CFG桩复合地基桩土应力现场测试与数值模拟
徐继康”，张鸿”，周院芳”，陈书全”3.江西会路开发局公司，江晋南晶330038）
（1.安董省公路工程检测申心，安量合肥230022：2.昌工单院土建院，江西南员330099
[携要】针对复合地基在路堤荷载下与别性基础下受力结构楼式存在一定的差并，对江西某高递公路软基试验段 填彩路下CFC复合地最承载力特性造行了现场试验，网时采用有限元慈分软件几AC3D建立模型，对复合地基上皮力与土体抗降进行了数值仿真计算.继果表听，静载试验测试械间班1.5m的土完力比为5.58，与实际路境加校监测值2.26和数值计算值2.72有一定的误系，因或，对于本工程仅采用静载试验确定避提荷载下CFC 桩复合地基承载力是不合适的.
[关键词】地基；CFC桩；柔性荷载；现场测试；数值分析：世土应力比
[中国分类号】TU413.4
[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2012）08-0084.04
Numerical Simulation and Field Testing onPile-soil Stress of CFG-pile Composite Foundation
Xu Jixin' Zhang Hong' Zhou Yuanfang' Chen Shuquan*(1. Asbsi Testisg Genser For Higphay Enginering Mefei Asai 230022 Chin:2. Collge of Cinl Eng. & Archieetwre Nancheng lntie ef Trchnig Nanchang Jiongi 330099 Chine; 3. Jingi Mighy Eleiatin Cmeny Nhasg Jongi33003s Chine)
Abstract: Aiming al certain diferenoes of strese structure modes of the posite foundatien that underembankment load and under rigid foundation field test has been conducted oe the bearing capacityfeahares of a CFG-pile poeite foundation for the ssnd-filled roed embenkment of a soft roadbed for certain expresswsy. The finite diference sofware named FLAC3D is adopted to build the mathematicalmodel and to coaduct s numezical simulation and calculation of the pile-narth strese of the positefoundation and the sedimentation of the earth. The test results show thst when the distance between tested piles in the static load test is 1. 5 m the pile-earth strese rstio is 5. 58 wbich ie significantly higher than2. 26 as aetual monitored valoee when the road embenkment is under loed on by and 2. 72 as theroad embunkoert under load oely uring the statie load esperiment is inappropriate. calculated value. Therefore determining the bearing capacity of a CFG-pile eomposite foundation for
Key words:foundations; cement fly ah gravel pile; fexible loads; field tesl; numerieal analysis; pile-soil streee ratio
CFC被复合地基能够有效减少地基的不均匀的计算均是针对工民建提出来的，由于路荷载下沉降和工后沉降，并能缩短工期，提高地基土体的复合地基与刚性基础下的复合地基受力结构模式承载力，近年来，在高達公路软基加固、桥头深厚软存在一定的差异，所表现出来的变形规律、承载力前规范中有关CFC整复合地基设计方法及承载力一签学者对路提下CFG概复合地基桩土应力比进行了现场测试，还有学者对CFC桩复合地基桩 土应力比的影响因素进行有限元分析，然面对CFG桩复合地基各部分在路堤荷载作用下的应力状态和变形特征进行深入研究还不够充分.本文 结合江西省某高速公路软基试验段，对城砂路堤下
CFC桩复合地基承载特性进行了现场试验研究，同时采用有限差分法软件FLAC3D建立数学模型，对 不同的褥垫层厚度和桩网距工况下复合地基桩土应力进行了数值计算，研究结果可为该地区高速公路CFC桩复合地基的应用、设计提供参考.
间、四桩之间间距35cm各埋设一组土压力计，具体理设位置如图1所示.
1工程概况
江西省某高速公路路线经过环都阳湖地区长度约33.6km，沿线地基土主要是第四纪全新盘沉积 物，主要由激泥和激泥质土组成，最大厚度达12m，平均厚度5-7m，路堤用砂填筑，路基宽26m，课题度为7-8m. 所依托的工程项目试验段位于D10标，路基填砂高
Fig. 1Layout of pile-soil stress monitoring 图1刚性承载板下桩土应力测点布置points under rigid bearing plate
根据钻孔揭露，试验段K193700-K194000土层从上到下主要由以下4层组成：①，粉质黏土Q灰褐色，湿，稍有光泽，软塑，以黏粒为主， 粉粒次之，厚约1.5m；①激泥质土Q灰福色，饱和，软塑，主要成分为黏粒，含少量腐殖质，具湿，软塑，以點粒为主，粉粒次之，黏性较强，含少量 有异味，厚约2.5m；①粉质黏土Q福灰色，砂砾，厚约2.0m；①，粉细砂Q福黄色，湿，稍0.3mm，厚约6m. 密，以石英为主，含少量云母碎片，粒径为0.1-
2.1.2路堤加载测试方案
1/2桩距、1/4桩距、四桩之间理设土压力计，采用钢 分别在桩间距为1.5，1.8，2.0m的CFC桩顶、弦式土压力计，量程1MPa.该试验路段软基施工加载从2010-01-18开始填砂，到2010-06-03路堤填筑 完毕，填砂高度为6.7m.传感器具体埋设位置如图2所示.
2.2试验结果分析
2.2.1静载试验结果分析
2现场试验
单桩复合地基静载试验每级加载为设计荷载（预估极限荷载）的1/10，第1级按2倍分级进行. 桩土应力测试在35排13号单桩复合地基静载加载荷载为50，110.150，200kPa时进行，测试结果如图3所示（图中显示的是得垫层下的桩土应力值）.
2.1试验方案
2.1.1单桩复合地基静载试验方案
CFC桩静载试验场地设在D10标软基试验路000，试验段路基宽50m，路基填砂高度在7-8m，设 段施工现场，路线里程桩号为K193700-K194计参数取桩直径40cm，槛距150cm，正方形布置，桩长5.0m，得垫层厚40cm，舞垫层材料采用粗砂，桩身混凝土强度C15.
用后，其核身、桩间土表现为不同的承载特性.在 由图3可以看出：当单桩复合地基受静载荷作加载初期，械顶应力曲线和桩间土应力曲线接近.分开，桩顶应力的增长幅度较大，面检间土应力增 随着加载级别的增大，桩顶、桩间土应力曲线逐渐长缓慢，说明桩间土的应力逐渐向桩顶集中.
选取试验段35排13号桩进行单桩复合地基静载试验，在舞垫层上、下相同位置的桩顶和两桩之
图2路堤加载土压力传感器布置Fig. 2 Layout of soll pressure sensors under loading of embankment
万方数据
图5不同桩间距下桩土应力变化曲线 Flg.5 Carves ef pll-soll stressesunder different plle distances
图3桩土应力-荷载变化曲线Fig. 3 Curves of plle-soil stress snd loading
图4给出了CFG桩单桩复合地基荷载试验桩复合地基静载荷试验桩土应力比在荷载加载初期 土应力比随荷载变化曲线，从图中可以看出：单桩增长迅速，当荷载约110kPa时达到最大，为6.61110kPa时，桩土应力比逐渐变小，随着荷载的增加， （1/4桩间距处桩土应力比为4.71），当荷载超过桩土应力比变化很小，当荷载为200kPs时，1/2桩为3.22）.这说明桩与桩间土应力分配在荷载施加 间距处桩土应力比5.58（1/4桩间距处桩土应力比前期，荷载较小时，检顶和桩间土共同承担上部荷载的增加，桩和桩间土承扭的荷载均有所增加，但 载，桩和桩间土承担的荷载差异不是太大；随着荷大部分荷载由桩承担，桩间土承担荷载比例逐渐减小，桩体效应逐渐体现出来；当荷载超过某一数值荷载比例有所下降. 后，桩间土承担的荷载比例有所上升，面桩承担的
1.5 1.8 2.0m的桩间土最大值（1/2桩距处）分别比1/2桩距处稍大，分别为68，70，85kPa.现场实 为59，60，78kPa，靠近桩顶的1/4桩距处土压应力测桩体间距1.5.1.8，2.0m的桩土应力比分别为2.26 2.1 1.56.
3数值模拟计算
3.1计算模型
采用有限差分法软件FLAC3D建立数值计算模单元，73440个结点，采用pile单元，CFG被采用 型（见图6），路基模型长50m，宽47m，共68150个方形设置，由于模型中大量设置了桩，因此，采用FISH语言编制程序，循环嵌人桩单元.边界条件 为：底部、侧面各约束法向位移（链杆约束），上部为自由边界.
图6整体数值计算模型Fig.6Integral calculation model
个模型分为多组，从下至上依次为细砂，粉质黏土， 根据土层不同以及路基路面材料的不同，将整淤泥质土，得垫层，路堤和路面.计算收放准则为不平衡力比率，满足10的求解要求.模拟步骤为建立土体模型，计算系统平衡，然后依次加人桩单 元、得垫层、路堤、路面及计算整体模型的土体压力等.土体计算参数如表1所示，CFC桩体参数：弹性模量15.0GPa，泊松比0.2，密度2.4g/cm²，土 界面的法向刷度和切向刚度均设置为（K4G/3），其中：K为相邻土体的体积模量，C为相邻土体的剪
图4桩土应力比-有载变化曲线Fig.4Curves of pile-soll stress ratio
2.2.2路堤加载测试结果分析
曲线，从图中可得以下规律. 图5给出了不同桩间距情况下的桩土应力实测
1）桩顶应力随着桩间距的减少面增大，桩间距1.5m的桩顶最大应力分别为126，133kPa. 2m的桩顶应力最大值为122kPa，桩间距1.8m和
2）桩间土应力随着桩间距的增大面增大，桩距
切模量，
表1土体计算参数
Table 1Calcelatioo paramelers ef m
弹性核 容量/ 内摩组纱 实性 /M7s 6.70 泊轮比 0.36 /Ps（aNg) 2.9 20.7 /（*) 37.3粉防生 激泥员土 5.58 3.40 0.35 0.40 60.3 20.1 20.1 17.9 19.520.0 15.0 0.28 0.31 40.8 0.0 22.0 22.0 37.0 25.215.0 0.28 60.8 22.0 25.2
3.2数值计算结果分析
数值计算结果见图7，从图7中结果可分析得出以 不间桩间距和舞垫层厚度对被土应力的影响下规律.
Fig.7Stre of the piles tope under 图7得垫层厚度对桩顶皮力的影响differeat cushioo hickees
1）桩顶应力随着得垫层厚度从40cm增加至60cm而逐渐减少，但增加的幅度并不大，说明得垫层对桩顶和桩间土之间的应力调整作用在减少.
2）桩顶应力随着桩间距的增大面增大，以得垫层厚度为40cm为例，桩间距为1.5 1.8，2.0m时，桩顶应力分别为217.2，245.6，296.3kPs
4试验结果与数值分析结果比较
图8是垫层厚度为40cm时现场实测桩土应力比与数值计算结果对比，从图中可得以下规律.
路缓加载实测桩土应力比和数值计算的结果都在 1）随看桩间距从1.5m增加至2.0m，现场实际逐渐减少，现场实测械土应力比分别为2.26.2.1，1.56，数值计算的械土应力比分别为2.72，2.66， 2.4.变化始势较为一致，说明本文采用的有限差分FLAC3D计算方法对软土加固进行模拟分析是可行的.
2）本次现场进行的单栏复合地基静载试验只对桩间距为1.5m的桩土应力比进行了试验研究，测试的刚性承藏板下的桩土应力比为5.58，与实际
5结语
参考文版：
Fig. s Calculating snd monitoring plle-soil stress retio 图8桩土应力比数重计算与现场实测结票对比
路加载监测值2.26和数值计算2.72的结果相差很大，因此，可以认为路堤荷载下和刚性承载板下 的CFG桩复合维基受力模式相差很大，采用刚性承载板静载试验确定高速公路柔性荷载下的CFC桩复合地基承载力是不合适的.
1）现场试验研究表明，路堤荷截作用下与刚性基础下CFG桩复合地基中桩与桩间土受力规律差别较大.路堤荷载下的桩土应力比在2.2-1.56，单 桩静载试验承载板下的被土压力比为5.81，桩与土的荷载分担差别较大.由此可见，采用刷性承载板静载试验确定高速公路柔性荷教下的CFC检复合 地基承载力是不合适的，需对承载力特征值进行适当修正.本文的研究成果可为设计、规范制定等方面提供参考.
2）数值计算的械土应力结果与现场实测结果较为吻合，说明本文采用的有限差分FLAC3D计算方法对该地区软土加圆进行模报分析是可行的. 同时通过数值计算分析，本项日中可将得些层厚度设置为40cm，检间距设置为2.0m.
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