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摘要：本文以天水南站为例进行湿陷性黄土地基处理研究。通过数值模拟，对长短桩地基处理方法中水泥土短桩与CFG长桩分别进行了分析与比较，探讨了短桩与长桩各自起到的作用及效果，并与单桩CFG桩进行了比较，通过荷载沉降对比曲线和桩土应力比等来分析地基处理效果，得到了长短桩地基处理效果相比于单桩CFG桩的优势，长短桩的设置可充分发挥其各自的特点。
关键词：湿陷性黄土地基处理；长短桩复合地基；CFG桩；桩土应力比
引 言
本文以天水南站为例进行湿陷性黄土地基处理研究。通过数值模拟，对长短桩地基处理方法中水泥土短桩与CFG长桩分别进行了分析与比较，探讨了短桩与长桩各自起到的作用及效果，并与单桩CFG桩进行了比较，通过荷载沉降对比曲线和桩土应力比等来分析地基处理效果，得到了长短桩地基处理效果相比于单桩CFG桩的优势。
一 长短桩复合地基作用机理
本文采用的长短桩复合地基承载力和沉降变形设计理论是长桩协力形式的长短桩复合地基，即当基底以下存在较厚的软弱土层时，采用短桩对该区域土层进行加固，减小地基上层的沉降变形，同时也可提高基底土层的承载力。而长桩的主要是保证地基承载力，同时控制地基的沉降变形。短桩对于浅层湿陷性黄土在浸水状态承载力不足问题有显著效果，同时刚度大的长桩将荷载向下部深层土体传递，大幅度提高了复合地基承载力和抗变形能力，达到了更加经济合理和科学实用的目的，对解决湿陷性黄土地基承载力偏低和抗变形能力差问题有很大帮助。
二 长短桩复合地基处理效果分析
2.1有限元模型
本文长桩和短桩均采用圆桩，桩的直径均为400mm，短桩为水泥土挤密桩，长度为10米，桩间距为0.9m，长桩为CFG桩，长度为20米，桩间距为1.8m。筏板的尺寸为4.5×4.5m，考虑到桩的影响范围，褥垫层采用中粗砂厚度100mm，为保证计算的准确性，在水平向取距按板边缘４倍筏板宽度的距离；在竖向取距长桩桩端处２倍长桩距离。根据模型的对称性，取1/4单元进行计算，既不影响计算的精确性又节约了计算的时间.
2.2结果分析
荷载沉降曲线反映了桩的工作性状，是桩土体系的荷载传递，侧阻和端阻发挥性状的综合体现，是桩破坏机理和破坏模式的宏观反映，因而研究桩的荷载沉降曲线是研究桩的受力机理的重要途径。图1给出了载荷沉降曲线：
图1荷载与沉降量关系曲线
由图1长短桩复合地基在上部荷载作用下，沉降曲线随荷载增加呈现稳定增加的态势，并趋于平衡。并未出现持续快速增加的趋势。这是因为随着荷载的增加，桩间土得到压实，桩顶会出现刺入褥垫层中，使得长桩、短桩和桩间土共同作用。而此时荷载主要由长桩CFG桩桩身承受压力和短桩水泥土挤密桩的挤密作用，随着桩间土的压实，沉降会转移为主要由长桩CFG桩控制，而长桩桩端位于承载力较高土层中，从而有效地减小了复合地基的沉降变形，呈现稳定增加的态势，并趋于平衡。并未出现长期持续沉降的现象。
图2，3可看出，随着荷载的逐步增大，长短桩复合地基的桩土应力比也呈现逐渐增大的趋势。从曲线中可以看出，在荷载较小时，长桩CFG桩和短桩水泥土挤密桩的桩土应力基本一致，这是因为在荷载较小时，复合地基长桩和短桩以及桩间土荷载分布较为均匀，但随着荷载的不断增加，对比图1沉降变形也不断增加，桩间土得到不断压实，荷载也转移到桩上，长短桩桩侧的侧摩阻力得到增加。但长桩长度较大，土体对长桩桩侧的摩阻力增大较为明显，所以长桩桩土应力比曲线较短桩桩土应力比曲线增加更快，当荷载增加到一定量时，对比图1，沉降变形趋于稳定，荷载主要由长桩桩端伸入承载力较高的持力层中来承担，因此长桩CFG桩分担的荷载增大较快，短桩次之，而土体分担的荷载比例不断减小，于是桩间土的发挥系数也就不断减小，但最后均趋于稳定。
三 长短桩复合地基与单桩CFG地基处理效果对比
桩径均取为400mm，桩长取为20m，桩间距1.8m，地基土水平范围内各取20m，桩体地面向下去5m土体作为计算范围。荷载为均匀竖直荷载，在桩体顶面施加。有限元模型中，桩土本构模型采用弹性模型，而桩土界面采用Mohr-Coulomb，并以剪切破坏为准则进行弹塑性关系中的塑性分析。
将计算结果与前述长短桩复合地基处理结果整理可得荷载沉降对比曲线和荷载与桩土应力比曲线对比如图4：
（1）由图4可知，CFG桩沉降曲线较长短桩沉降曲线较陡，且最终沉降量较大，原因是长短桩复合地基整体性较好，短水泥土挤密桩对土体挤密作用，消除了湿陷性黄土区的湿陷变形，而长桩控制了地基的压缩变形，从而总体减小了沉降变形。（2）由图5可知，CFG桩土应力比介于长桩和短桩桩土应力比之间，这是由于CFG桩长较短桩长，但CFG桩复合地基较长短桩复合地基少了短桩挤密作用，使得CFG桩桩土应力比较长桩桩土应力比小，同时又大于短桩水泥土挤密桩，这是由于长短桩复合地基中，长桩和短桩作用机理不尽相同而起到不同的作用的结果。与此同时可以看出，单纯的CFG桩复合地基的桩土应力比相对长短桩复合地基中长桩和短桩的桩土应力比曲线均较陡，这是由于长短桩复合地基中，随着荷载的增
加，长桩CFG桩和短桩水泥土挤密桩之间通过褥垫层达到相互协调、共同分担荷载的作用效果。
结论
（1）长短桩复合地基在上部荷载作用下，沉降曲线随荷载增加呈现稳定增加的态势，并趋于平衡。这是由于当荷载增加到一定程度时，短桩水泥土挤密桩和上部荷载均使得桩间土得到不断压实，增加了桩侧摩阻力，并最终荷载主要由长短桩来承担，但沉降主要由长桩控制，这是由于桩端位于承载力较高的土层中的长桩CFG桩有效减小了复合地基的沉降变形，最终使沉降量趋于稳定。（2）在荷载较小时，长桩CFG桩和短桩水泥土挤密桩的桩土应力基本一致，但随着荷载的不断增加，桩间土得到不断压实，荷载也转移到桩上，长桩桩土应力比曲线较短桩桩土应力比曲线增加更快，沉降变形也不断增加，但当荷载增加到一定量时，沉降变形趋于稳定，这是由于荷载此时主要由长桩桩端伸入承载力较高的持力层中来承担，因此长桩CFG桩桩土应力比大于短桩桩土应力比，但最终均趋于稳定。（3）CFG桩沉降曲线较长短桩沉降曲线较陡，且最终沉降量较大，CFG桩土应力比介于长桩和短桩桩土应力比之间，相比之下，由于在长短桩复合地基中CFG桩长较短桩长，但CFG桩复合地基较长短桩复合地基少了短桩挤密作用，使得CFG桩桩土应力比较长桩桩土应力比小，同时又大于短桩水泥土挤密桩，这是由于长短桩复合地基中，长桩和短桩作用机理不尽相同而起到不同的作用的结果。
参考文献：
[1] 常启虎.宝兰客专水泥土挤密桩的特性研究[J].福建建材，2015（11）：10-12.
[2] 王 瑜.浅析铁路客专黄土路基消除湿陷性的地基处理[J].科技世界，2014（2）：133-133.
论文作者:李宝建
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/18
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