基于FLAC的長短樁復(fù)合地基三種樁型比較研究

王磊釗

長短樁是復(fù)合地基的一種。有人單從樁長考慮,認(rèn)為不同長度的樁組成的樁體復(fù)合地基稱為長短樁復(fù)合地基。有人從復(fù)合地基的樁土單元來說,認(rèn)為有兩種不同類型的樁與土組成的三元組合型復(fù)合地基稱為長短樁復(fù)合地基[1]。根據(jù)復(fù)合地基在荷載作用下的位移場特征和變形特征可知,長短樁復(fù)合地基較好的發(fā)揮了地基土體的承載力和增強(qiáng)體在提高承載力和減少沉降方面的潛力[2]。長短樁復(fù)合地基可做到淺層置換率高,深部置換率低,這樣就合理地滿足了軟弱地基不同深度對地基承載力的要求。長短樁淺部地基置換率高,加固區(qū)復(fù)合模量大,深部地基置換率低,復(fù)合地基模量較低,正好適應(yīng)淺部附加應(yīng)力大,深部附加應(yīng)力小的位移場,這樣對減少軟弱地基沉降有利[3]。同時(shí),長短樁在復(fù)合地基中還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。本文擬建立長短樁復(fù)合地基三種不同空間布置樁型的有限差分模型,根據(jù)數(shù)值模擬,對三種樁型的工作特點(diǎn)進(jìn)行對比分析。

1 長短樁復(fù)合地基樁體三種不同空間布置樁型的比較研究

1.1 模型的建立

設(shè)定土體寬80 m,高50 m,為均質(zhì)各向同性的摩爾—庫侖彈塑性模型單元;土體左右邊界,底部邊界固支;在承臺頂部施加均布壓力P=300 kPa;樁基為理想彈性模型。

樁型①:長樁、短樁相間的長短樁復(fù)合地基,承臺寬 11 m,厚0.5 m;墊層寬11 m,厚0.3 m;長樁樁長20 m,樁徑為0.5 m,樁間距2 m,共4根等間距布置;短樁樁長10 m,樁徑為0.5 m,樁間距2 m,共3根等間距布置。樁型②:短樁居中的長短樁復(fù)合地基,承臺寬 11 m,厚 0.5 m;墊層寬 11 m,厚 0.3 m;長樁樁長20 m,樁徑0.5 m,共2根布置于承臺兩邊;短樁樁徑0.5 m,共5根,3根等間距布置于承臺中心位置,樁長10 m,其他2根樁長15 m。7根樁等間距布置,間距為1 m。樁型③:長樁居中的長短樁復(fù)合地基,承臺寬11 m,厚0.5 m;墊層寬11 m,厚0.3 m;長樁樁長20 m,樁徑0.5 m,共3根等間距布置于承臺中心;短樁樁徑0.5 m,共4根,樁長15 m,10 m,階梯式由長到短從中心向邊緣布置。7根樁等間距布置,間距為1 m。

1.2 應(yīng)力對比分析

應(yīng)力分布如圖1所示:樁型a),長樁軸力分布較大,特別是邊樁軸力最為集中,長樁樁端出現(xiàn)較長條帶狀的應(yīng)力集中區(qū),所有長樁樁端應(yīng)力集中區(qū),有連接在一起的趨勢,基礎(chǔ)端一定范圍內(nèi)應(yīng)力比較集中;短樁分擔(dān)部分基礎(chǔ)壓力,各樁樁端存在較短的應(yīng)力帶,但均未連成一片。樁型b),基礎(chǔ)兩側(cè)的長樁,軸力較為集中,長樁樁端出現(xiàn)較長條帶狀的應(yīng)力集中區(qū),基礎(chǔ)端一定范圍內(nèi)應(yīng)力比較集中;短樁分擔(dān)部分基礎(chǔ)壓力,各樁樁端存在較短的應(yīng)力帶,樁端明顯的形成一片應(yīng)力集中區(qū)。樁型c),中間長樁,軸力較為集中,長樁樁端存在明顯的應(yīng)力集中區(qū);短樁應(yīng)力也較為集中。

通過三種樁型布置方式模型塑性屈服的FLAC模擬研究發(fā)現(xiàn)樁型a),長樁樁端出現(xiàn)塑性屈服集中區(qū),短樁樁端均未出現(xiàn),基礎(chǔ)底部一定深度范圍內(nèi),塑性屈服區(qū)寬度相當(dāng)于承臺寬度,下部塑性屈服區(qū)以某一放射角梯形開展。樁型b),基礎(chǔ)兩側(cè)的長樁,次長樁出現(xiàn)塑性屈服集中區(qū),短樁樁端均未出現(xiàn),塑性屈服區(qū)在先縮小到長樁端后以某一放射角梯形開展。

綜上所述,樁型a),更容易把應(yīng)力均勻的向下傳遞給土體;樁型b),能夠把應(yīng)力集中在基礎(chǔ)中心位置,應(yīng)力影響深度較其他兩種樁型小;樁型c),長樁、短樁的應(yīng)力都比較集中,有利于提高樁的工作效率,同時(shí)其樁形分布類似于平板基礎(chǔ)的應(yīng)力分布,有利于調(diào)節(jié)基礎(chǔ)應(yīng)力的分布。

1.3 應(yīng)變對比分析

三種樁型沉降監(jiān)測見表1。

表1 三種樁型沉降監(jiān)測 mm

通過三種樁型布置方式模型豎向應(yīng)變的FLAC模擬研究及沉降數(shù)據(jù)對比分析,發(fā)現(xiàn)樁型a)具有較好整體模量,在減少沉降,減小不均勻沉降方面有較好的優(yōu)點(diǎn);樁型c)能夠有效的減小不均勻沉降,但是整體上的減小沉降不及樁型a)。

2 結(jié)語

1)樁型a),更容易把應(yīng)力均勻的向下傳遞給土體;樁型b),能夠把應(yīng)力集中在基礎(chǔ)中心位置,應(yīng)力影響深度較其他兩種樁型小;樁型c),長樁、短樁的應(yīng)力都比較集中,有利于提高樁的工作效率,同時(shí)其樁形分布類似于平板基礎(chǔ)的應(yīng)力分布,有利于調(diào)節(jié)基礎(chǔ)應(yīng)力的分布。2)樁型a),具有較好的整體模量,在減少沉降,減小不均勻沉降方面有較好的優(yōu)點(diǎn);樁型c),能夠有效的減小不均勻沉降,但是整體上的減小沉降不及樁型a)。

[1] 龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 施尚偉.深厚軟土地區(qū)長短樁復(fù)合地基工程性狀研究[D].杭州:浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

[3] 趙明華,張 玲,李立新,等.長短樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,21(4):310-314.

[4] 李振川,王 偉.復(fù)合地基沉降控制研究[J].山西建筑,2008,34(1):117-118.