碎石桩加固桩间软土的试验研究与计算分析

1.前言

近年来。许多学者对软土中的桩基础课题作了大量研究，所得的结论几平都是桩间软土承载有限、变形很大。只有在大桩距、高应力水平的工作状态下，才可以考虑承台下及桩间软弱土体的承载性能。本文从模型试验的开展人手，对桩间软土实行碎石桩加固处理。以探讨软土地基与复合地基两类不同地基中桩基础工作性状的差异，研究复合地基类桩基加固的作用特性，并对模型试验进行有限元计算，从理论上作出对比分析。

2.模型试验

模型试验分二桩（桩距5=4d）、三桩（柱距s=6d）两种群桩在软土地基及碎石桩复合地基两类地基中试验两部分。模型试验模型的箱高 150cm、长宽各 60em。模型桩桩长120cm，用36mm外径的硬质塑料管外裹水泥浆制成。以模拟混凝土桩与土体的界面作用特性。承台由有机玻璃框内浇砂浆制成，以保证桩头与承台的有效连结，并便于在软土地基试验后敲掉承台设置碎石桩、进行碎石桩加固桩间软土的试验。碎石桩采用钢纤成孔投料再扦插的方法设置，桩径 3cm，桩长 50cm。制模土料及砂石料的物理、力学性质分别见表3-6-3、表3-6-4。

制模时先按含水量要求计算用水量，拌合后按容重要求分层填土压实。桩体采用在桩头设置固定架的方法垂直架立。考虑到实际土层由于上覆压力和团结作用的影响，下

‘’

3.有限元计算

根据碎石桩复合土三轴试验结果（见表3-6-5），应用复合土强度理论对软土中的桩基础和碎石桩加固桩间软土的模型试验进行有限元分析。模型试验严格地讲属于三维问题，为了计算的需要，采用一种等效的以二维系统代替三维系统的方法，即采用降低了弹性模量的环形等效刚度复合体材料来代替群桩环形区域化的桩体，承台按面积等效的原则转化为圆形承台。这种简化的方法抓住了桩基础变形的主要特性，计算的结果基本上是符合规律的，见图3-6-4至图3-6-9。

4.试验结果与计算结果的分析

从图36-4至图3-6~7的试验结果与计算结果可以看出，软土中的桩基础与用碎石桩加固桩间软土的桩基础的承载、变形都表现出承台分担的荷载 P.与桩侧总摩阻力P， 的发展随着荷载的增大和变形的发展而增加的趋势，且加固后呈现出更好的发展势态。图3-6-8和图3-6-9则显示出碎石桩复合地基中的桩基础比软土地基中的桩基础具有更高的整体承载力。这是因为，在荷载作用下，碎石桩类等散体材料桩的存在使得其周围的土体从原来主要是垂直向的受力状态变改为主要是水平向的空间受力状态。这使得一方面碎石桩加固桩间软土，形成复合地基，有效地提高了承台下土体的承载变形性能;另一方面，碎石桩类加强体应力集中而聚集的荷载通过横向效应转移给周围土体，改善了模型桩周围土体的侧向受荷状态，使侧摩阻力得以提高。P.~∶试验曲线中所反映的在相同的沉降下。加固的 P.值比软土情况中的P.值略低，主要是由试验操作不当引起的。在进行完软土地基中桩基础的模型试验后，要敲掉承台以便设置碎石桩，在敲击承台的过程中，桩体与土体之间不可避免地要受到扰动，产生裂隙;而且模型试验也难以反映出设置碎石桩后挤密土体、加速排水固结等工程实效，使得试验值与计算值之间存在着误差分歧，需要作出进一步的研究。

5.结语

本文的研究结果表明。用碎石桩加固桩间软土是可行的、有效的。该思想推广到设计中去，把复合地基同古典的桩工技术相结合，不仅可以充分挖掘地基本身的潜在优势，亦能使得桩基的设计应用满足技术经济性的合理要求。该思想的丰富内涵有待工程实践的进一步挖掘和体会。