轨道交通 高速铁路刚柔性桩复合地基沉隆 ｌ ｍ．￣ｇｌＨ分析ｉ 卢 涛 （中国中铁二局机械筑路工程有限公司．四川成都６１００６１） 摘要：刚柔性桩复合地基是一种新型的地基处理技术，在高速铁路工程中的应用较少。分析其适用范围和工作机理．着 重利用有限元法分析垫层模量、垫层厚度、刚性桩长度和路基填筑高度等对刚柔性桩复合地基沉降所产生的影响及规律，旨 在为以后该类型高速铁路复合地基沉降量的设计和控制提供参考 关键词：刚柔性桩；复合地基；沉降；垫层 中图分类号：Ｕ２１３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１２）１８一Ｏｌ１１—０２ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｉｇｉｄ－Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｉｌｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ ＬＵ Ｔａｏ （ＣＲＥＧＣ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｉｇｉｄ—ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｎ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ｌｅｓｓ．Ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｕｓｈｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｃｕｓｈｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ， ｒｉｇｉｄ ｐｉｌｅ Ｓ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｏｎ ｒｉｇｉｄ－ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎ— ｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｕｌｅｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｉｇｉｄ——ｌｆｅｘｉｂｌｅ ｐｉｌｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｂｅｄｄｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ 近年来，刚柔性桩复合地基处理技术被逐渐运 用到高速铁路软土地基处理中，它通常是采用刚性 １ 刚柔性桩适用范围和工作机理 １．１ 适用范围 长桩和柔性短桩相结合的方式对铁路地基进行处 理，具有良好的社会效益和经济效益。一些学者对 这种地基处理技术进行了相关的研究，结果表明： 相对于散体材料桩复合地基、柔性桩复合地 基、刚性桩复合地基，刚柔性复合地基是通过刚性 长桩、柔性短桩和桩间土变形协调共同承担荷载作 用的复合地基，这种复合地基处理技术必须保证强 度和地基变形满足工程设计要求，同时还要满足桩 土变形协调。采用刚柔长短性复合桩地基一般有以 下几种情况： ａ）软土层深厚且土层中有两个不同埋深的持力 层，在高速铁路地基处理中，深厚软土层往往深达 刚柔性桩复合地基虽然是较好的地基处理技术，但 是这种地基处理技术无论在理论上还是在高速铁路 地基处理中运用都较少，特别是对高速铁路地基的 沉降影响因素缺乏系统的分析，研究尚不够深入。 基于此，本文分析刚柔性桩复合地基处理技术的适 用范围和工作机理，并利用有限元计算分析软件 Ｐｌａｘｉｓ，在对刚柔性桩复合地基进行数值分析的基 础上，研究影响复合地基沉降的因素。 ３０ｍ以上，具有高压缩性、低强度、高灵敏性、低 透水性、孔隙比大、天然含水量高等特点，同时深 ２０１２年９月第１８期ｌ１１１ 轨道交通Ｒａｉ｛Ｔｒａｎｓｉｔ 厚软土层通常有两个不同埋深的持力层； ｂ）当疏桩设计时遇到不良地质现象。天然地基 进行模拟，并采用等效原理对ＥＡ、Ｅ１进行赋值。 本文中采用岩土有限元软件Ｐｌａｘｉｓ进行刚性长桩和 柔性短桩加固深厚软土地基的数值分析，在网格划 分时．采用ｌ５节点三角形单元进行网格划分。 ４ 复合地基沉降影响因素分析 ４．１ 垫层厚度 补偿量不足，可以采用刚柔性桩复合地基； ｃ）如果地基中存在软弱下卧层，采用等长桩体 能满足承载力要求，但不能满足变形要求，此时可 以考虑采用刚柔性长短桩复合地基处理技术，设置 较长的刚性桩以减少变形。 １．２ 工作机理 在有限元模拟中．不断填筑路基的高度，当路 基中心线处的刚性长桩应力达￣ｌＪ８００ｋＰａ时，路基中 心线处、右线中心线处和右线路肩处的复合地基沉 刚柔性桩复合地基是在天然深厚软土地基中采 用两种不同刚度的桩体，充分利用其各自的优势， 使地基的变形减小，并提高复合地基的承载力。它 的设计原则由传统的以强度控制为主，变为以沉降 和强度双重控制 在目前的实际应用中，刚柔性桩复合地基的刚 性长桩和柔性短桩相间设置，形成以提高承载力为 主的刚柔性长短桩共同工作的工作Ｉ区、以减小沉 降量为目的的刚性长桩工作Ⅱ区和以承受桩体荷载 的持力土层或无桩＿Ｔ作Ⅲ区这三个不同作用的工作 区。ｊ个＿Ｔ作区共同工作，以提高浅层地基承载 力．减小地基沉降量。形成良好的长短桩复合地 基。 ２ 刚柔性桩复合地基沉降理论计算方法 目前，刚柔性复合地基沉降的实际计算方法主 要有基于土体的计算方法、基于桩身的计算方法和 基于剪切位移法理论的计算方法。２００２年．杨龙军ｌ ２ｌ 通过比较外荷载Ｐ和总抗剪力 的大小，考虑不同 的破坏模式下的沉降，给出了多元复合地基的沉降 计算方法。 一 Ｔ＝Ｕ １ Ｊ ｕ ［ （１－ｓｉｎｔｈ ）ｔａｎ￣ ＋ｃ 】出 式中：（，——复合地基基础平面的全长．ｍ： 广第ｉ层土层的厚度，ｒｎ； ｃ广第ｉ层土层的粘聚力，ｋＰａ： 广第 层土层的内摩擦角，。； 广一第ｉ层土层的竖向自重应力，ｋＰａ。 ３ 建立复合地基计算模型 建立的刚柔性长短桩复合地基实体模型，采用 刚性长桩与柔性短桩交替三角形布置方式。刚性长 桩桩径为０．５ｍ，桩长为３０ｍ，桩间距为１．５ｍ；柔性 短桩桩径为０．５ｍ，桩长为１５ｍ，桩间距为１．５ｍ。刚 性长桩与柔性短桩之间隔排布置，净间距为０．３７ｍ 利用Ｐｌａｔｅ单元分别对刚性桩、柔性桩和钢筋混凝土 １１２ｆ交通标准化 降量随着垫层厚度的增加而不断地增加，整个增加 的过程呈现出非线性变化。当垫层厚度逐渐增加到 ４ｍ￣，ｊ，垫层厚度与复合地基沉降的关系曲线比较 陡：当垫层厚度再增加时，曲线趋于平缓，说明当 垫层厚度达到一定时，垫层厚度的增加对整个复合 地基的沉降影响越来越小。 ４．２ 路基填筑高度 在高速铁路路基施工过程中，需要分层压实不 断填筑的路基，随着路基高度的不断增加，复合地 基的沉降量也随之不同。图１为不同路基填筑高度 与复合地基沉降的关系曲线。从图中可以看出，地 基的沉降量随着路基高度的增加而增加，离路基中 心线越远的作用区，地基的沉降量越小，越靠近路 基中心线，沉降量越大。 ４．３ 刚性长桩长度 刚柔性复合地基中，刚性长桩的作用主要是减 少沉降，为此，选取长度分别为１５ｍ、２０ｍ、２５ｍ、 ３０ｍ、３５ｍ的长桩进行有限元分析。从图１中可以看 出，随着刚性桩长度的增加，地基总沉降量逐渐减 少，刚性桩长度的变化对复合地基沉降的影响较为 明显 ７Ｏ ６０ 世５０ 蜉 蝴 ４Ｏ ３０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ 刚性桩长度／ｍ 网１ 刚性桩长度与复合地基沉降关系曲线 ５ 结论 ５．１ 在刚柔性复合地基处理中，垫层厚度和垫层 模量对地基的沉降有着较为明显的影响。复合地基 ０．
