摘要：CFG桩网复合地基技术是研究处理高速铁路路基沉降控制的主要地基处理手段，其沉降计算的精准度要求较高。本文将首先探讨常规复合地基中加固区、下卧层的沉降计算方法，并总结该方法用于计算CFG桩复合地基的存在问题，研究了桩间土荷载、桩顶荷载、地基附加应力的计算方法，指出了利用Mindlin-Boussinesq联合求解的优势，能够为更多的工程地基沉降提供专业计算方法。
摘要：CFG桩；复合地基沉降；计算方法
目前，国内诸多高铁路基均采用桩式复合地基技术，其中CFG桩复合地基具有典型性与代表性，如京沪高铁路基即采用CFG桩负荷地基。通常采用这一技术对沉降计算的精度控制要求相当高，这就要求要对地基的沉降计算方法展开研究，力求不断提升计算的精度。
1 常规复合地基的沉降控制计算
对常规复合地基而言，主要靠打柔性桩体来处理地基，例如可广泛应用碎石桩、搅拌桩、钢渣桩、粉喷桩等，通过竖向的增强体处理来解决问题。常规的复合地基主要可分加固区与下卧层，其地基沉降也可由两方面的沉降构成。
1.1 加固区的沉降计算
常规复合地基的加固区沉降主要运用应力修正法与复合模量法两大方法。
应力修正法重点将竖向增强体的存在作为考虑点，认真分析作用于桩间土体上的荷载密度与作用于复合地基上的荷载密度，使得前者量要小于后者。通常设定应力修正法的桩间土荷载与压缩模量后，以分层求总和的思想计算出加固区的土层压缩量，就能够总结出相应的计算公式。
复合模量法是应用最为广泛的计算方法之一，该方法的运用前提是认定复合地基的土层就是跟天然地基相比毫无差别，通过设定各土层的压缩模量，并按增大系数作为相乘因式，构建具体的计算公式。通常复合模量法会按照分层总和方法对加固区内存在的沉降值进行计算，通过具体的计算公式转化变形，可在相关参数的实地采集后认真计算得出。
1.2 下卧层的沉降计算
常规复合地基的下卧层沉降主要运用应力扩散角法和布氏（Boussinesq）解方法求解。在两种方法运用后，可直接通过分层求总和的思路计算完成路基的沉降。
应力扩散角法通常是国内行业中广泛使用的方法之一。该法将复合地基按双层地基处理，构建分析应力扩散角，求出路基未加固区域的顶面应力数值，并通过相关弹性理论将整个下卧层的应力分布求出，按分层求总和的思想求解出下卧层沉降。在运用公式时，应该注意铁路的路基多按条形基础来近似处理，也就是多向宽度延伸方向寻求突破和扩散。
通过一定的数据比较可知，应力扩散角法中能够对计算结果产生更大影响的因素就是扩散角度的选择，所以下卧层的应力还可选布氏（Boussinesq）解方法求解。通过选择半空间弹性边界上的集中作用力，能够对空间体内某一深度的竖向附加应力进行求解。最后利用叠加思想可直接推导出呈三角形均匀分布的线荷载等不同分布荷载作用下的某一地基所受到的附加应力，将所有的应力值进行分层求总和，可得到下卧层的沉降值。
2 常规沉降计算方法在CFG桩复合地基沉降中的应用不足
当前，我国的高铁领域所用CFG桩复合地基沉降计算方法一般都采用建筑地基处理技 术规范的复合模量法，下卧层主张推行Boussinesq 方法。当然，有研究和实践表明，此方法显然在计算沉降值方面会比实际测得的沉降值高出许多，并且无法有效把握高铁在工后沉降方面所提出的更高精度的要求。通过研究，人们指出其可能导致的原因主要是受CFG 桩体属性的影响，CFG桩多数为刚性或半刚性桩体，并不能等同于其他柔性桩体的效果。虽然一般上CFG桩复合地基还会受结构形式影响分为CFG 桩筏复合地基和 CFG 桩网复合地基两类，但是并不能确定整体上的受力，这种受力往往居于桩基础和复合地基间，特别是CFG桩网复合地基更能突出反映。
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对于加固区沉降的计算，当选用复合模量法后，需要将CFG桩体连同周围的桩间土一并视为均匀弹性体，并且设定各桩与桩间土之间的所存在的荷载密集度保持相同均等状态，这样的计算方法自然较为简单，但是也无法与CFG 桩复合地基在具体工作状态下所受应力的机理保持相对统一的状态，这也意味着不能对CFG 桩复合地基的处理考虑加设褥垫层或应用其他基础结构形式。对于下卧层沉降计算，上述所提到的Boussinesq 方法求解得到的附加应力具有一定的先决条件，即需要在弹性半空间条件下获得，因此也就不会对天然地基等形成足够大的误差。面对高铁所采用的CFG桩复合地基条件，因此非柔性桩体的存在，将导致加固区中的复合压缩模量与下卧层的压缩模量出现数量上十分可观惊人的差异，这种差异是有一定数量级的，若是不能加强重视，则可能导致下卧层附加应力的运算值与实际应力测量值出现极大偏差，也就导致了常规沉降计算方法不能对CFG桩复合地基沉降求解计算形成令人满意又精细准确的结果。
3 CFG桩复合地基沉降所用适宜计算方法研究
3.1 CFG桩间土与桩顶的荷载计算
CFG桩复合地基的应用下，铁路的路基路堤所产生的荷载将由桩体与周围土体共同承担，这样就可以将CFG桩复合地基中的应力分解为两个部分，其一就是桩荷载在土体中所产生的各种应力；其二就是地基的表面所出现的桩间土荷载形成的附加应力。在第一部分中，应力的产生应该通过利用Geddes公式来计算，但是第二部分出现的桩间土荷载附加应力应该按照Boussinesq公式来完成计算，两项计算结果进行必要的叠加处理后，就能够成为桩间土总的附加应力。将这样的附加应力按照分层求总和的思想就可进一步得到CFG桩的复合地基的沉降值。通常人们应该按照《高速铁路CFG桩复合地基室内模拟试验研究》等有关CFG桩复合地基的技术参考文件来组织开展运算，并适当借鉴国内外专业技术规程上的相关算法来完成。
3.2 CFG桩地基中附加应力的计算
3.2.1 CFG桩体的侧摩擦力与桩端助力
采用Mindlin- Boussinesq法计算CFG桩网复合地基的沉降中，需要特别注重对桩侧摩擦阻力的设定。对于没有桩帽的桩网复合地基，当达到一定深度后，桩体的中性点以上桩间土出现的沉降会远远大于桩体的沉降，这就容易对CFG桩体造成一定程度的摩擦阻力。通过一定的室内模拟实验，能够看出没有桩帽的CFG桩体侧摩擦阻力变化情况，如图1所示。
对于设置桩帽的桩体侧摩擦阻力的研究，要掌握其应力分布的规律将更有难度。桩帽容易降低桩体与土体之间的相对位移，从而导致上半部的摩擦阻力变化逐渐变缓。当荷载增加后，摩擦阻力将在下半部出现屈服现象并且逐渐转移到上半部，从而使得桩体在打桩深度的增加中轴力缓慢降低，桩体的侧摩擦力始终保持正向。
通过研究可知，负的摩擦阻力能够是加固区内的沉降不断降低，而使下卧层的沉降进一步加大，两者发生沉降变化的差别保持在4%~8%间，所有影响并不突出。因此，对CFG桩网复合地基沉降的计算，主张在桩侧阻力方面应用无负摩擦阻力的方式。
3.2.2 多桩的应力叠加
对于CFG桩网复合地基中路基中心桩所存在的附加应力，需要考虑多个桩体作用在该点所形成的附加应力的叠加。借助“加筋效应”“遮帘效应”等理论可知，对于与目标点相距甚远的桩体而言，对目标点所构成的作用并不突出，因此，针对目标点而言，可选择某一范围内的所有桩体应力进行叠加。通常，可以在采用Mindlin- Boussinesq法计算沉降的过程中，着重考虑 l 2根CFG桩的叠加作用。
结束语
采用常规复合地基的计算方法来计算CFG桩网复合地基沉降，计算值与实测值之间存在较大误差，因而需要采用更加适用的计算方法。而选用Mindlin-Boussinesq法计算CFG桩网复合地基沉降是可行的，此联合求解法能够充分考虑柔性垫层等的特性，所计算数据与实测值较为接近。
参考文献：
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论文作者:杨长清
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签：地基论文; 应力论文; 荷载论文; 计算方法论文; 路基论文; 阻力论文; 方法论文; 《基层建设》2017年第21期论文;