探讨CFG桩复合地基褥垫层作用机理及数值模拟

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1、研究与探讨广东建材2011年第4期探讨CFG桩复合地基褥垫层作用机理及数值模拟张伟(广东工业大学土木与交通工程学院)摘要：CFG桩复合地基在地基处理工程中应用广泛，褥鹅层对CFG桩复合地基的承载力影响比较大，目前对于这方面的研究工作很多。本文从褥挚层的作用机理、褥垫层的厚度及褥垫层的数值模拟等三个方面进行了探讨，为褥垫层的设计与施J=提供一定的参考。关键词：CFG桩复合地基；褥垫层；厚度；数值模拟1引言CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即CementFlying—ashGravelpile)。它是

2、由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基技术已在全国广泛应用，在软弱地基处理发挥着重要的作用，大幅度提高地基承载力，具有适用范围广，施工方便，造价低等特点。褥垫层技术是CFG桩复合地基的一项核心技术，护栏最大横向动态变形量应小于或等于50cm。BSENl317评价标准规定的护栏最大动态变形量标准为：必须记录护栏的最大变形D及工作宽度W，工作宽度W是车体或护栏在碰撞过程中最内缘到最外缘的最大动态距离。W根据变形大小分8个等级，见表6

3、。表6BSENl317-2：1998规定的护栏横向动态变形标准标准上作宽度等级标准上作宽度(m)Wl帆≤0．6W2帆≤0．8W3WN≤1．0W4WN≤1．3W5W。≤I．7W6帆≤2．1W，W~≤2．5W8W、≤3．52、动态变形、下作宽度及车辆侵入是每种安全护栏安装的决定条件。同时，也定义了能使防护系统发挥良好作用的距离。3、变形取决于系统类型及碰撞试验条件。F83规范强制规定护栏最大动态变形是根据护栏刚性或柔性等结构特性确定的，在实际应用中发现很难对护栏刚性或柔性等结构特性进行定义，所以此项条

4、款—·132——复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层设计是否合理，对CFG桩复合地基的承载力和沉降变形都将产生较大的影响。褥垫层的设置可以保证桩土共同承担荷载、调整桩土荷载分担比、减小基础底面的应力集中以及调整桩土水平荷载的分担等。基于对褥垫层作用的理解，对褥垫层进行分析，当其处于两种极端情况时，对桩一土协同分担外载不利。一是若褥挚层为绝对刚性，垫层就成为基础的一部分；二是若褥垫层为绝对柔性，则褥垫层又成为桩间土的一不便于操作。BSENl317工作宽度的选择主要是考虑护栏与其后障碍物的距离，如

5、桥梁斜拉索，根据以往项目经验，同时参考欧洲同等级护栏的工作宽度，建议护栏标准段工作宽度采用W。，在桥塔附近，护栏后有桥梁结构物处，根据护栏与结构物距离，依照表6确定工作宽度。4．5车辆内部变形BSENl317规定：对于ENl317-1规定的所有载客小型车，均应采用VCDI格式对车辆的内部变形进行记录和评价。5结论由以上的比较内容可以看出，内地护栏评价的F83规范和港、澳地区护栏评价所采用的欧盟BSENl317标准，在护栏结构防护，乘员风险，车辆运行轨迹和动态变形四个方面基本一致，但BSENl317

6、还对小型车内部变形做了明确要求；因此本文建议采用欧盟BSENl317的相关规范作为大型跨海、跨境交通基建项目护栏实车碰撞试验条件和安全性评价的依据。●广东建材2011年第4期研究与探讨部分，则桩难以有效发挥承载力。这两种情况都有违设置褥垫层的目的，而在这两者之间，必然存在适当“刚度”的褥垫层，能使桩间土充分发挥作用。所谓适当“刚度”，关键是要达到两个目的：①保证在桩顶应力的作用下桩能‘适度’喇入褥垫层中；②使褥垫层在桩顶应力以作用下不产生过大的压缩变形，防止桩顶“不收敛’，地刺入褥垫层。桩的竖向刚

7、度、褥垫层厚度、密实度及侧向约束条件对桩一土协同分担外载造成影响。例如，当桩较短(或竖向刚度相对较小)，而褥垫层又较薄时，则较可能接近第1种极端情况；反之，当桩很长(或竖向刚度很大)，而褥垫层又很厚，且侧向约束条件差(如窄的条基下褥垫层)时，则可能接近第2种极端情况。相对来说，出现第2种极端情况更为不利。在实际工程中，当桩间土软弱时，桩顶平面标高以下常常铺设一定厚度的褥垫层，即相当于桩项进入褥垫层一定厚度。2褥垫层的作用褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。

8、这里所说的褥垫层不是基础施工中经常浇筑的10em厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。2．1保证桩土共同承担荷载若基础下面不设置褥垫层，基础直接与桩和桩间土接触，在竖向荷载作用下其承载特性和桩基差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是：土承担的荷载随时间增加逐渐增加；桩承担的荷载随时间增加逐渐减小。2．2调整桩土荷载分担比复合地基桩、土荷载分担，可用桩、土应力比lq表示，也可以用桩、土荷载分担比6