碎石桩复合地基处理软土固结计算及应用

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1、第3期福建地质GeologyofFujian273碎石桩复合地基处理软土固结计算及应用林绍凑(1．福建省闽东南地质大队，泉州，362021；2．福建省泉州工程勘察院，泉州，362021)摘要推导了等应变条件下桩阻作用时的碎石桩复合地基固结方程，并与现场沉降观测数据换算出碎石桩复合地基在路堤施工过程中的固结度对比，二者吻合较好，证明了公式的正确性。沉降观测数据还表明：使用碎石桩处理软土地基能加快地基的固结速率。关键词碎石桩复合地基软土固结速率碎石桩桩体渗透系数大，且变形模量比桩周软土大，因此能加快地基的固

2、结速率并且控制沉降。为预测碎石桩复合地基的固结规律，在不考虑土体压缩模量和渗透系数非线性变化的前提下，很多学者提出了一些相应的理论。通过对Barron理论中径向和竖向固结系数的修改得到一种复合地基固结简化解口]，认为土体初始孔隙水压力可能大于施加的均布应力，但忽略了桩阻和涂抹区影响。应力集中效应和涂抹区影响，给出了双层散粒体复合地基固结解，但是假设桩体渗透系数无穷大_2]。扰动区土体渗透系数三种逐渐变化形式，使得考虑涂抹区影响的复合地基固结理论更加符合实际_3]。土体水平渗透系数受施工扰动逐渐变化和地基

3、中附加应力随深度线性变化的特点，给出了考虑施工扰动和荷载效应的复合地基固结解㈨。福建沿海地区广泛发育海陆交互相软土，软土工程性质表现为渗透系数很低、压缩性较大、周结速率较慢[5]。笔者根据土体的非线性特点给出碎石桩复合地基的固结分析结果，并选取某高速公路的工程实例，将理论分析结果与现场沉降数据比较，结果表明固结解分析结果与实测数据较为吻合。1固结公式推导碎石桩复合地基固结计算模型(图1)，图中：H为软土层厚度、碎石桩长度；r为碎石桩半径；r为桩中心到扰动区最外端的半径；r为桩中心到桩周土(由扰动区和扰动

4、区外的非扰动区组成)圆形影响区域最外端的半径；E、E。、E分别为碎石桩、扰动区土和非扰动区土的压缩模量；k、k。、志分别为碎石桩、扰动区和非扰动区的渗透系数。模型边界条件为模型两侧和底部为不透水边界，顶部为完全透水边界；q为均布荷载，瞬时施加且在固结过程中大小恒定。收稿日期：2012—05—28作者简介：林绍凑(1968一)，男，高级工程师，国家注册土木工程师(岩土)，水文地质及工程地质专业。274福建地质GeologyofFu]ian第31卷根据碎石桩复合地基固结计算模型，沿用文献[6]中对于碎石桩复

5、合地基固结问题的假设，对于散粒体桩复合地基，由竖向平lt¨J1IIIIJIIIIIJI；IJ¨IlJIJI扰衡条件可得：不●动丌(y：～y)(+)+丌7：(+)一玎。透j／~水E,,khEs(1)边桩式中：、分别为外荷载在桩周土和桩界体，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，／，^，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，／，，体中任一深度引起的平均有效应力；为外不透水底面I荷载引起、随深度不变的附加应力；、。分别为桩周土和桩体中任一深度的平均超静图1碎石桩复合地基固结计算模型图孔隙水压

6、力。Fig．1Diagramshowingtheconsolidation根据等应变条件假设：computationmodelofgravelpiles一‘c(2z)compositefoundation式中：y为复合地基的桩土压缩模量比。参照文献[6]和文献[7]，得土体径向固结方程：1~Er]一鲁

7、初始时刻土体内的超静孔隙水压完全由上部荷载引起，且沿深度不变，可以得到r：=一o(4a)r—r。一0(4b)Z=OI1。一0(4c)一0：==0(4d)土体的非线性压缩特性由以下公式：P—eo—Cklog(kh／k)(5a)P一一Cl0g(／。)(5b)式中：i为桩周土中初始有效应力；为t时刻桩周土中总有效应力；e。为桩周土初始孔隙比；e为桩周土t时刻孑L隙比；C、C分别为桩周土的压缩指数和渗透指数；ki为桩周土初始水平渗透系数。联立式(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期林绍凑：碎石桩复合地基处理软土固结计算及应用275式中：Fc一[1n()一丢+4n4=-I~(1。一1)·===r／r；S—rs／r。，0【一ks／kh结合方程(4)中的边界条件和初始条件，采用分离变量法求解方程(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)。／