CFG桩复合地基桩土应力比的数值分析摘要：桩土应力比是反映复合地基特性的重要因素，是CFG桩复合地基设计中的重要参数。本文对高速铁路CFG桩复合地基桩筏结构进行了数值模拟，研究了桩间距、褥垫层厚度、桩长对桩土应力比的影响。研究表明，褥垫层厚度是主要因素，而桩长、桩间距影响较小。关键词：桩土应力比；高速铁路；数值模拟；褥垫层：O241文献标识码：A：Numericalanalysisofpile-soilstressratiotoCFGpilecompositefoundationinHigh-SpeedRailwayAbstract:Pile-soilstressratioisanimportantfactortothecharacteristicsofthecompositefoundation,isanimportantparametertodesigntheCFGpilecompositefoundation.Inthis,theCFGpilecompositefoundationissimulatedbyNumericalSimulation.suchasthepilespacing,cushionthicknessandthelengthofthepile'seffectonthepile-soilstressratioisstudied.Thereasrearchshowedthatcushionthicknessisamajorfactor,whilethelengthofthepile,thepilespacingislessaffected.Keywords:Pile-soilstressratio;highspeedrailway;NumericalSimulation;cushion1、前言CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌合形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基是我国20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术，由于其用材经济、施工快捷、加固效果良好等优点，在工程中得到了广泛的应用。近年来，为适应高速铁路建设的需要，CFG桩在高速铁路软土地基处理中得到广泛应用。为了更好地指导工程实践，进一步研究高速铁路CFG桩复合地基中的工作机理显得尤为重要。本文研究了不同桩间距、褥垫层厚度和桩长对桩土应力比的影响。对CFG桩的设计应用有一定的指导作用。2、计算模型2.1计算模型和计算参数本段路基结构形式为：以填方通过，路堤填高为7.2m，路堤边坡率为1.5，其上设置3.5m高预压土，预压土边坡率为1，其下设置CFG桩桩径0.5m，间距1.8m，正方形布置，桩长24m，桩顶设0.15m厚褥垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。其结构图如图1所示。计算采用大型有限元分析软件Plaxis，计算中采用如下设定：土的本构模型采用摩尔—库伦(Mohr-Coulomb)本构模型；屈服准则为摩尔—库伦强度准则；流动理论为相关联的流动法则；土体材料不承受拉力；桩体采用plate单元模拟，线弹性本构模型[53,54]，进行了EA、EI等效；引入接触单元(InterfaceElement)，模拟筏板与垫层之间的接触问题；采用边界条件的标准设置，即左右两侧水平方向固定，底部水平和竖直方向均固定。计算模型如图2所示。1)桩间距由1.8m扩展为2.0m，路基中心处桩土应力比增大6%，路肩处增大13.5%，坡脚处增大14.5%，桩土应力比增大幅度较大。可知保持其他条件不变的情况下，桩土应力比随着桩间距的增大而增大。2）桩间距由2.0m扩展为2.2m时,路基中心处桩土应力比增大0.8%，路肩处增大2.1%，坡脚处增大2.%，桩土应力比增大幅度较小。随着桩间距的不断增大(s>4d)，桩土应力比相差甚微。3）桩间距增大，面积置换率减小，表明加固范围减小，桩体承受荷载的面积减小，土体承受荷载的面积增大，因此桩土应力比增大。但随着桩间距的不断增大(s>4d)，增大桩间距对桩土应力比的影响就很小。在柔性基础下，桩间土的能力一般都能得到很好的发挥，提高桩土应力比能够更好的发挥桩体的承载能力，适当增加桩间距可以有效的提高桩土应力比。因此，建议在满足沉降、承载力等要求的条件下，尽可能选择较大的桩间距，这样既有利于发挥桩体的承载能力，又具有经济效益。3.2褥垫层厚度对桩土应力比的影响桩土应力比对比图如下：1）保持其他条件不变的情况下，桩土应力比随着褥垫层厚度的增大而减小，且路肩范围内变化较大。其中褥垫层厚度由0.15m扩展为0.3m，路基中心桩土应力比减小16.78，路肩处减小11，坡脚处减小0.6。褥垫层厚度由0.3m扩展为0.45m，路基中心桩土应力比减小15.49，路肩处减小10.2，坡脚处减小9.8。在路基荷载作用下，由于桩体的变形模量远远大于桩间土的变形模量，桩体产生相对向上的刺入变形。从而使桩体向褥垫层内刺入，伴随着这一变化过程，...