基固结模型的建立1.1固结模型计算简图混凝土芯砂石桩复合地基固结模型计算简图，图4线性加载时复合地基内附加应力与时间和深度的关系见图3。(6)在任一深度z处，从土体流入桩体的水量等于桩体中向上水流的增量。2ksus22kwuw[2πrdz]

7、r=rw=－π(rw－rc)dz2γwrγwz(3)式中:us为地基中任一点处的孔压。式(3)可以考虑环形排水截面对复合地基固结性状的影响。

8、图3计算简图1.3控制方程和始边界条件根据基本假定和平衡条件图3中:H为软土层厚度;Es，Ew，Ec分别为222222πrcσc+π(re－rw)σs+π(rw－rc)σw=πreσ(z)土体、砂石桩和混凝土芯桩的压缩模量;rw为砂石(4)桩半径(dw=2rw为砂石桩直径);rc为混凝土芯桩半σcσs－usσw－uw径;re为排水影响区半径;rs为扰动区半径;σ(z)===εv=εz(5)EcEsEw为施加荷载引起的附加应力;uw，us分别为土体和砂式中:σc，σw，σs分别为芯桩、砂石桩和土体的平石桩任一深度处的平均孔压。kh，ks(r)分别为未扰