碎石桩复合地基的沉降变形分析

摘要：本文通过讨论碎石桩复合地基沉降变形分析方法，指出不同方法的实用前提条件和使用方法。

关键词：复合地基；碎石桩；沉降变形

中图分类号：TU-02 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）09-0270-01

1 碎石桩复合地基的沉降量分析方法

沉降量计算是复合地基设计中的重要内容。根据碎石桩复合地基的组成，其沉降量应包括三部分，即碎石桩复合地基的沉降量等于褥垫层的压缩量、碎石桩加固区的压缩量、下卧层压缩量三部分之和。但褥垫层一般较薄，且施工过程中经过碾压处理后其压缩量很小，一般可忽略不计。所以碎石桩复合地基的沉降量由两部分组成，可由式（1）表示： s=s1+s2（1）

式中 S─复合地基的压缩量（m）； s1─加固区土层的压缩量（m）； s2─下卧层土层的压缩量（m）。

下面分别讨论加固区的压缩量和下卧层的压缩量计算方法。 1.1 加固区土层压缩量的计算方法

加固区土层压缩量s的计算方法主要有复合模量法、应力修正法和桩身压缩法：

①复合模量法。将碎石桩复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量Ec来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区土层压缩量，则加固区土层沉降量为： （2）

式中 Δpi─第i层复合土上附加应力增量（kPa）； Hi─第i层复合土层的厚度（m）； Eci─第i层土复合压缩模量（kPa）。

竖向增强体复合地基复合土压缩模量Ec通常采用面积加权平均法计算，即： Ec=mEp+（1-m）Es（3）

式中 Ep—桩体压缩模量（kPa）； Es—桩间土体压缩模量（kPa）； m—复合地基置换率。

复合模量法是建立在线弹性本构模型基础之上的方法。即不考虑复合土体压缩模量随荷载水平不同的非线性变化。

②应力修正法。在采用应力修正法计算加固区土层的压缩量时，根据桩间土分担的荷载，按照桩间土的压缩模量，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量，其表达式为： （4）

式中 Δpi─天然地基在荷载p作用下第i层土上的附加应力增量（kPa）； Δpsi─复合地基中第i层桩间土的附加应力增量（kPa）； ss—天然地基在荷载p作用下相应厚度内的压缩量（m）； μ—应力修正系数；

应力修正法中应力修正系数μ与置换率及施工工艺等因素有关，带有一定经

验性。

③桩身压缩量法。复合地基在荷载p作用下，若桩体不发生桩底端刺入下卧层的沉降变形，则可以通过桩身的压缩量计算加固区土层的压缩量。当桩侧阻力为平均分布，桩底端承力密度为pb，则桩身压缩量为： （5）

当桩侧阻力不是平均分布，则需先计算桩身应力沿深度Z的变化情况，再进行积分，可得到桩身压缩量，其表达式为： （6）

式中 p—复合地基上平均荷载密度（kPa）； pp（z）—桩身应力沿深度Z变化密度（kPa）；

Ep（z，p）—桩身变形模量（kPa），可以是深度Z和桩身应力p的函数。

桩身压缩量法需对桩身应力和桩身变形模量沿深度Z的变化做出一定的简化。另外，桩顶应力集中系数μp的取值也带有一定的经验性。 1.2 下卧层土层压缩量的计算方法

复合地基下卧土层的压缩量一般采用分层总和法计算。在此主要介绍下卧土层上作用的附加应力计算方法。通常采用的附加应力计算方法有压力扩散法和等效实体法。

①压力扩散法。按双层地基计算复合地基，双层地基由加固区土层和下卧土层组成。复合地基上作用的荷载p通过加固区土层，压力扩散角为θ，则作用在下卧土层上的附加应力pb按下式计算： （7）

式中 B—复合地基上的荷载作用宽度（m）； L—复合地基上的荷载作用长度（m）； h—复合地基加固区厚度（m）；

压力扩散法按均布压力计算下卧土层顶面的附加应力，其简化性较大。但该法应用较方便。

②等效实体法。将复合地基加固区视为一等效实体，作用在下卧层上的荷载作用面积与作用在复合地基上的相同。在等效实体四周作用有侧摩阻力，设其密度为f，则下卧层上荷载密度pb可按下式计算： （8）

式中各符号意义同前。

等效实体法在计算下卧层顶面上的压力和等效实体四周侧面的摩阻力时均按均匀分布计算，其简化性要比压力扩散法更大。因此等效实体法往往引起更大的误差。 2 结论

在实际工程设计中通常采用多种计算方法进行比较，充分掌握其使用的前提条件和受到的限制，并与实测数据进行对比。