・２４０・２０１５年５月 技术论坛 工程技术 初探土体固结对刚柔性复合地基特性的影响 杨静云 （广东南海国际建筑设计有限公司 广东佛山 ５２８２００） 摘要：本文通过建立二维固结模型，从宏观上说明，随着ｎｑ－－Ｎ的推移，土体发生固结作用对刚柔性长短桩复合地基应力分 配的影响；并且总结出刚柔性长短桩复合地基设计中应注意的事项。 关键词：复合地基固结分析 中图分类号：ＴＵ４ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—５５８６（２０１５）２０．０２４０．０１ 目前，许多刚一柔性长短桩复合地基的应力和沉降计算都 是从复合地基变形和桩体强度的不利情况去考虑的，并没有把 配图。 桩周土固结所产生的时间效应考虑在内，所以很容易忽略了 刚一柔性长短桩复合地基在日后长期使用中所存在的安全隐 患。随着时问的推移，土体发生固结作用，刚一柔性长短桩复 合地基中桩体及桩间土的荷载分配将会发生改变，很容易导致 事故的发生，下面将对土体固结所产生的时间效应对刚一柔性 长短桩复合地基的特性影响规律进行初步探讨。 １固结理论的选取 固结就是土体在外部荷载的作用下，内部应力变化引起体 积变化，同时有部分孔隙水被挤出的压密过程。固结速率取决 于土体排水的速率，并且是时间的函数。土体固结和压缩的规 律是相当复杂的。它不仅取决于土的类别和状态，也因土的边 界条件、排水条件和受荷方式等因素变化而异。 目前常用的固结理论主要有Ｔｅｒｚａｇｈｉ固结理论和Ｂｉｏｔ固结 理论，由于Ｂｉｏｔ固结理论是用有效应力原理进行固结分析， 其方程既满足材料的应力一应变关系和平衡条件，又满足变形 协调条件与水流连续方程，且Ｂｉｏｔ理论是三向固结的精确表 达式，故Ｂｉｏｔ固结理论在有限元分析中得到越来越广泛的应用。 同Ｔｅｒｚａｇｈｉ固结方程假定一样，Ｂｌｏｔ固结方程建立在如下 假定基础上： ｆ１）土体饱和，土骨架为线弹性体； （２）小变形问题； （３ 固体颗粒和孔隙水不可压缩； （４）孔隙水相对固体骨架的渗流服从达西定律，其惯性力 可不计。 ２建立二维固结模型 为了便于计算，把模型简化为二维计算模型，各土层特性 如图１所示。上部作用１２０ｋＰａ的均布荷载，刚性桩为ＣＦＧ桩， 柔性桩为水泥土搅拌桩，不考虑刚性桩的渗透性，考虑柔性桩 的渗透性。 ① ② Ｌ ③ ①土层为淤泥质土，Ｅ＝２．７４ＭＰａ．ｋ－－－４×１０．７ｃｍ／ｓ， Ｃ＝７ｋＰａ： ②土层为砂性粘土，Ｅ＝６．５ＭＰａ，ｋ＝５．２×１０．４ｃｍ／ｓ， Ｃ＝２０ｋＰａ； ③土层为强风化岩层，Ｅ＝５０ＭＰａ，ｋ＝３×１０．３ｃｍ／ｓ。 图１固结模型计算参数 ３计算结果分析 图２分别为各不同时间点刚一柔性桩及其桩间土的应力分 （８）１】ｌｆ】载期ｆ＂ｌ （ｂ）加裁宽成稳定期 ｆｃ）１．伴同结制 图２各不同时间点刚一柔性桩及其桩间土的应力分配图 从图（ａ）中得知，在刚一柔性长短桩复合地基加载过程中， 首先由刚性长桩受力，随着荷载的进一步增大，刚性桩“刺入” 褥垫层，通过褥垫层的协调分配作用，柔性桩及桩问土开始参 与作用。 随着荷载的施加完毕，刚一柔性长短桩复合地基充分体现 了其受力作用体系的优越性。从图（ｂ）可以看出该种复合地 基由刚性长桩承受主要荷载及控制沉降，但同时也通过柔性桩 及桩间土参与部分承载作用，充分利用了桩间土的承载能力， 降低了工程成本。 随着时间的推移，桩问土开始发生固结作用，对刚一柔性 长短桩复合地基桩土之间的应力分配影响尤为严重。从图（ｃ） 中可以看出，随着桩间土的固结，柔性桩及桩间土的应力逐渐 减少，刚性长桩桩顶应力不断集中。因为土体的固结会引起自 身的沉降，固结沉降必然导致桩问土承受的荷载减少，从而使 天然地基所承担的荷载卸载平衡于刚性桩，最终导致刚性长桩 桩顶应力集中。 假如刚性长桩桩底坐落于较为坚硬的岩层上，随着刚性桩 桩身应力的增加，刚性桩无法通过刺入下卧层来实现卸载（把 部分荷载重新分担到柔性桩和桩间土上），只能往上刺入褥垫 层，导致桩顶应力进一步集中，当应力集中到一定程度时，可 能对承台产生冲切变形破坏，从而导致整个复合地基破坏。 ４总结 从上述分析结果可以得出，地基处理方法采用刚一柔性长 短桩复合地基时，确保刚一柔性桩及桩间土之间应力的合理分 配尤为重要。所以，当进行刚一柔性长短桩复合地基设计时， 应当注意一下事项： （１）施工场地范围内不能出现长期人工降水地区。 （２）地基土应当处于固结稳定状态。 （３）刚性长桩桩端不能置于基岩等刚度很大的土层。 参考文献 【１］张土乔，龚晓南，曾国熙．水泥土桩复合地基固结分析Ⅱ］．水 利学报．１９９１（１０）：３２—３６ ［２］谢康和．复合地基固结理论研究现状与发展Ⅱ】＿地基处 理．１９９３（３）：４３ ［３］Ｔａｎｇ Ｘ．Ｗ．（１９９８）．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ、Ⅳｉ出Ｄｒａｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰＨ．Ｄ．Ｄｉｓｓｅｒｔａｉｔｏｎ，Ｓａｇａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊａｐａｎ． ［４］邢皓枫，龚晓南，杨晓军 碎石桩复合地基固结简化分析Ⅱ］． 岩土工程学报．２００５（５）：８７ ［５］杨涛，李国维．路堤荷载下不排水端承桩复合地基固结分析 ［『］．岩土工程学报．２００７（１ ２）：１８３１—１８３６