巖土工程現行復合地基沉降理論

摘要：現行復合地基沉降變形理論，是基于樁土變形一致的剛性基礎下的復合地基建立的，在樁土變形不一致的柔性基礎下中應用時，誤差很大。本文將模型試驗成果及實際工程的實測值與理論計算值進行了比較，分析誤差及原因，并就解決辦法進行了討論。

關鍵詞：不同剛度基礎；復合模量法；應力修正法；彈性力學平面問題理論

1現行復合地基沉降變形理論

通常把復合地基沉降量分為二部分，復合地基加固區的厚度為H，加固區的壓縮量記為S1；地基壓下臥層厚度為，下臥層的壓縮量記為S2.故在荷載作用下復合地基的總沉降S可表示為二部分之和。至今提出的復合地基沉降實用計算方法中，對下臥層壓縮量S2大都采用分層總和法計算，而對加固區范圍內的土層壓縮量S1則針對復合地基的特點采用一種或幾種計算方法。主要有復合模量法和與應力修正法。圖1復合地基沉降示意圖

復合模量法

將復合地基加固區中增強體和土體視為一復合土體，采用復合壓縮模量Ecs來評價復合土體的壓縮性。采用分層總和法計算加固區土層壓縮量。將加固區分成n層，每層復合土體的復合模量為Ecsi，加固區土層壓縮量表示為

式中——第i層復合土上附加應力增量；

Hi——第i層復合土層的厚度豎向增強體復合地基復合土層壓縮模量Ecs，通常根據彈性力學的平面問題理論，采用面積加權平均法計算，則

式中Ep——樁體壓縮模量；

Es——樁間土壓縮模量；

m——復合地基置換率。

復合土體的復合模量也可采用彈性理論求出解析解或數值解。使樁和樁間土有一均勻的豎向壓縮，即=常數，因此屬于廣義平面應變問題，可得

其中vp，vs——分別為樁體和土體的泊松比；

m——復合地基置換率；

應力修正法

在豎向增強體復合地基中，增強體的存在使作用在樁間土上的平均荷載密度比作用在復合地基上的平均荷載密度要小。在采用應力修正法計算壓縮量時，根據樁間土分擔的荷載，按照樁間土的壓縮模量，忽略增強體的存在，采用分層總和法計算加固區土層的壓縮量。

豎向增強體復合地基中樁間土分擔的荷載為

式中p——復合地基平均荷載密度；

——應力減少系數或稱應力修正系數；

n和m——分別為復合地基樁土應力比和復合地基置換率。

復合地基加固區土層壓縮量采用分層總和法計算，其表達式為

式中——未加固地基在荷載P作用下第i層土上的附加應力增量；

——復合地基中第i層樁間土中的附加應力增量；

S1s——未加固地基在荷載P作用下相應厚度內的壓縮量；

——應力修正系數

2現行復合地基沉降變形理論在不同剛度基礎下的復合地基中的應用

模型試驗應用結果

就不同剛度基礎下復合地基性狀進行過模型試驗。淤泥質粘土中，采用靜壓成孔、分層回填法，制作直徑120mm、長2m、水泥摻入量18%的模型樁，樁底、樁身、樁頭埋沒測試元件與設備，用鐵板上加荷模擬剛性基礎、用相同底面積正臺形木斗、內裝砂法模擬柔性基礎，置換率采用15%，分別進行了四組試驗，主要成果

表1剛性基礎下復合地基試驗結果

表2柔性基礎下復合地基試驗結果

表4柔性基礎下復合地基模型試驗計算結果

應用現行復合地基沉降理論結上述工程進行計算，計算結果

表6K29+129號段復合地基計算結果與實際沉降比較

3試驗結果與實測資料對比分析

從現行復合地基沉降變形理論在上述模型試驗及工程實例中的應用結果看，在剛性基礎下，當荷載不超過復合地基的承載力標準值時，復合模量法得到的計算值能夠較好地接近試驗結果，并且在荷載水平不超過倍復合地基的承載力標準值時，兩者的差距隨荷載水平的增長始終能夠保持在可以接受的范圍內。因此對荷載水平不超過復合地基承載力倍的情況時，現有的復合地基沉降的計算公式在剛性基礎下是可行的。

現有復合地基沉降變形理論在柔性基礎下復合地基中應用時，即使在荷載水平較低時理論值也小于實際值，且隨著荷載水平的增加，兩者的差距擴大。可見該理論在柔性基礎下復合地基中的應用是不合理，不安全的。

出現下述情況的原因是因為：復合模量的表達式認為樁和土的變形，并且利用彈性力學平面問題理論將樁土的模量按面積加權綜合考慮，這樣就充分考慮了樁強度的發揮，這些假設比較符合剛性基礎下復合地基變形的實際情況，因此復合模量法用在剛性基礎中能夠取得比較好的結果。而在柔性基礎下，樁和土的變形有不協調的趨勢，樁有相對刺入柔性基礎中的趨勢，樁的強度并不能充分發揮，這與復合模量法計算假設相差較大，因此會造成實測值比理論值大得多的情況。

4結論

1.現行復合地基沉降變形理論，在荷載水平不大的剛性基礎下應用時，是安全可靠的；但荷載水平超過復合地基承載力標準值倍時，應考慮其安全性。

2.現行復合地基沉降變形理論，在以公路為代表的柔性基礎下復合地基中應用，是不安全，隨荷載水平增加，計算值與實測值之差增大，這應引起高度重視。

3.加固區沉降計算理論，是解決柔性基礎下復合地基沉降計算的關鍵問題，建議有條件時，對樁、土、基礎三者采用有限方法進行復合地基沉降計算，本文作者曾就問題進行過一