水泥土搅拌桩复合地基沉降设计参数数值分析
水泥桩软土路基路堤沉降分析
水泥桩软土路基路堤沉降分析梁殷豪（广西路建工程集团有限公司，广西南宁530011）◇企业技术实践◇【作者简介】梁殷豪，男，广西天等人，任职于广西路建工程集团有限公司，工程师，研究方向：公路工程建设。
【引用本文】梁殷豪.水泥搅拌桩软土路基路堤沉降分析［J ］.企业科技与发展，2023（3）：80-83.0引言公路的重建和扩建通常穿过软土区域，软土具有天然含水量和压缩性高、承载力低的特点。
软土区域的公路经过多年运行，旧路基的物理性能和力学性能与新路基有很大差异，这种差异导致沉降的差别极大，给加宽的路基和路面带来额外压力［1］。
因此，软土基础处理是目前工程界关注的焦点。
基于厚软土地基的特性，公路改扩建工程常在路边旧边坡上铺设加固桩，以减少拓宽路基的不均匀沉降。
江振华等［2］在广三高速路改扩建工程研究中，比较新路基桩处理和新旧路基同时桩处理两种桩处理方式加宽路基后的沉降特性，分析轻质路堤填料对路基沉降的影响。
秦立朝等［3］研究沪宁高速镇江段扩建段新老路基在粉喷桩（坡上和非坡上）作用下的变形对桩长、桩距和侧摩阻力的影响。
目前的研究一般将边坡桩和新老路基桩联合考虑，缺乏对边坡桩和非边坡桩的单独研究。
为填补前人研究空白，本文以北方高速路改扩建工程为案例进行有限元数值模拟，比较水泥搅拌桩不同长度和距离下既有路面坡度、既有路基和新路堤情况下的沉降特性，研究结果可为今后的路基拓宽工程提供参考。
1路基有限元模型为模拟路基路面的整体结构，本研究做以下假设：①路基和地基土为均质、连续、各向同性的弹塑性材料；②将材料屈服准则与Mohr-Coulomb 理想弹塑性本构模型相结合，形成本构土模型；③路基与地基土的接触是连续的，完全黏结；④新老路基在施工过程中不发生相对滑移；⑤基础左右两侧受水平约束，基础底部受水平和垂直约束；⑥只有基础表面有排水；⑦路面荷载相当于1m 高填荷载，车辆荷载相当于均匀分布的10kPa 荷载。
本案例的旧路基高3.47m ，宽28m ，填充物为粉质黏土，具体工程设计如图1所示。
水泥搅拌桩的设计计算
城市道桥与防洪２００７年６月第６期收稿日期：２００６－１２－０８作者简介：梁晨（１９６５－），男，北京人，高级工程师，从事道路交通设计工作。
水泥搅拌桩的设计计算梁晨（北京市市政工程设计研究总院，北京市１０００４５）摘要：探讨现行规范中关于水泥搅拌桩在计算方法中存在的问题，并分析其原因，根据经验提出在设计阶段应注意的问题和改进意见。
关键词：水泥搅拌桩；复合地基承载力；沉降量中图分类号：Ｕ４１６．１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－７７１６（２００７）０６－０１２４－０４０前言在软基处理中，根据施工方法的不同，可将搅拌桩分为水泥浆搅拌法（深层搅拌桩）和粉体喷射法搅拌法（粉喷桩）两种。
两者统称水泥搅拌桩，其加固原理是一致的，即：利用专业机械将水泥浆液或水泥粉体材料注入土层中，通过搅拌叶片使水泥材料与软土搅拌混合在一起，从而使水泥固化剂与土体发生一系列的物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩。
由于该法具有费用低、施工噪声小、无环境污染等优点，在我国的南方地区得到广泛应用。
但在工程实践中，该法也出现不少问题，主要表现在施工期间沉降量和工后沉降较大，承载力偏低等现象。
其原因之一是由于设计人员对深层搅拌桩的特点缺乏足够的认识，再加上现行的地基处理规范（如《软土地基深层搅拌加固法技术规程》ＹＢＪ２２５－９１，《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》ＪＴＪ０１７－９６，《地基处理手册》等），在表述上存在着一些缺陷，导致盲目设计，从而给工程带来许多事故。
本文就目前规范中有关深层搅拌桩计算方法中存在的问题进行分析，并结合工程实例提出建议和解决方法。
１水泥搅拌桩的常规设计方法水泥搅拌桩的常规设计步骤：首先根据场地工程地质条件确定单桩竖向承载力，再根据复合地基承载力的要求，确定置换率、桩数，然后布桩，最后进行必要的验算。
计算内容为：复合地基承载力的验算、下卧层的强度验算、地基的沉降变形验算三个部分。
复合地基沉降计算与数值模拟分析
第38卷 第8期2010年 8月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版)J.Huazho ng U niv.of Sci.&T ech.(Nat ur al Science Edition)V ol.38N o.8 A ug. 2010收稿日期:2009-12-21.作者简介:郑俊杰(1967-),男,教授,E -mail:zhengjj@.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50978112);教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(20091341);山西省交通科技攻关项目.复合地基沉降计算与数值模拟分析郑俊杰 马 强 韦永美 陈 强(华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074)摘要:采用数值模拟对复合地基附加应力的扩散模式进行了研究,对规范及相关文献给出的地基沉降计算方法进行了讨论,分析了承载板刚度、载荷大小、桩体刚度对应力扩散模式及扩散角的影响,在规范给出的地基沉降计算方法的基础上,考虑复合地基附加应力的实际扩散模式,提出了一种新的复合地基沉降计算模式,并给出了应力扩散角的取值建议.通过与实测数据的对比,证明该方法比其他方法计算结果更加准确.关 键 词:复合地基;沉降;应力扩散;扩散角;数值模拟中图分类号:T U 411.3 文献标志码:A 文章编号:1671-4512(2010)08-0095-04C alculation and numerical simulation of composite foundation settlementZheng J unj ie M a Qiang Wei Yongmei Chen Qiang(College o f Civil Engineering and M echanics,Huazho ng U niver sity o fScience and T echno lo gy ,Wuhan 430074,China)Abstract :Dispersion o f additional stress o n the composite foundatio n w as researched by num er ical simulatio n.T he calculatio n methods of foundation settlement recom mended by the technical code and literatur es w ere discussed;the str ess dispersion patterns and the dispersion angle w ere investigated by chang ing the plate stiffness,lo ad size,as w ell as,pile stiffness.Based on the foundation settlem ent calculation metho d recomm ended by Chinese code for desig n of building foundation,a new mo del of com po site fo undation settlem ent and the dispersion ang le w ere obtained by co nsidering the actual dif -fusion m odel.Throug h comparison the calculatio n results w ith the measured data,it is proved that the new method is m ore accurate than others.Key words :composite foundation;settlem ent;stress dispersion;dispersion ang le;numerical simula -tion 复合地基沉降计算方法主要有解析法、数值计算法、半解析-半数值法和半理论-半经验方法等[1].文献[2~4]考虑了垫层、桩和土的相互作用,给出了复合地基的沉降计算方法.文献[5]用弹性地基梁理论推导了复合地基附加应力扩散系数的简化公式.文献[6]考虑桩体之间的相互作用,给出了桩体穿越成层地基时沉降的计算方法.文献[7]则根据文献[8]给出的CFG 桩的设计规定,建议采用双层应力法和半解析半数值法进行沉降计算.本文在前人工作的基础上,对复合地基沉降进行了深入探讨.1 沉降计算方法目前复合地基沉降计算理论已有一定的发展,在各类实用的计算方法中,通常把复合地基沉降量s 分为两部分[1]:一部分为加固区压缩量s 1;另一部分为下卧层压缩量s 2,如图1所示.加固区沉降量s 1的计算可采用复合模量法、应力修正法、桩身压缩量法等方法.文献[8]对图1 复合地基沉降示意图CFG 桩复合地基,石灰桩复合地基,水泥土搅拌桩复合地基加固区沉降计算时复合模量的取值方法做出了不同的规定.下卧层压缩量s 2的计算常采用分层总和法.采用分层总和法计算下卧层沉降时,作用在下卧层上的荷载是难以精确计算的,应力扩散模式与扩散角的选取直接影响计算结果,是复合地基沉降计算的关键.2 沉降数值模拟本文采用有限元软件PLAXIS(3D Founda -tion)建立全断面模型进行数值模拟,几何剖面如图2所示.加固区厚度为h 1=12m ,正方形布桩,图2 数值模拟几何剖面桩径d=0.5m ,桩间距l =4d =2m ,桩周土与桩端下卧层为单一的均质土层,下卧层厚度为h 2=12m .复合地基上作用均布荷载p 0,荷载作用宽度B =9m ,荷载作用长度L =9m,桩周土、桩端土和柔性桩采用M ohr -Coulom b 模型,刚性桩及载荷板采用线弹性模型,力学参数见表1,其中U 为桩周土的内摩擦角.表1 沉降计算参数材料名称桩周(端)土柔性桩刚性桩E/M Pa 103010000M 0.380.300.25c/kP a 1520-U /(b )2030--3 在桩顶平面处设置厚度为0.3m 的承载板,加载时施加均布荷载于其上表面.对于刚性桩复合地基,荷载p 0分别为100kPa,300kPa 和500kPa ;对柔性桩复合地基,荷载p 0分别采用100kPa 和300kPa .模型四周采用法向约束,模型底面采用固定约束,有限元计算网格划分见图3.图3 3D 有限元计算模型及网格划分2.1 复合地基应力扩散模式及影响因素分析a .桩体刚度的影响.有限元计算承载板弹性模量为30GPa 时,刚性桩复合地基、柔性桩复合地基及天然双层地基附加应力有效影响半径r (r 是附加应力为同一水平面上基底中点处附加应力的1/10的点到承载板中心的距离)随深度z 的变化规律如图4所示.与基于弹性假定的Bousinesq 公式附加应力计算结果不同,由于土体之间的剪切及摩擦作用,在荷载作用下,桩顶平面加固区以图4 附加应力有效影响半径1)刚性桩;2)天然地基;3)柔性桩外一定宽度内均有附加应力.由图4可以看出桩顶平面处r 略有变化,但变化不大,r 的大小为A B ,A 取值与桩体刚度以及桩周土体的c 和U 值有关,A =r 0/B.用有限元法计算了不同荷载情况下A 的变化范围,根据计算结果,A 在0.75~1.25范围取值较合适.在此不予赘述.从图4中还可以看出,柔性桩复合地基在宏观性质上与均质地基比较接近,计算时可以借鉴文献[9]中5.2.7建议的双层地基应力扩散模式及扩散角的取值方法.而刚性桩复合地基加固后土体复合模量大,复合土层的性质与天然地基有#96# 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第38卷较大的差别,不宜按照文献[9]方法计算.通过对计算结果的分析,在此建议刚性桩复合地基附加应力扩散始于桩顶下约H /3处;柔性桩复合地基的应力扩散起始深度在桩顶一下约H /6处;天然地基附加应力自地基顶面开始扩散,与规范中天然双层地基的应力扩散模式相同.确定下卧层顶面附加应力时仅需考虑桩端平面的附加应力有效影响范围,采用传统的地基应力扩散模式,如图5所示.由图5可知,柔性桩复图5 不同地基附加应力扩散模式1)刚性桩;2)天然地基;3)柔性桩合地基应力扩散迹线与竖直方向的夹角最大,而刚性桩复合地基应力扩散迹线与竖直方向的夹角最小.由文献[9]可知,刚性桩复合地基所受的竖向荷载主要是通过桩体向下传递,且在刚性承载板作用下,桩间土的承载力发挥程度较低,更大程度上体现为桩基础的工作性状.b .载荷板刚度的影响.通过改变载荷板刚度来模拟不同垫层刚度条件下复合地基应力扩散模式及扩散角的变化规律,不同垫层刚度条件下附加应力半径见表2.由表2可知,载荷板(垫层)刚度对复合地基应力扩散模式影响不大,因此,当应力扩散模式确定时,可不考虑上部结构对应力扩散模式的影响.表2 不同垫层刚度附加应力半径(m )z /m垫层刚度/M Pa301005001000500010000300000.017.117.617.817.817.817.817.7-1.516.817.017.417.217.217.017.2-3.016.817.017.217.217.317.317.3-4.517.017.417.517.417.517.617.6-6.017.717.917.917.818.018.018.0-7.518.518.518.618.518.818.618.5-9.019.519.419.519.619.719.719.7-10.520.720.520.520.720.620.820.7-12.021.321.121.021.621.521.421.4 c .荷载的影响.不同荷载作用下桩周附加应力有效影响半径随深度变化规律如图6所示.由图6 不同荷载条件附加应力半径1)500kPa;2)300kP a;3)100kPa图6可知,在距离桩端平面3m 以上,随着荷载的增大,应力扩散半径略有增加.在靠近桩端平面处,不同荷载条件下的附加应力有效影响半径趋于一致.因此,在确定下卧层顶面附加应力时,可忽略由于荷载变化对附加应力扩散角度的影响.综合上述分析,在图5的应力扩散模式的基础上,可以得到考虑实际附加应力扩散状态的模式如图7所示,其中:DF 为柔性桩复合地基附加应力扩散界线;CE 为刚性桩复合地基附加应力扩散界线.图7 桩底平面应力扩散模式在桩端平面处,由于桩体承担的竖向荷载较大,使得桩端范围内的应力大于桩周土体的应力,为了简化计算,将桩底平面加固区范围内的应力采用平均应力来表示,如图7所示.由于竖向增强体的荷载传递作用,桩端平面加固区范围正下方附加应力大于同等条件下天然双层地基的,桩端平面平均附加应力自加固区边缘开始随与加固区距离的增加而减小.加固区两侧平均应力迹线近似于2次曲线,因此,加固区两侧附加应力平均值可取为加固区范围基底平面附加应力的1/3.2.2 应力扩散角的确定应力扩散角的大小与加固区及下卧层的相对#97#第8期 郑俊杰等:复合地基沉降计算与数值模拟分析刚度有关.在天然双层地基中,在对上层土采用柔性桩处理后,应力扩散角H有所增大,而当桩体刚度较大时,H却又减小,这一点与文献[9]中双层地基应力扩散角的取值规律截然不同.文献[9]规定:地基范围内存在软弱下卧层时,地基压力扩散线与垂直线的夹角即应力扩散角H最大为30b.对于柔性桩复合地基可采用规范推荐的应力扩散角取值方法,见文献[9]中表5.2.7.刚性桩复合地基可采用桩基相关规定来确定应力扩散角取H=U/4.考虑复合地基附加应力的实际状态,复合地基下卧层顶面的附加应力应采用下式确定, 2p1(2r2h-Br h+Lr h+BL)=p0BL.(1)对于条形基础L m B,则式(1)可表示为2p1(r h-B/2)+3p1B=p0B.(2)设加固区两侧附加应力为p1,则加固区附加应力为4p1,将下卧层顶面附加应力有效影响半径r h=A B+B H tan H代入式(1),则有矩形基础p1=p0B L/[2(A B+B H tan H)(2A B+2B H tan H-B+L)+2BL];对于条形基础,p1=p0B/2(A B+ B H tan H+B),式中B称起始扩散点系数,为起始扩散点到桩端平面距离与加固区厚度之比,其值与桩体刚度相关,初步建议在0.67~1.0取值,对于刚性桩复合地基B可取0.67,柔性桩建议取0.83,天然地基取1.0.3算例分析南湖新大地家园某住宅,砖混结构七层住宅楼基础底面宽度为10m,长24m,基底平均附加压力约为180kPa,采用CFG桩进行地基处理,桩长11m,桩径为0.4m,桩距为1.9m,自地面以下土层分布情况见表3.加固区沉降计算时采用复合模量法,下卧层表3地基土分层及性质土层号土层类别厚度/m U/(b)E S/M Pa 1素填土3.0159.02淤泥质粘土8.0104.83粉质粘土5.02618.04粉质粘土夹碎石7.03020.05强风化泥岩未揭穿--沉降采用分层总和法进行计算,本文与文献[9, 10]方法的计算结果以及实测结果见表4,其中s=s1+s2.表4沉降计算结果计算方法s1/mm s2/mm s/mm规范桩基法 5.559.765.2双层地基法 5.564.469.9P eck法3.830.234.0中性点法5.754.960.6本文方法3.950.254.1实测值--49.4由表4可知,不同计算理论所得复合地基沉降结果存在较大差异,这些差异主要由下卧层沉降引起,本文计算方法与实测沉降较为接近,此方法忽略了r h以外的附加应力,算得的沉降值略大,可作为安全储备.参考文献[1]孙林娜,龚晓南.散体材料桩复合地基沉降计算方法的研究[J].岩土力学,2008,29(3):846-848. 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复合地基载荷实验的数值分析
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关键
复合地基 ；载荷 实验 ；数 学分析
中图 类号 ：Ｔ ４ 文献标识码 Ａ 文章编号 ：１７ — ８ Ｘ （０６ ６— ０ ４—０ Ｕ ６ １ ３０ ２０ ）０ ０ ７ ３
Ｋｅ ｏ ｄ ｙ Ｗ ｒ ｓ：ｔｅ Ｃ ｍｐ ｕ ｄ Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ？ ； ｌａ ｉｇｅ ｐ ｒ ｎ ；ｔｅ Ｍａ ｅ ｔ ｓＡｎ ｌｓｓ ｈ ｏ ｏ ｎ ｏ ｎ ａｉ ？ ？ ｏ ｏ ｄｎ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｔ ｍａｉ ａｙ ｉ ｉ ｈ ｃ
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１ 工 程 背 景
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水泥土搅拌 复 合地基 因很好 利用 原状 土等优 点被广
ห้องสมุดไป่ตู้
泛应用．《 地基基础设计规范 …首推由载荷 建筑 》 试验确定
复 地 承 力 但 实 工 中 因【 、Ⅱ条 、 ． 合 基 载 ・在 际 程 ， 二 力 件 参 ＝ 登 期
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水泥搅拌桩复合土体强度参数计算方法的比较分析
水泥搅拌桩复合土体强度参数计算方法的比较分析发布时间：2021-04-23T09:45:27.483Z 来源：《基层建设》2020年第34期作者：李博文[导读] 摘要：通过水泥搅拌桩处理过的土体，其承载力和强度均有明显的提升，一方面可以降低放坡开挖的坡度，节省建设空间，另一方面也大大提高了软土基坑的安全性。
佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司广东佛山 528000摘要：通过水泥搅拌桩处理过的土体，其承载力和强度均有明显的提升，一方面可以降低放坡开挖的坡度，节省建设空间，另一方面也大大提高了软土基坑的安全性。
这一点尤其对于水利工程软土地区的基坑工程更加适用，已经成了软土地区小型水利工程基坑开挖的常用手段之一。
本文分析了目前几种常见的水泥搅拌桩复合土体强度确定方法，并以泵房北侧开挖边坡为工程实例进行验算并进行对比分析，以期对今后的工程设计提供一些参考和帮助。
关键词：软土；放坡开挖；水泥搅拌桩；复合土体引言：在实际工程实践中，对于有放坡开挖条件的工程，放坡开挖仍然是最经济最方便的基坑开挖方式。
在软土地区，由于软土具有能力低，易变形等特点，往往需要将坡度设置的比较缓，这样会占用较大的空间，即便如此，软土地区边坡失稳的事故也经常发生。
水泥搅拌法是加固软土最常用的方法之一，在采用放坡开挖的基坑工程中也得到了很大的应用，通过水泥搅拌桩处理过的土体，其承载力和强度均有明显的提升，一方面可以降低放坡开挖的坡度，节省建设空间，另一方面也大大提高了软土基坑的安全性。
这一点尤其对于水利工程软土地区的基坑工程更加适用，已经成了软土地区小型水利工程基坑开挖的常用手段之一。
目前关于水泥搅拌桩复合地基的研究主要集中在复合地基竖向承载力和沉降问题的研究上，对水泥搅拌桩复合地基强度和整体稳定的研究还相对比较少，相关规范也不是很明确，《建筑地基处理技术规范》[1]中针对水泥搅拌法的章节就没有稳定分析的相关内容，不过在《复合地基技术规范》[2]中有相关规定，指出当水泥土桩处理稳定性工程时应进行稳定性验算，复合地基加固区强度指标可采用复合土体综合强度指标也可分别采用桩体和桩间土的强度指标计算，但是该规范并没有明确复合土体综合强度的取值方法。
水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降
水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降随着城市建设的不断发展，复合地基工程已经成为一种常见的地基处理方法。
水泥土搅拌桩作为其中广泛使用的一种技术，具有稳定可靠、施工简便、成本低廉等特点。
然而，在实际工程中，水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降的问题也越来越引人注目。
一、搅拌桩复合地基不均匀沉降的原因1. 工程设计不当水泥土搅拌桩的施工一般由设计单位进行工程设计，如在设计过程中单一考虑了承载力的问题，而未能考虑到沉降的情况，就会导致不均匀沉降的问题。
2. 施工工艺不规范水泥土搅拌桩施工的不规范，施工工艺和施工质量也是影响搅拌桩复合地基不均匀沉降的原因之一。
如搅拌桩与地面之间的接触不紧密，桩体内的混凝土强度不够等。
3. 土质条件不均匀当搅拌桩复合地基处理的土质条件不均匀时，例如地下存在孔洞、滑动面等情况，同一组搅拌桩所受到的荷载是不一样的，从而导致搅拌桩复合地基发生不均匀沉降。
二、可能引发的后果1. 地基沉降不均匀，导致建筑物出现倾斜、开裂等问题，严重影响建筑物的安全性。
2. 生活和办公环境受到严重的影响。
三、防止水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降的对策1. 在设计阶段，应根据工程特点合理确定复合土工地基的结构布置，对深度、间距、直径等进行设计控制，控制地表的变形。
2. 严格控制施工质量，采用先进的施工设备和先进的技术，确保施工工艺的规范性。
3. 大力改善现场管理，及时发现和解决工程安全隐患，加强现场监督和管理。
4. 在工程施工前，应有针对性的开展综合勘查和辅助测试，以了解地质条件和建筑物配置的影响，为后期施工提供可靠的基础和准确的数据。
综上所述，水泥土搅拌桩复合地基不均匀沉降是我们常见的一个问题。
对于如何正确处理这种问题，我们必须做到在工程的设计、施工过程中严格控制质量，提高管理水平，妥善解决紧急情况。
这样我们才能从根本上解决这个问题，确保工程的安全并推动城市建设的健康发展。
CFG桩复合地基沉降变形的数值分析的开题报告
CFG桩复合地基沉降变形的数值分析的开题报告一、选题背景CFG桩复合地基是一种多种材料组合的复合地基，具有承载能力的提高、地基沉降的消减和加固效果显著等优点。
然而，在实际工程中，由于各种因素的影响，如地基土层的差异、不均匀荷载、周围环境变化等，CFG桩复合地基的沉降变形问题常常成为设计与施工中被重视的问题。
分析CFG桩复合地基沉降变形问题的数值方法众多，其中有限元方法是一个相对成熟且广泛应用的解决方案。
基于有限元方法的数值分析可以为工程设计提供更准确的沉降与变形预测以及在实际施工过程中的指导作用。
二、研究目的本论文旨在通过数值分析的方法，研究CFG桩复合地基的沉降变形问题，并分析该问题的成因及其影响。
具体目的如下：1. 建立CFG桩复合地基的有限元模型，并验证模型的准确性。
2. 分析不同荷载作用下CFG桩复合地基的沉降变形特性，探究地基土层的承载力变化规律与影响因素。
3. 研究CFG桩复合地基孔隙水压力对地基沉降变形的影响，并分析孔隙水压力变化与结构变形之间的相互作用。
4. 对CFG桩复合地基的沉降变形问题进行综合分析，并提出针对性的工程应对措施。
三、研究内容论文主要包括以下研究内容：1. CFG桩复合地基沉降变形问题的研究现状及其存在的问题。
2. CFG桩复合地基的构造特点、基本理论与分析方法等相关概念。
3. 建立CFG桩复合地基的有限元模型，并进行模型验证。
4. 分析不同荷载作用下CFG桩复合地基的沉降变形特性，探究地基土层的承载力变化规律与影响因素。
5. 研究CFG桩复合地基孔隙水压力对地基沉降变形的影响，并分析孔隙水压力变化与结构变形之间的相互作用。
6. 综合分析CFG桩复合地基沉降变形问题，并提出相应的工程应对措施。
四、研究方法本论文采用有限元数值模拟方法进行研究，主要包括以下步骤：1. 采集实际工程数据，确定CFG桩复合地基材料与结构参数。
2. 建立CFG桩复合地基的有限元模型，并进行验证。
CFG桩复合地基沉降数值模拟
２ ２单桩 复合 地 基 承 载 力 数值 模 拟 ．
进 行 了大 量 的研 究 ， 桩 复 合 地 基 的沉 降计 算 比较 困 难 ， 但 本 文 以西安 某 高层 Ｃ Ｇ复 合地 基 加 固 工程 为 背 景， 出 一种 通 Ｆ 提 过 Ａ Ｓ Ｓ数 值 模 拟 Ｃ Ｇ单 桩 承 载 力 现 场 载 荷 试 验 确 定 计 ＮＹ Ｆ
ｌ ． Ｏ ３ ５
ｌ ． ０ ５ ０
模 型采用 Ｓ ＬＤ ２ 元， Ｏ Ｉ ４ 单 网格划 分桩 及其 周 同适 当加 密． 约
束 为 四周 水 平链 杆 ， 部 铰支 ， 部 自由边 界 ， 型 及 网格 划 分 底 顶 模
ｌ Ｓ ５． Ｏ
如 图 ｌ图 ２ 图 ３ 、 、 。计 算范 围水 平 １ 直径 ， Ｏ倍 深度 ２倍桩 长 。 用 于 数 值 模 拟 的 现 场 载 荷 试 验 数 据 取 自 ２号 试 验 桩 。 现 场 载 荷 试 验 采 用 慢 速 维 持 荷 载 法， 载 为 ８ ０ｋ ａ ８ 荷 ０ Ｐ 。 分 级
表 １ Ｃ Ｇ 桩 设计 参 数 Ｆ 桩径
Ｄ ｍ 长 １ ／ 桩 ／ ｍ 桩 距 ｓｍ ／
ｌ １ １２ ．
图 １ 几何 模 型
单 桩 复 合 地 基 承 褥 垫 层厚 载力
ｆｋ ｋ ａ ａ ／Ｐ ８ ４０ ０ Ｏ２ ．
０４ ．
２三维 有 限元数 值 模 拟
２ １模型 建 立 及 参 数 选取 ． 表 ２ 模 型 参 数表 序号 名称 密度 变形 模量 泊 松 （ ｋ 比 ‘（） Ｃｌ ａ Ｐ。 ， ，Ｐ （
ｇｍ ） （ ａ ／ ＭＰ ）
多元复合地基承载与沉降特性的数值分析
０ ２ ４０ 删 ８０ ’ ０ ０ ０
荷载 Ｐｋ ａ ／ Ｐ
图 ５ 均质地基刚性桩长径 比与荷载分担比的关系（ 方案 Ｄ ）
图 ２ 柔性桩 模量 变化 时荷 载 一 降曲线 沉
增 大 。但柔 性桩 承 担 荷 载 的增 加 幅度 随着 的增 大 而渐小 ， 这说 明柔性 桩 强 度选 择 合理 时 其 承 载力 才得 以绝 大 部分发 挥 。
荷载分担 比
桩土模量 比
双层地 基 ； 垫层
柔性桩＿一刚性桩组合多元复合地基是根据两
种桩 体 的特点 ， 在满 足技 术 安 全 性 和经 济 性 的前 提 下， 为充 分发挥 地基 承载力 ， 尽可 能减小 沉 降的一 种
性分析 ， 但其参数 由实测地基的计算得到。 本 文计 算为 ５× ５的群 桩带 承 台复合地 基 ， 台 承
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匮
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８０
ＧＯＥＨＩＬＮＩＥＩ ＯＬ Ｖ ｌＮ３ ＥＴ ＮＡＥ Ｎ ＲＧ Ｒ ０ ０ ｏ Ｃ Ｃ Ｇ Ｅ Ｎ Ｗ Ｄ Ｌ ：
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岩 工 界第。 ３ 土 程 一 第期 卷
Ｇ匮匿 嗣
多 元 复 合 地 基 承 载 与 沉 降 特 性 的数 值 分 析
尚新 生 林银 飞 谢 定义。 邵 生俊 。 高 俊
（ ．西北综合勘察设计院 １ 摘 要 ２ ．空军工程大学工 程学 院 ３ ．西安理工大学 岩土所 ４ ．陕西省杨陵 区水资源办 ）
水泥搅拌桩复合地基单桩承载力试验数值模拟
桩复合地基 ］ 。近年来 ， 随着经 济发展 ， 原六 车
道 已不 能满 足 交 通 量 增 长 的需 求 ， 定 对 雅 瑶 至 决
谢 边段 扩 建 为八 车 道 。 经 过 多 年 运 营 ， 路 基 固 原
结 沉 降 已经基 本 完 成 。为 了减小 新 老 路 基 的差 异 沉降 和加快 工 程 进 度 ， 次 扩 建 对 软 基 处 理 主 要 本 采 用水 泥搅 拌桩 。 水泥搅拌桩 属 于半柔 性 桩 ， 施 工振动 小 、 其 噪声 低 、 期短 、 本 低 ， 我 国公 路 、 路 、 业 工 成 在 铁 工 与 民用 建 筑 工 程 中 已广 泛 运 用 。 目前 水 泥 搅 拌 桩 复合 地 基 的工 程 实 例 较 多 ， 其 理 论 分 析 较 但 少 。一 般 计算 理 论 以经 验 为 主 ， 定 在 相对 刚 假 性 的基 础 下 ， 成水 泥 搅 拌 桩 复 合 地基 的 桩 和 桩 组
是 一种 显 函数有 限差 分 软件 ， 由美 国 Ｉ ｓａ 司开 ｔｃ 公 ａ 发 。拉 格 朗 日元 法 是 一种 分 析 非 线 性 大 变形 问题 的数值 方 法 ， 循 连 续 介 质 假 设 ， 用 差 分 格 式 ， 遵 利 按 时步 积分 求解 ， 随着 构 形 的变 化不 断更 新 坐标 ， 允 许介 质 有 较 大 变 形 ， 以准 确 地 模 拟 材 料 的 屈 可 服 、 性 流动 、 塑 软化 直 至 大 变 形 。尤 其 在 材料 的弹
问土共 同分担上部 荷载并 协 调变形 。数 值分 析
法 能够 较 好 地 反 映 复 合 地 基 中桩 土 之 间 的耦 合 作 用及 桩 问 土 的非 线 性 特 性 ， 可 考 虑 不 同 介 质 并
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３ ． ２ ４
１ ． ６ ２ — ０ ． ９ ３ —１ ． ８ ５
本 文 计 算 了翼 墙 ② 一 ② 断 面水 泥 土 桩 间 距 分 别 为
０ ． ８ ６ ｍ、 ０ ． ９ ３ ｍ、 １ ． ２ ｍ、 １ ． ４ ｍ 时 ，即 置 换 率 分 别 为 ２ ４ ． ６ １ ％、 ２ １ ． １ ４ ％、 １ ３ ． １ １ ％、 １ ０ ． ６ ０ ％时 ，复合地基沉降 的变化 情况 ， 如
工程建设 ８
３ ２ ３１
吕 ３ ０
昌
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窨 昌
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８ ９ １ ０ １ １ １ ２ １ ３
桩 长
（ ｍ）
桩径
４ ０ ３５ 逝 ３ ０ ２ ５ Ｏ ５ ０ ０
（ ｍ基 沉 降 关 系 图
４１ ． Ｏ０ ４ ｏ． ＯＯ ３ ９ ．Ｏ Ｏ
图 ３ 桩 径 与 桩 顶 沉 降 关 系 图
３ ８ ．Ｏ Ｏ
３ ７ ．Ｏ ０ ３ ６ ．Ｏ ０ ３ ５ ．Ｏ Ｏ
１ ０ ｏ ０
１ ５ ｏ ｏ
２ Ｏ ｏ ０
不 明显。但是大量实测资料和工程实例计算表明， 加 固层沉
４ 参 数敏 感性 分 析
表 １ 反映了参数变化对复合地基沉降的影响 ，从 中可
以看 出，对复合地基沉降影响 的参数敏感性从高到低 的排
列为 ： 桩长 、 桩径 、 置换率 、 桩体 弹性模量 ， 其 中桩长 、 桩径的
影响较为显著。
图 ４所 示 。
筑物 的总沉 降。 因此复合地基的加固一般应穿透软弱土层。 桩体弹性模量增大后地基沉降减小逐渐不 明显 的原 因
是， 桩体强度的决定因素是水泥掺入 比， 靠提高水泥掺人 比来
减小复合地基沉降作用不大 ，况且提高水泥掺入 比会直接增 加工程造价 ，因此水泥搅拌桩复合地基设计只需选择合适 的 水泥掺入 比即可 ， 一般设计采用的水泥掺入 比为 １ ３ ％一 １ ８ ％。
５ 结 语
本文计 算以姜唐 湖退水 闸工程作 为研究 实例 ，工程对 翼墙的南北两岸采用水 泥土搅 拌桩 进行 地基加固。采用岩
土软件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 。 对复合地基计算参数进行数值分析 ， 分 析了
降一般很小 ，通常小 于 ３ ０ ａ ｒ ｍ，所 占地基总沉降量的 比例较
小 。因此在设计中 ， 一味的增加置换率来加大加 固层 的刚度
３ ４ ．Ｏ Ｏ ０ ．０ ５ １ Ｏ． １ ５ ０． ２ ０． ２５ ０ ． ３
桩体弹性模量 ）
图５ 桩体弹模与复合地基沉 降关 系图 条件和建筑 的上部荷载大小取一个最优的面积置换率。
３ ． ４ 桩 体 弹模 参数 影 响
置换 率
图 ４ 置 换 率 与 复 合 地 基 沉 降 关 系 图 表 １ 参 数 变 化 对 沉 降 影 晌 结 果 表
－
变化率（ ％）＼
桩
６ ． ８ ８
５ ． ８ ９
桩 长
桩 径
３ ． ２ ０ — ２ ． ４ ６ — ４ ． ７ ８
２ ． ６ ０
２． ０ ４
体
１ ． ９ ３
３ ． ８ ７
参
数
置换 率
弹 模
４ ０ ７
．
—１ ． ２ ３ —２． ４ ６
土层 的分布一般随深度增加 ， 土层 的刚度增大 ， 因此被转移
２ ０ —１ ０ １ （ ） ２ ０
图 ５为复合地基沉降随桩体弹模变化 的关系 图。计算 表明： 当土体模量一定 时 ， 增大桩 体模量可减小 沉降 ， 当桩 体 的弹模增加到一定值后 ，继续增加桩体 的弹模对复合地
基沉 降影 响不 明显 。提高桩体强度可提高加 固层 的变形模 量， 减小加固层沉 降 ， 将荷载传递到深层土体 中。由于实际
桩长 、 桩径 、 桩 间距 和桩体 弹性模量这 ４个桩体参数 的变化 对复合地基 的沉 降分别产生 的影 响 ；并对影 响因素进行参 数敏感 性分 析 ， 为复合地基优化设计提供理论依 据■
以达到减小沉降的方法是不可取的 ， 设计中应根据工程地质
Ｚ ｌ ｌ ｌ 涵
蝴
： ２
由图 ４可见 ， 桩距较大时 ， 上部软弱土层 中的附加应力 很大 ， 基础沉降也较大 ， 减小桩距 ， 能够有效 将上部土层 中的
应力向下传递 ，对减小复合地基整体沉降的效果非常明显 ； 桩距较小时 ， 复合地基沉降降低很多 ， 减小桩距 ， 对土 中的应 力分布有一定影 响 ， 但 比以前明显减弱 ， 所 以复合地 基整 体 沉降减小不是很 明显 ； 桩距 减小 到一定程度 ， 桩距变化对 土 中的应力场影响甚小 ， 基础 的沉降较小 ， 并趋于稳定 ， 则继续 减小桩距对减小复合地基整体沉降几乎没有什么效果。 面积置换率不是影响复合地基沉降的主要因素 ， 增加置 换率主要是减小加固层 的沉降 ， 对减小下卧层 的沉降作用并