长短桩复合地基变形性状的有限元分析陆文哲,谢康和(浙江大学岩土工程研究所,杭州310027【摘要】采用有限元对长短桩复合地基的变形性状进行分析。计算结果表明,长短桩复合地基的变形性状受很多因素影响,如长短桩的长度、刚度、垫层厚度等。因此,应具体分析工程中遇到的实际地基处理问题,进行优化设计,以达到经济合理的目的。【关键词】长短桩复合地基;变形;有限元【中图分类号】TU47013【文献标识码】B【文章编号】1001-6864(200502-0083-02近几十年来,各种地基处理新技术、新方法不断应用于实践,地基处理技术得到了极大的发展。其中,长短桩复合地基处理技术是一种较新的地基处理形式,它一般是利用刚性长桩和刚性、半刚性或柔性短桩相结合对地基进行的综合处理,并铺设柔性垫层,使长短桩-土-承台共同作用。由于长短桩复合地基选用不同的桩型和桩长,给这类复合地基设计计算带来了新的困难。本文采用ABAQUS有限元程序,建立长短桩复合地基模型,分析和探索长短桩复合地基的变形特性。1计算模型及参数111计算模型建立本文选用5根桩的单承台的情况进行讨论。土层厚H,下卧层厚HS,长桩长h1,短桩长h2,桩宽l(l=0189D,D为半径,承台宽B,桩间距S,承台厚h,垫层厚d。本文假定土层仅顶面透水,在承台外10倍承台宽的土体受加载后影响极微,可以忽略不计。为了更好的模拟加载,本文模型采用单级加载,加载时间t0=25d,q0=300kPa。112计算参数各对比方案的基本模型设为模型1,模型1参数见表1。表1模型1参数承台H垫层D地基土H长桩短桩几何参数/m01601640h1=25,D=015h2=15,D=015模量E/MPa280030628000280002有限元计算结果分析本文将短桩与土相对刚度比设为k,定义为k=E2(短桩模量/ES(地基土模量,(由于长桩一般为刚性桩,所以不考虑长桩模量的影响,总沉降为S,加固区(长桩范围变形为S1,下卧层变形为S2,加固区1(短桩范围变形为SA,加固区2(短桩桩端到长桩桩端范围变形为SB。211短桩与土相对刚度比k对变形形状的影响本文地基土模量为6MPa,采用以下几种方案来探讨长短桩复合地基变形性状。(1如图1,总沉降随短桩模量增加,总沉降减少。这表2几种长短桩复合地基方案比较方案1(无短桩方案2(柔性短桩方案3(柔性短桩方案4(半刚性短桩方案5(半刚性短桩方案6(刚性短桩刚度比k152046725004670是由于加固区复合模量增加,沉降减少。在k比较小的时候,曲线斜率较大,随k增加总沉降减少较快,在k>500时,再增加k值,总沉降减少已经不明显。这说明短桩在实际工程中存在一个临界k值,大于这个k值,再增加k对减少总沉降作用很小。图1短桩与土相对刚度k变化对中点以下各点变形影响(2加固区1及加固区2在k值较小时变化较大,在k>500时,变化很小。k值的变化对加固区1的变形影响较大,对加固区2的变形影响没加固区1的大。所以k值的变化对总沉降及加固区的变形影响,主要是由于加固区1的变化引起的。在k>500时,加固区2的变形随k值的增加有所增加,可能短桩分到的应力有所增加。但是在k>500时,影响不大。这说明在短桩桩端以下的土受到的附加应力在k<500时,随k值的增加而变大,k>500时变化不大。(3下卧层的变形随k值的变化较小,这可能是由于传递给下卧层的外荷载主要由长桩传来,而短桩模量的增加,加在下卧层的附加应力并没有多大变化。212短桩长径比h2/D对变形性状的影响模型采用短桩直径D=015m,改变短桩的长度h2来研83陆文哲等:长短桩复合地基变形性状的有限元分析究长细比对变形性状的影响。表3短桩长细比对变形性状的影响短桩长细比h2/D方案1方案2方案3方案4方案5方案601020304050(1如图2,随短桩的长细比h2/D增加,尽管短桩模量不同,总沉降还是不断的减少,在h2/D增加初期,曲线的斜率较大,沉降减少较快,到一定h2/D以后,再增加h2/D对沉降减少的作用已经不明显了。结合前部分的结论,短桩的模量和长细比增加都会减少总沉降,但都存在一个最佳点。(2下卧层随短桩长细比h2/D的增加基本没什么变化,说明短桩桩长增加对下卧层的影响很小。只有当短桩和长桩的长度一样时下卧层的变形才有所增加。(3加固区的变形随短桩长细比h2/D的增加而减少,占总沉降变化的大部分。h2/D对加固区的变形影响较大,这主要是由于加固区2的变形引起的。(4加固区2的厚度变少,进一步减少了加固...