（岩土工程专业论文）柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨.pdf

s t u d yo ns e t t l e m t n tc a l u l a t i o nm e t h o df o rc o m p o s i t e g r o u n du n d e rf l e x i b l ef o u n d a t i o n b y l u o z h o n g t a 0 b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt c c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t o ro f e n g i n e e r i n g 1 n g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rc a 0w e n g u i a p r i l ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名1 罗蜘 日期：加l 年占月( j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密晒。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 黧戮芝 导师签名：肋i 膨 日期：加7 f 年月7 日 日期：矽1 降月夕日 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 摘要 复合地基由于其良好的经济性和实用性，在路堤基础等柔性基础下得到了广 泛的应用。但是现有的复合地基沉降计算理论大都集中在刚性基础下复合地基沉 降计算上面，而对柔性基础下复合地基沉降计算理论研究则较少。刚性基础下复 合地基符合“桩土等应变假设 ，但是，路堤基础属于柔性基础，柔性基础下复合 地基桩土不再符合等应变假设。许多研究表明，柔性基础下复合地基桩土沉降变 形不一致，桩土之间相对滑移在荷载较大时不可避免的存在，与此同时，桩土界 面由于相对滑移产生约束剪应力，造成同一深度上桩间土的沉降不相等。因此， 较为合理的柔性基础下复合地基沉降计算既要考虑桩土相对位移，又要考虑同一 深度处桩间土沉降的非同步性，而现有的方法很少同时考虑以上两点。 本文首先分析了柔性基础下复合地基承载机理和桩土变形的特点，基于桩土 界面变形协调的假设，利用剪切位移法建立了柔性基础性下深层搅拌桩复合地基 有效桩长的计算公式；其次，考虑到柔性基础下复合地基桩土相对滑移特性，根 据桩土界面剪切变形特性，假定桩土界面剪应力和剪切相对位移关系服从理想弹 塑性模型，并将复合地基沉降视为加固区塑性区、弹性区和下卧层压缩变形三部 分组成；然后，根据塑性区桩土界面剪应力与相对位移的关系特性，通过分析桩 与桩间土竖向应力，建立出加固区塑性区压缩量分析方法，同时针对桩间土竖向 应力变化特征，在对现有桩间土竖向位移模式进行改进的基础上，建立出考虑桩 间土竖向应力变化和桩土相对位移的弹性区压缩量计算模型，在此基础上建立了 柔性基础下复合地基沉降计算新方法；最后，对两个工程实例进行了计算分析， 并同其他分析方法进行了比较，结果表明了本文所建立的柔性基础下复合地基沉 降计算分析方法具有合理性和可行性。 本文建立的柔性基础下复合地基的有效桩长计算公式考虑了荷载大小等级不 同时有效桩长亦不同的特点，同时，建立的柔性基础下复合地基沉降计算分析方 法既考虑了桩土相对滑移的因素，又考虑了桩间土沉降的不一致( 即非同步性) 的特点，符合柔性基础下复合地基变形特点和桩土相互作用性状特点，对完善柔 性基础下复合地基沉降计算理论有一定的参考价值。 关键词：柔性基础；复合地基；相互作用；有效桩长；相对滑移；沉降 硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hi t s9 0 0 de c o n o m ya n dp r a c t i c a b i l i t ) ， c o m p o s i t eg r o u n dw a sw i d e l yu s e d u n d e rn e x i b l ef b u n d a t i o ns u c ha se m b a n k m e n tf b u n d a t i o n t h ee x i s t i n g t h e o r i e s0 f c o m p o s i t eg r o u n ds e t t l e m e n t a r ec o n c e n t r a t e di nt h er i g i df o u n d a t i o n ，w h i l el h e s e t t l e m e n tc a c u l a t i o nm e h h o d su n d e r f l e x i b l ef o u n d a t i o na r el i m i t e d c o m p o s i t e g r o u n du n d e rr i g i d f o u n d a t i o na c c o r dw i t h“p i l e s o i le q u a l s t r a i n h y p o t h e s i s ” h o w e v e r e m b a n k m e n tf o u n d a t i o nb e l o n g s t 0n e x i b l ef o u n d a t i o n ， a n dc o m p o s i t e g r o u n du n d e rf l e x i b l ef b u n d a t i o nn ol o n g e rm e e t st h ee q u a l s t r a i nh y p o t h e s i s l 订a n y s t u d i e ss h o wt h a t ，d e f o r m a t i o nb e t w e e np i l e a n ds o i lu n d e rf l e x i b l ef o u n d a t i o ni s i n c o n s o n a n t ，a n dr e l a t i v es l i p i si n e v i t a b l yu n d e rl a r g e rl o a d ；m e a n w h i l e ，p i l e s o i l i n t e r f a c es h e a rs t r e s si sp r o d u c e dd u et or e l a t i v es l i p p i n g ，w h i c hc a u s e ds e t t l e m e n t d i f f e r e n c eb e t w e e np i l ea n ds o i la tt h es a m ed e p t h t h e r e f o r e ，am o r er e a s o n a b l e s e t t l e m e n tc a i c u l a t i o no fc o m p o s i t eg r o u n du n d e rf l e x i b l ef o u n d a t i o nm u s tc o n s l d e r b o t hr e l a t i v ed i s p l a c e m e n tb e t w e e np i l ea n ds o i la n dn o n - s y n c h r o n i z e ds e t t l e m e n t a t t h es a m ed e p t ho fs o i l h o w e v e r ，e x i s t i n gm e t h o d st a k i n gb o t ht w op o i n t sa b o v ei n t o a c c o u n ta r es e l d o m f i f s t l y ，b e a r i n gm e c h a n i s ma n dd e f b r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fc o m p o s i t eg r o u n d u n d e rf l e x i b l ef o u n d a t i o nw a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，a n db a s e d o nt h ea s s u m p t i o no f p i l e - s o i li n t e f f a c ed e f o r m a t i o nc o o r d i n a t i o n ，e f f e c t i v ep i l el e n g t hc a l c u l a t i o nf o r m u l a u n d e rd e e pm i x i n gp i l ec o m p o s i t eg r o u n dw a se s t a b l i s h e db y s h e a rd i s p l a c e m e n t m e t h o d ；s e c o n d l y ，c o n s i d e r i n gs l i pc h a r a c t e r i s t i c so fc o m p o s i t eg r o u n du n d e r n e x i b l e f b u n d a t i o nf 6 u n d a t i o nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h e a rs t r e s sa n ds h e a fd i s p l a c e m e n t w a sa s s u m e dt 0m e e tt ot h ei d e a le l a s t i c p l a s t i cm o d e l ， a n dt h es e t t l e m e n tw a s r e g a t d e da st h r e ep a r t s ： e l a s t i cz o n e ，p l a s t i cz o n e ，a n du n d e r l y i n gs t f a t u m ；t h i r d l y a c c o r d i n gt 0f e l a t i o n s h i p b e t w e e ns h e a rs t r e s sa n dr e l a t i v ed i s p l a c e m e n t 0 nt h e p i l e - s o i li n t e r f a c e ，c o m p r e s s i o nc a l c u l a t i o nm e t h o di np l a s t i cz o n ew a se s t a b l i s h e db y m e c h a n i c a la n a l y s i so fp i l ea n ds o i l a n dc o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv e r t i c a l s o i ls t r e s sv a r i a t i o n ， ac a l c u l a t i o nm o d e li ne l a s t i c z o n ew h i c hc o n s i d e r i n gb o t h v e r t i c a ls o i ls t r e s sv a r i a t i o na n dp i l e s s o i l r e l a t i v e s l i pw a sb u i l tu pb a s e d 0 n i m p r o v e dd i s p l a c e m e n tm o d e l0 f s o i lb e t w e e np 订e sb yd i s c u s s i n g c u r r e n ts o i l d i s p l a c e m e n tm o d e s a sar e s u l t ，an e ws e t t l e m e n tc a l c u l a t i o nm e t h o do fc o m p o s i t e g r o u n du n d e rn e x i b l ef o u n d a t i o nw a sp r e s e n t e d f i n a l l y ，t w op r a c t i c a le n g i n e e r i n g i 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 c a l c u l a t i o na n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i sw i t ho t h e rm e t h o d si n d i c a t e st h a tt h i sm e t h o di s r e a s o n a b l ea n df e a s i b l e t h em e t h o dt oc a c u l a t ee f f e c t i v el e n g t h0 fp i l eo fc o m p o s i t eg r o u n du n d e r n e x i b l ef b u n d a t i o nr e f l e c t e dt h ef e l a t i o n s h i pb e t w e e n1 0 a ds i z ea n de f f e c t i v ep i l e l e n g t h ；m e a n w h i l e ，t h em e t h o dt 0c a c u l a t es e t t l e m e n to fc o m p o s i t eg r o u n du n d e r n e x i b l ef b u n d a t i o nt 0 0 kb o t hr e l a t i v e s l i p b e t w e e n p i l e s a n ds o i la n d n o n s y n c h r o n i z e ds e t t l e m e n ta tt h es a m ed e p t ho fs o i li n t 0a c c o u n t ，w h i c ha c c o r dw i t h t h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dp i l e s o i li n t e r a c t i o nc h a r a c t e r i s l i c so fc o m p o s i t e f b u n d a t i o nu n d e rn e x i b l ef b u n d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d h a ds o m er e f e r e n c ev a l u ef o r c a c u l a t i n gs e t t l e m e n to fc o m p o s i t eg r o u n du n d e rf l e x i b l ef b u n d a t i o n k e y w o r d s ：f l e x i b l ef o u n d a t i o n ，c o m p o s i t eg r o u n d ，p i l e - s o i li n t e r a c t i o n ，e f f e c t i v e i 七n g t ho fp i l e ，r e l a t i v es l i p ，s e t t l e m e n t i v 硕十学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t f a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义1 1 2 复合地基的分类2 1 2 1 按增强体的方向分类2 1 2 2 按照桩体材料分类3 1 2 - 3 按照桩体刚度或者强度分类4 1 2 4 复合地基定量化分类- 4 1 3 复合地基沉降计算方法5 1 3 1 加固区压缩量s 的计算一5 1 3 2 下卧层压缩量矗计算方法8 1 4 柔性基础下桩土复合地基沉降研究现状。1 0 1 4 1 试验研究1 1 1 4 2 数值分析方法1 2 1 4 3 解析法研究1 2 1 5 解析法中存在的问题1 3 1 6 本文研究的主要内容和所做的工作1 4 第2 章柔性基础下复合地基作用机理。1 6 2 1 概述1 6 2 2 复合地基加固效用1 7 2 2 1 桩体作用1 7 2 2 2 垫层作用1 7 2 2 3 振密、挤密作用1 7 2 2 4 加速固结作用1 7 2 2 5 加筋作用1 7 2 3 柔性基础下复合地基破坏模式1 8 2 3 1 复合地基桩体破坏模式1 8 v 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 2 3 2 复合地基破坏模式。1 8 2 4 柔性基础下复合地基的垫层效应1 9 2 5 柔性基础下复合地基承载特性。2 0 2 5 1 柔性基础下复合地基工作机理分析2 0 2 5 2 柔性基础下复合地基桩土荷载分担比及桩土应力比2 1 2 5 3 复合地基承载力计算模式。2 3 2 6 柔性基础下复合地基变形机理分析2 5 2 6 1 竖向压缩变形2 5 2 6 2 径向变形2 5 2 7 本章小结。2 5 第3 章柔性基础下复合地基有效桩长计算2 6 3 1 概述2 6 3 2 有效桩长确定方法及研究现状2 6 3 1 1 有效桩长确定方法2 6 3 1 2 复合地基有效桩长研究现状2 8 3 3 基于剪切位移法的柔性基础下复合地基有效桩长计算3 2 3 3 1 剪切位移法的基本理论3 2 3 3 2 桩侧摩阻力公式分布形式。3 3 3 3 3 有效桩长的计算3 4 3 3 4 柔性基础下考虑有效桩长的深搅桩复合地基沉降分析3 6 3 4 本章小结一3 9 第4 章考虑桩土滑移的柔性基础下柔性桩复合地基沉降计算4 0 4 1 概述4 0 4 2 现有的位移模式以及不足之处4 0 4 2 1 现有的位移模式4 0 4 2 2 不足之处一4 4 4 3 考虑桩土滑移的柔性基础下柔性桩复合地基沉降计算。4 5 4 3 1 柔性基础下复合地基沉降变形机理4 5 4 3 2 塑性区压缩变形分析方法4 6 4 3 3 弹性区压缩变形分析方法4 8 4 4 复合地基弹性区桩及土体竖向应力和压缩量5 1 4 5 下卧层压缩量分析方法5 3 4 6 相关参数的确定方法5 3 4 6 1p ”p 。和肌的确定5 3 4 6 2 塑性区发展深度，m 的确定5 4 硕t ：学位论文 4 6 3 啦和展的确定5 4 4 7 本章小结5 7 第5 章工程实例分析5 8 5 1 工程实例一5 8 5 1 1 桩体压缩模量e 。的影响5 8 5 1 2 土体压缩模量e 。的影响5 9 5 1 3 垫层压缩模量e 。的影响5 9 5 2 工程实例二6 0 5 2 1 工程背景6 0 5 2 2 测试方案6 2 5 2 3 沉降计算与结果分析6 3 结论6 5 参考文献。6 7 致谢7 2 附录a 攻读学位期间发表的学术论文7 3 v 硕士学位论文 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 1 1 1 研究背景 近几年来，随着我们国家经济建设的步伐迅速加快，我国土木工程建设发展 也很快，不仅工程建设的规模不断扩大，难度也相应的提高，与此同时也对地基 的质量等级提出了更高的要求。我国地域辽阔，自然地理环境区别较大，土质条 件差异也比较大。对于承载能力较高的土体，可以直接在其上面修筑建筑物，无 需作出处理。但是，在实践中，工程人员常常会遇到如软土、填土、岩溶等不良 的地基，这个时候就要对地基进行处理。如果对对这类地基不进行处理或者处理 不当，可能会造成较大的事故，轻则引起建筑物不均匀沉降导致的开裂现象，重 则直接影响建筑物的安全而不能正常使用。因此，对软弱地基的处理的重要性越 来越多地为人们所认识。 在工程实践过程中，人们根据经验和研究，总结了多种地基处理的方法。根 据地基的受力特点，大致可以把人工地基分成均质地基，桩基础，复合地基。近 些年来随着我国土木建设的迅猛开展，复合地基由于处治技术其施工方便、造价 低等一系列优点，在工程实际中得到越来越多的应用，已成为应用最广的地基处 理方法之一。复合地基1 1 】可看成由加固区和下卧层两部分组成，其中加固区由植 入地基的增强体即桩体和分布在桩体周围的基体组成，根据增强体设置的形式和 材料，复合地基有很多类型，不同类型的复合地基适用于不同的软土地基，在实 践中，工程人员往往根据工程特点和地质条件，合理的选择复合地基类型。上部 荷载由基体和增强体共同承担，是不同于桩基础的一个显著特点。 近年来全国各地加大了高速公路建设的力度。在软土地区修建高速公路，高 路堤常常存在沉降过大的问题，这也直接影响了道路的正常使用，因而在其建设 过程中经常会遇到路基加固的问题。现有的工程实践也证明了，复合地基技术能 够有效的提高地基承载力，减小地基沉降，等优点，另外，它还具有适用范围广、 快速施工、质量优质等优点。但是，以往的有关复合地基理论的研究大多集中在 刚性基础下复合地基的承载力及沉降计算，有关柔性基础( 如路堤等) 下复合地 基沉降计算的理论却少见报道。 1 1 2 研究意义 近年来，我国掀起了高速公路建设的热潮，可谓发展迅速，与此相对应的是 柔性基础下复合地摹沉降计算方法探讨 我国软土区域分布较广，这就带来一系列的问题。高速公路不仅造价高，技术要 求也很高，因此，对其路基变形和稳定的要求十分严格。如果路基沉降发生不均 匀的话，那么路面很容易开裂，造成很大的损失。因此，研究柔性基础下( 路堤) 复合地基沉降计算无疑对公路建设会有重要的指导意义。 桩体复合地基技术已经在工民建中有着广泛的应用，因而现有的研究理论也 大都集中在该领域，在此领域已经有比较成熟的理论。在工民建中，基础都有比 较大的刚度。在刚性基础下，复合地基桩土能够产生同步变形，不仅桩土的沉降 一致，而且土的沉降在同一水平面也是一致的。因此，可以认为，符合“桩土等 应变 假设：而路堤基础是柔性基础，在柔性基础下，复合地基中的桩体会刺入 路堤，此时“桩土等应变 假设不成立了。另外，刚柔性基础下复合地基有着不 同的破坏形式，这是源于受力特性不一致的原因。在刚性基础下，复合地基往往 是桩体首先达到极限状态，进而引发复合地基全面破坏；而对柔性基础下的复合 地基，其破坏模式往往为桩间土先破坏，这也是两者显著的差别之一。 上述分析表明，刚性基础下复合地基桩土变形特性与柔性基础下复合地基存 在较大的差别，刚性基础下复合地基计算理论不再适用于柔性基础下复合地基。 桩间土的位移模式是柔性基础下复合地基沉降计算的关键问题之一，随着我国高 速公路建设步伐的迅速加快，近年来引起了国内外很多学者的重视，逐渐成为工 程界研究的热点。另外，许多学者通过研究表明，柔性基础下复合地基桩土沉降 变形不一致，在荷载较大时桩土界面之间难免发生相对滑移，与此同时，由于桩 土界面剪应力的存在，造成了同一水平面上土的沉降不一致。这样柔性基础下复 合地基变形就呈现两个显著特点，因此，较为合理的柔性基础下复合地基沉降计 算既要考虑桩土界面处的相对位移，而且要把同一水平面上土沉降的非一致性考 虑进来，但是目前现有的方法很少同时考虑以上两点，造成沉降计算的不准确。 因此，如果在柔性基础下复合地基沉降计算中同时考虑以上两点，将使复合地基 沉降计算理论更加完善。 1 2 复合地基的分类 按照不同的分类标准，复合地基有很多种，在实际工程中较为常见的有以下 几种分类方法。 1 2 1 按增强体的方向分类 根据在基体中植入的增强体的方向不同，可以分为四类，即增强体是竖向， 增强体是横向的，增强体是纵横向的，还有就是增强体是斜向的。 2 硕士学位论文 黼童黼蕊 ( a ) 竖向增强体 复合地基 ( b ) 横向增强体 复合地基 ( c ) 纵横向桩复 合地基 ( d ) 斜向增强体 复合地基 图1 1 各类桩土复合地基示意图 竖向增强体复合地基【2 j 主要特征是增强体是垂直于地基的，主要产生竖向作 用。( 如图1 1 a 所示) 。 如果增强体平行于地基表面而存在于复合地基当中，主要产生水平方向的作 用，这种作用将限制复合地基的侧向变形，这样的复合地基叫横向增强体复合地 基【6 1 。 假如在地基中同时加入竖向和水平向的增强体，这样的话就形成了纵横向复 合地基【9 】( 如图1 1 c 所示) 。它具有前述两种符复合地基的特点，在实践中会发 挥以上两种复合地基的优势，既能限制复合地基竖向变形，又能限制侧向变形， 这对一些刚度较小的桩尤其有用。在实际中，我们为了限制某些低刚度桩复合地 基侧向变形这一不足，利用横向增强体的侧向约束作用，从而引入这种复合地基。 斜向增强体复合地基【1 0 】是放置斜向的增强体，能够分别承担竖向和横向的作 用，使得复合地基的变形相协调( 如图1 1 d 所示) 。树根桩就是其中的典型代表， 其布桩形式如同一根根树根一样交叉错乱的排列在地基中，在隧道支护中应用非 常广泛，产生良好的效益。 1 2 2 按桩的材料进行分类 根据增强体采用的材料，复合地基大致可分为以下六类： ( 1 ) 加筋土地基：主要由土工合成材料，如土工格栅、土工布等形成的； ( 2 ) 散体材料桩复合地基，在实践中应用最广的且最具代表性的散体材料桩 复合地基【1 1 j 有砂桩复合地基和碎石桩复合地基两类。对于碎石桩、砂桩等散体材 料桩复合地基如此，对于像c f g 桩等粘结材料桩复合地基也是如此，现有的研究 表明，几乎所有的复合地基渗透速率要大于天然地基，尤其在成桩初期，固结速 度更快。 ( 3 ) 深层搅拌桩类复合地基，这类复合地基是把水泥和土体拌合，水泥和土 体发生一系列的物理化学反应两者形成一整体即水泥土增强体，该类桩的刚度较 小，适合于含水量较大的软弱土地基，处置效果很好，如水泥土搅拌桩复合地基、 悬喷桩复合地基等。 ( 4 ) 低强度混凝土类桩复合地基：这类复合地基的特点是刚度比较大，桩体 3 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 材料之间的粘聚力强，侧向变形较小。具有代表性的有水泥粉煤灰碎石桩( c f g 桩) 、树根桩、素混凝土桩复合地基等等。 ( 5 ) 土桩复合地基、灰土桩复合地基、渣土桩复合地基等。 ( 6 ) 各类钢筋混凝土桩复合地基，这类复合地基刚度更大，在实际中应用较 少，如管桩复合地基、薄壁筒桩复合地基、钢筋混凝土桩复合地基等。 1 2 3 按照桩体刚度分类 按照桩体刚度对桩体复合地基进行分类可以参照图1 2 。由图中可以看出， 这类分类方法没有明确的定量分类，比如刚性桩和半刚性桩本身就没有明显的界 限，所以，这类方法只能定性的将复合地基分类，要精确的分类还是无法做到。 图1 2 复合地基按刚度分类示意图 1 2 4 复合地基定量化分类 复合地基桩体刚度较难计算，刚度与桩长、模量等因素有关，有些学者从定 量方面给出了计算公式。文献【1 2 】得出桩土相对刚度的计算表达式如下： k 导 ( 1 1 ) l 式中，e 桩体的弹性模量，m p a ； l 桩体长度，m ； ，桩体半径，m ； e 桩间土弹性模量，m p a ； 1 ，。桩间土泊松比。 文献【1 3 】对上述表达式进行了改进，并考虑了有效桩长的影响，建议桩土相 对刚度采用如下公式： 式中，亭乩刿； ， k = 压主 4 ( 1 2 ) 硕 二学位论文 小于临界桩长t 时取实际桩长，当桩长于有效桩长的时候取临界桩 长l = 丘。 这样就可以根据相对刚度k 的大小大致把桩分为两类：当k 1 时，称为柔 性桩复合地基；当k 1 时，称为刚性桩复合地基。 1 3 复合地基沉降计算方法 早期复合地基多用于建筑工程，而建筑工程领域里所采用的基础都有很大的 刚度，对于基础刚度较大的情况下，我们可以将其简化为刚性基础。对于这种基 础下的复合地基沉降分析，通常假设同一深度处桩体和桩间土的沉降是相等的， 即满足“桩土等应变”假设。现有的复合地基沉降计算方法和理论大部分都是针 对这类基础的，相应地，一些计算方法和参数都是在刚性基础的前提下得出的。 在各类复合地基沉降计算中，通常的方法是把沉降量看成由两方面组成：加 固区压缩量 和下卧层压缩量j ：。为了很好的理解这个意思，给出示意图1 3 所示， 为处理后加固区的厚度，z 为荷载作用下地基压缩范围的计算厚度。总沉降s 可 表示为两部分之和，即： 荷载 ， 图1 3 复合地基沉降示意图 s 一毛+ s 2( 1 3 ) 1 3 1 加固区压缩量毛的计算 目前常用的加固区压缩量的计算方法有三种，接下来一一介绍到。 1 3 1 1 复合模量法( e 。法) 该方法把复合地基加固区中桩和土看成一种均质的复合土体，从而引入分层 总和法的思想，只是相应的压缩模量采用e 。p 这一复合模量指标来计算，表达式 为： 5 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 墨2 砉争 m 4 ， 式中，瓴第f 层复合土上附加应力增量； 凰第f 层复合土层的厚度； 第f 层复合地基的复合模量。 复合模量的计算方法可参考建筑地基处理技术规范( j g j 7 9 2 0 0 2 ) 【1 4 】中 的规定，即： = 肌+ ( 1 一所) e ( 1 5 ) 式中，第f 层复合地基的复合模量； 毛第f 层复合地基的土体模量； 第f 层复合地基的桩体模量； 胁复合地基的面积置换率； 尢复合地基的桩土应力比。 规范【1 4 1 方法比较简单便于计算而且有一定的精度，因此为工程界广泛采用。 此外，很多学者也提出了其他的计算公式，张土乔1 1 5 】就根据能量原理推导出了复 合模量计算公式： 。 = 刚h ”篙一n 6 ， 即硒柄 o 7 即不桶 。愿 昏赢 0 9 ) 式中巨复合地基土体模量； 乓复合地基桩体模量； 肌复合地基的面积置换率。 o m i n e 和o h n o r 等【1 6 1 认为复合模量可以根据下式来计算： 1 6 1 ) ，竹+ 1 2 面毒赢 o _ o ) 式中，6 = ( 鼻e ) 9 。 日值的取值与桩体在复合地基中的分布方式有关系，可通过各个方向上取不 6 硕士学位论文 介质各向异性的特点。 徐洋等【1 7 】建议： 一q + 口z e 口- 2 ( 詈) 2 + ( 詈) 2 1 一( 詈) 2 萋 1 一( 罢) 2 】+ 1 c z ：= 1 一( 詈) 2 1 一( 詈) 2 】 ( 1 1 1 ) ( 1 1 2 ) ( 1 1 3 ) 式中，桩体半径； 1 2 桩间距； ，桩间距； 七和某桩相邻的群桩中其作用可以覆盖于整个影响区域的共有桩组 数，三角形布桩时取七一2 。 该方法考虑了桩体对桩间土体的加固作用，同时考虑了沉桩作用对桩间土 体模量的提高作用。 。 。 王凤池等f 1 8 l 建议： 一风( 1 一m ) 巨+ 嶂 ( 1 1 4 ) 岛= a ( a 咖a + ) ，) ( ) ，历a + a ) ( 1 1 5 ) a - 工七- 4 鼻 ( 1 1 6 ) ) ，一如4 ( 1 1 7 ) 式中，屁桩体模量调节系数； 以桩体的横截面面积； 毛桩间土刚度； k 桩端土刚度。 该方法考虑了桩长及桩端土性质对复合地基模量的影响。 郑俊杰等【1 9 】建议： f = ( 1 一所) e + 鸣 卜菇褊 o - 砷 式中，桩间土体的屈服应力； 毛桩间土体进入屈服状态之前的模量； e 桩间土体进入屈服状态之后的模量。 该方法的特点是先假设桩间土符合双折线模型，同时假设桩土变形相互协调， 7 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 在这两个前提条件下，得到了复合模量表达式。 1 3 1 2 应力修正法( e 。法) 该法不考虑桩体对复合地基的影响，只是考虑土体的沉降，首先要求的土体 分担的荷载只，然后算出土体的e 。，也是采用分层总和法的思想，求出的压缩率 计算公式为： 站辜等q 。肛毫等q 邢蛆 n 式中，4p f 未加固地基( 天然地基) 在荷载p 作用之下，第f 层土体的附加 应力增量； 4p 酊复合地基中第f 层土上的附加应力增量，相当于未加固地基在 荷载风作用之下第f 层土上的附加应力增量； s f 。未加固地基在荷载p 作用下相应厚度内的压缩量； 声应力修正系数，= 1 【1 + 所o - 1 ) 】。 1 3 1 3 桩身压缩量法( 岛法) 与压力修正法相似，桩身压缩量法( 岛法) 则不考虑土的作用，直接通过计 算桩身的压缩量得到加固区的压缩量，该法忽略了桩间土的作用。设桩体的上下 刺入量为，桩身压缩量为s 。，则加固区土层压缩量表达式为： 毛- + j 。( 1 2 0 ) 桩身压缩量s ，可以通过下式计算得到，即： 驴缪 ( 1 2 1 ) 式中，卜一桩长； p ，q ) 桩身应力沿深度变化的表达式。 1 3 2 下卧层压缩量岛计算方法 下卧层压缩量也通常采用分层总和法计算。作用在下卧层上的附加应力是个 比较难以确定的课题，目前在工程上，主要有以下方法。 8 硕士学位论文 1 3 2 1 应力扩散法 图1 4 应力扩散法 如图1 4 所示，作用在复合地基上的均布荷载为p ，荷载范围宽度为口，荷载 长度为d ，加固区厚度为 ，压力扩散角为，则作用在复合地基下卧层顶面的 荷载可用下式计算： e = 面面 ( 1 2 2 ) 对于条形基础，则仅考虑宽度方向的扩散，上式可改写为： 弓一志 ( 1 2 3 ) 1 3 2 2 等效实体法 r l 1 图1 5 等效买体法 如图1 5 所示，该法是将加固区视为一等效实体，设复合地基总荷载为p ， 桩体分担荷载为p ，桩间土分担荷载为p ，作用面长度为d ，宽度为b ，假设实 体四周土体的作用为一摩阻力厂，这样的话就可以求出下卧层项面的荷载计算公 式为： 9 柔性基础下复合地基沉降计算方法探讨 n ；生铲 式中，卜周围土体对等效实体的摩阻力。 对于基础为条形基础的情况，上式变化为： 2 厂 氏i p 一唁 1 3 2 3 改进g e d d e s 法 ( 1 2 4 ) ( 1 2 5 ) 为了计算简便，如图1 6 所示，1 9 9 6 年s d g e d d e s 把桩长为工的单桩在受到 q 作用下对土体产生的作用力，看成三部分之和，即桩端集中力g 、桩侧均布摩 阻力q ，和桩侧线性增大的摩阻力q 。并根据m i n d l i n 应力解积分解，得出具体的 计算公式，即： 0 z q i o z q + o z q r + o zq | q p k p | + q r k r | + q l k t | q 2 q 式中，昂，蜀和墨竖向应力系数。 酉+ q p q r q t 图1 6g e d d e s 法计算简图 1 4 柔性基础下复合地基沉降研究现状 如前所述，现有的复合地基研究理论大都集中在刚性基础下，目前广泛采用 的研究方法主要有试验、理论研究以及数值模拟等方法，取得了丰富成果。但是， 关于柔性基础下的复合地基理论研究则相对较少。同样，复合地基中的一些理论 参数也集中在刚性基础下，比如桩土应力比。刚性基础下的复合地基，由于刚性 基础的存在，使得桩顶处变形与土体同步，这就使桩项产生很大的应力集中，桩 顶应力远大于桩间土的应力，桩土应力比很大。近年来随着我国道路建设的迅猛 发展，尤其是高速公路的兴建，遇到的问题很多都是基础的不均匀沉降而致使路 面开裂，最后道路新建的公路无法正常使用，造成很大的损失。因此，复合地基 的变形问题就成为工程界十分关注的问题。 1 0 硕十学位论文 基础的刚度不同，这是刚性基础和柔性基础的本质区别。怎么判别呢，判别 基础是刚性或者柔性，主要是看它的抗弯性能日。工业和民用建筑物下的混凝土 基础，其刚度很大，可以认为其抗弯刚度日_ ，这类基础可以认为是刚性基础。 在荷载下，由于抗弯刚度很大，可近似认为基础不发生