土工格柵對樁—網復合地基應力變化的影響

土工格柵的存在就是樁—網復合地基區別于一般樁承式地基的一大區別，因此研究土工格柵在樁—網復合地基承載特性中的作用是非常有必要的。目前，樁—網復合地基[1]在工程實踐中的設計方法大部分是以極限平衡理論為基礎發展起來的，此方法一般偏于保守，常常不考慮樁—網復合地基中各部分復雜的相互作用。因此近年來人們提出了使用有限元法、有限差分法等數值方法來對地基中復雜的相互作用進行模擬。

 

所研究的對象為路堤荷載作用下的樁—網復合地基，由于實際工程中CFG樁數眾多，完全按照實際情況來建立模型會在數值模擬時遇到很大困難，為了簡化計算，可按平面應變問題分析，即將路基看做條形基礎，根據路堤兩邊沿路堤中心對稱，可取路堤一半區域進行數值模擬分析。根據工程實際情況，選取DK2070+025為研究斷面，建立模型的方案為：樁徑為d=0.5m，樁長為12m，路堤填土高度為3m，褥墊層厚度60cm，計算深度取兩倍樁長為25m，側面邊界35m。模型的邊界條件為：地基底面施加水平及豎直約束；側面施加水平方向的約束；上邊界為自由邊界。

 

模擬假定：CFG樁由于變形小，樁土相對剛度較大，可將樁及碎石褥墊層視為線彈性體；上部路堤填土及土體考慮為理想彈塑性體。各材料都視為各向同性均質材料。同時考慮到持力層為條件良好的花崗巖，可忽略樁土摩擦作用，碎石墊層與土工格柵之間采用點面接觸單元。

 

幾何模型及其網格劃分如圖2所示，網格劃分依據工程實際設計尺寸結果及室內試驗得出的參數確定。樁體參數按設計時的參數取值，樁體密度根據工程實際采用的混凝土等級作參考取值，泊松比根據經驗參考取值，軟土為0.42，粉質粘土取0.35。CFG樁的泊松比根據經驗取0.2。

 

實測沉降曲線是根據DK2070+025斷面通過一年以上的實時監測而得到的結果，模擬沉降曲線則是由上述參數條件建立的模型進行計算而得到的路堤中心樁的最大沉降。從兩個沉降曲線可看出，計算結果與實際觀測沉降結果相差不大，并變化規律接近一致，在荷載作用下達到一定的時間后，路基沉降趨于穩定。模擬計算結果稍大于實際觀測沉降值，這主要是由于對模型的簡化，考慮諸多影響參數的時候都是保守取值。從結果對比我們可暫時假定模型可真實反映工程實際情況，并以此模型為基礎，在下面對樁網復合地基的受力變形規律進行進一步分析探討。

 

對地基在橫向及縱向上的樁土應力比進行對比分析，圖4和圖5為加設土工格柵與不加設土工格柵時復合地基沿距離路堤中心向路堤外方向的樁土應力比及沿樁長深度的應力比。復合地基中是否加設土工格柵對樁土應力比的影響非常明顯。在不加設土工格柵時，樁土應力比遠小于加設了土工格柵的應力比。兩種情況下在距路堤中心為3～4m時樁土應力比都達到最大值；在沿樁長深度上，樁體中上部的應力比最大，變化趨勢沿深度向下逐漸趨于穩定。

 

土工格柵在樁—網復合地基中對沉降的影響由計算結果得出分析，由此可明顯看出，加設土工格柵的計算結果與未加設格柵時有著顯著差異，兩者都隨樁長深度逐漸減小，但在加設土工格柵后，樁體豎向位移明顯減小。這說明土工合成材料發揮其兜堤作用，網土共同作用，分擔了部分荷載，減小了下部加固區的豎向位移。由于土工格柵的存在，對其周圍土體產生摩擦咬合作用，對土體的彈性模量有所提高，從而調整格柵周圍的土體的應力分布，減小沉降。

 

在樁—網復合地基中，土工合成材料在作用非常關鍵，與不加設土工格柵的復合地基相比，無論是從下部加固區的承載特性還是豎向位移變化規律都有顯著的影響。在墊層中設置加筋體，對填土內部應力場起到了調整作用，土工合成材料通過其與抗拉材料相似的作用，對地基的不均勻沉降加以控制，與上部土協同作用對荷載的傳遞起到了分散作用。因此在復合地基中鋪設土工合成材料，對控制地基沉降及變形有著重要的意義，在提高地基承載能力的同時保證地基的穩定性。