墊層對水泥土攪拌樁樁土應力比影響的有限元分析

裴小偉

（洛陽市規劃建筑設計研究院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450000）

1 墊層彈性模量對復合地基樁土應力比的影響

國內部分學者對水泥土攪拌樁進行了較多研究，也得出了很多有意義的結論。

為研究墊層彈性模量對樁土應力比的影響，分別將初始模型中的墊層的彈性模量設置為10Mpa，15Mpa，20Mpa，25Mpa，30Mpa，40Mpa，50Mpa，計算出樁頂平均應力及土層頂面平均應力，如圖1 所示：

圖1 樁及土頂面應力隨墊層彈量的變化曲線

圖2 樁土應力比隨墊層彈模的變化曲線

從圖1、2 中得出：從增長趨勢上，隨著墊層彈性模量的增加，樁頂平均應力逐漸增大，而樁間土平均應力逐漸減小，所以樁土應力比隨著墊層彈性模量的增大而增大；從變化幅度上，樁頂平均應力從彈性模量為10 Mpa 時的273 kpa增長到50 Mpa 的306 kpa，增長幅度約10%；樁間土平均應力從彈性模量為10 Mpa 時的58.6 kpa 增長到50 Mpa 的43.7 kpa 樁間土頂面平均應力逐漸減小，降幅為25.5%。說明樁間土體應力更容易受到墊層模量的影響；當彈性模量較小時，樁土應力比增長較緩慢，當墊層模量大于30 Mpa 時，樁土應力比增長較快。

造成上述結果的原因是由于隨著墊層彈性模量的增大，墊層壓縮性及移動變形性能減弱，其協調變形的能力逐漸減弱，特別是當彈性模量大于30Mpa 時，其協調變形的能力衰減更快，導致樁土應力比增加很快。另外相關研究表明[2]當墊層模量較小時，復合地基整體變形也大，這與本文接下來的研究一致。因此在選擇墊層材料時，可以選擇透水性較好的粗砂，但壓實度不宜過大，壓實后彈性模量不宜大于30Mpa。

2 墊層厚度對復合地基樁土應力比的影響

圖3 樁及土頂面應力隨墊層厚度的變化曲線

圖4 樁土應力比隨墊層厚度的變化曲線

從圖3、4 中可以看出：隨著墊層厚度的增加，樁頂平均應力先是迅速減小，然后呈現緩慢增加的趨勢，當厚度達到0.3 m 時，達到最小值288.7 kpa。而樁間土平均應力在墊層厚度不大于0.2 時，隨著墊層厚度的增加，呈現快速增加的趨勢，當墊層厚度大于0.3 m 時，增加的幅度變慢。樁土應力比隨著墊層厚度的增加，先是迅速衰減，然后緩慢減小。墊層厚度為0.01 m 時，樁土應力比達到了29.46，當厚度增大到0.1 m 時，迅速衰減到7.26，當墊層厚度從0.2 m變化到1.0 時，應力比僅從5.71 變化到4.58，即墊層厚度增大到原來的5 倍，樁土應力比僅減小20%。因此，當墊層厚度為0.01m 時，即認為不設墊層時，基礎底面荷載基本全部由樁體承擔，樁間土的作用可以忽略不計，此時沒有形成復合地基。隨著墊層厚度的增加，墊層調節基底應力分布的能力越來越強，所以樁體應力越來越少而土體應力越來越大。但是，當墊層達到一定厚度時，其調節能力不再明顯，因此建議墊層的適宜厚度為0.2~0.3 m。

3 結語

1） 隨著墊層彈性模量的減小，減少，樁頂刺入墊層的深度也相應增加，因此，較小的彈性模量有利于樁土之間應力的分配，但是，過小的彈性模量增加了樁頂的沉降量，不利于對沉降的控制。

2） 隨著墊層厚度的增加，樁土應力比先是迅速衰減，然后緩慢減小。當墊層厚度很小時，基礎底面荷載基本全部由樁體承擔，此時沒有形成復合地基。而當墊層厚度較大時，其調節基底應力的能力不再明顯。同時，隨著墊層厚度的增加，樁頂刺入墊層的深度是先增加，到而后處于基本穩定。