摘要：土工格栅的存在就是桩—网复合地基区别于一般桩承式地基的一大区别，因此研究土工格栅在桩—网复合地基承载特性中的作用是非常有必要的。为讨论土工格栅对荷载传递的影响， 本文就在FLAC3D中对复合地基中加设土工格栅与不加设土工格栅时的两种情况进行模拟，并通过计算结果做出分析。
关键词：桩—网复合地基 土工格栅 承载特性 沉降FLAC3D
目前，桩—网复合地基在工程实践中的设计方法大部分是以极限平衡理论为基础发展起来的，此方法一般偏于保守，常常不考虑桩—网复合地基中各部分复杂的相互作用。因此近年来人们提出了使用有限元法、有限差分法等数值方法来对地基中复杂的相互作用进行模拟。本文中将采用FLAC3D模拟软件，在桩径、桩间距、垫层、土层及填土层各种材料性质相同的情况下，对是否加设土工格栅对地基内部的应力、沉降变形等影响进行三维数值模拟，并通过计算结果做出分析。
1工程实例概况
某客运专线DK2069+970～DK2070+098.11段,长128.11米，线路南西向行进于低山及山间沟槽地段，为一般路基，以浅挖为主。路基基底采用CFG桩加固。CFG桩直径φ50cm，以正三角形布置，桩间距为1.4m，加固宽度为路堤坡脚外2m（路堑至侧沟平台），加固深度12～20米。CFG桩采用抗侵蚀性水泥。CFG桩加固区基底铺设60cm厚加筋碎石垫层，加筋为两层双向80kN/m土工格栅。图1为桩的纵断面示意图：
2 计算模型的建立
本文所研究的对象为路堤荷载作用下的桩—网复合地基，由于实际工程中CFG桩数众多，完全按照实际情况来建立模型会在数值模拟时遇到很大困难，为了简化计算，可按平面应变问题分析，即将路基看做条形基础，根据路堤两边沿路堤中心对称，可取路堤一半区域进行数值模拟分析。根据工程实际情况，选取DK2070+025为研究断面，建立模型的方案为：桩径为d=0.5m，桩长为12m，路堤填土高度为3m，褥源于：毕业论文理工www.808so.com
垫层厚度60cm，计算深度取两倍桩长为25m，侧面边界35m。模型的边界条件为：地基底面施加水平及竖直约束；侧面施加水平方向的约束；上边界为自由边界。
模拟假定：CFG桩由于变形小，桩土相对刚度较大，可将桩及碎石褥垫层视为线弹性体；上部路堤填土及土体考虑为理想弹塑性体。各材料都视为各向同性均质材料。同时考虑到持力层为条件良好的花岗岩，可忽略桩土摩擦作用，碎石垫层与土工格栅之间采用点面接触单元。
几何模型及其网格划分如图2所示，网格划分依据工程实际设计尺寸结果及室内试验得出的参数确定。计算采用的各材料的物理力学参数见表1。
桩体参数按设计时的参数取值，桩体密度根据工程实际采用的混凝土等级作参考取值，泊松比根据经验参考取值，软土为0.42，粉质粘土取0.35。CFG桩的泊松比根据经验取0.2。
通过对上述条件建立的模型进行计算分析，计算所得断面DK2070+025沉降结果与实测沉降对比结果如图3所示：
图3中实测沉降曲线是根据DK2070+025断面通过一年以上的实时监测而得到的结果，模拟沉降曲线则是由上述参数条件建立的模型进行计算而得到的路堤中心桩的最大沉降。从两个沉降曲线可看出，计算结果与实际观测沉降结果相差不大，并变化规律接近一致，在荷载作用下达到一定的时间后，路基沉降趋于稳定。模拟计算结果稍大于实际观测沉降值，这主要是由于对模型的简化，考虑诸多影响参数的时候都是保守取值。从结果对比我们可暂时假定模型可真实反映工程实际情况，并以此模型为基础，在下面对桩网复合地基的受力变形规律进行进一步分析探讨。
3土工格栅对桩—网复合地基应力变化的影响
对地基在横向及纵向上的桩土应力比进行对比分析，图4和图5为加设土工格栅与不加设土工格栅时复合地基沿距离路堤中心向路堤外方向的桩土应力比及沿桩长深度的应力比。
如图4及图5所示，复合地基中是否加设土工格栅对桩土应力比的影响非常明显。在不加设土工格栅时，桩土应力比远小于加设了土工格栅的应力比。两种情况下在距路堤中心为3～4m时桩土应力比都达到最大值；在沿桩长深度上，桩体中上部的应力比最大，变化趋势沿深度向下逐渐趋于稳定。
4土工格栅对桩—网复合地基沉降的影响
土工格栅在桩—网复合地基中对沉降的影响由计算结果得出分析，图6为加设土工格栅与不加设土工格栅两种情况下的竖向位移对比图。
由图6可明显看出，加设土工格栅的计算结果与未加设格栅时有着显著差异，两者都随桩长深度逐渐减小，但在加设土工格栅后，桩体竖向位移明显减小。这说明土工合成材料发挥其兜堤作用，网同作用，分担了部分荷载，减小了下部加固区的竖向位移。由于土工格栅的存在，对其周围土体产生摩擦咬合作用，对土体的弹性模量有所提高，从而调整格栅周围的土体的应力分布，减小沉降。
5结论
在桩—网复合地基中，土工合成材料在作用非常关键，与不加设土工格栅的复合地基相比，无论是从下部加固区的承载特性还是竖向位移变化规律都有显著的影响。在垫层中设置加筋体，对填土内部应力场起到了调整作用，土工合成材料通过其与抗拉材料相似的作用，对地基的不均匀沉降加以控制，与上部土协同作用对荷载的传递起到了分散作用。因此在复合地基中铺设土工合成材料，对控制地基沉降及变形有着重要的意义，在提高地基承载能力的同时保证地基的稳定性。
参考文献:
饶为国.桩—网复合地基原理及实践.北京:中国水利水电出版社，2004.
陈红萍.桩承土工格网垫层在软土处理中的应用[J].湖南交通科技,2000,26(2):15—16.
[3]李强,郑健龙.桩承土工格网褥垫层的承载特性与设计计算.公路,(5):6—9,2005年5月.沉降结果相差不大，并变化规律接近一致，在荷载作用下达到一定的时间后，路基沉降趋于稳定。模拟计算结果稍大于实际观测沉降值，这主要是由于对模型的简化，考虑诸多影响参数的时候都是保守取值。从结果对比我们可暂时假定模型可真实反映工程实际情况，并以此模型为基础，在下面对桩网复合地基的受力变形规律进行进一步分析探讨。 WWw.808so.com 808论文查重
土工格栅对桩—网复合地基承载特性影响数值模拟研究
更新时间：2024-03-10
作者：用户投稿
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