常用的简化计算模式介绍

1　常用的简化计算模式介绍

公路工程中软土地基经水泥土搅拌桩处理后形成的复合地基如图1所示，即在地基中采用柱状加固的形式。该图也可以进一步看出，采用柱状加固形式（目前搅拌桩设计的间距一般为1.1～1.5m）时，即使按单排计算，搅拌桩数量仍非常多。进行数值计算时，如果考虑流固耦合，则不仅编程复杂，而且计算更加复杂。为此一般要简化为平面问题进行简化计算。

图1　公路工程中搅拌桩常见的部桩形式

目前常用的简化方法主要有以下两类：

第一类（加固区整体简化）：将搅拌桩作为一个均质的加固区进行考虑，按复合地基理论计算得到加固区的复合模量E_sp和渗透系数k_sp，如图2所示^［1，2］。

E_sp＝mE_p＋（1－m）E_s　　　　　　　　　　　　（1）

k_sp＝mk_p＋（1－m）k_s　　　　　　　　　　　　（2）

式中，E_sp为加固区的复合模量；E_s为软土地基的模量；E_p为搅拌桩桩身模量；m为面积置换率；k_sp为加固区的复合渗透系数；k_s为软土地基的渗透系数；k_p为搅拌桩桩身的渗透系数。

大量的研究表明搅拌桩桩身的渗透系数k_p比桩间土渗透系数小1～2个数量级，同时我国目前公路上搅拌桩处理的面积置换率一般不超过20％，对复合渗透系数贡献较小，为此可以将式（2），进一步简化。

k_sp＝（1－m）k_s　　　　　　　　　　　　（3）

图2　复合地基整体简化计算方法

第二类（加固区桩土条带分算简化方法）：将搅拌桩地基简化为桩条带和土的条带共同组成的地基进行计算，即沿公路走线方向搅拌桩加固地基是桩条带和桩间土条带（图3和图4）^［3］，采用该模式将三维搅拌桩地基简化为平面模式进行计算。采用该模式进行计算能够得到搅拌桩地基桩间土沉降和桩身沉降，可以进一步研究搅拌桩地基在路堤等柔性荷载作用下桩和桩间土的差异变形特性。采用该模式进行简化计算时，桩间土条带参数按地基土的参数进行选取，而桩条带的参数（包括等效模量和等效渗透系数，在面积置换率较小并且搅拌桩渗透系数比桩周土渗透系数小1～2个数量级时，不考虑搅拌桩桩身的渗透，桩身直径为0.5m）按下式进行近似确定：

式中，d为搅拌桩的桩间距。

图3　桩土条带分开的平面简化方法

图4　桩身模量折减模式