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高速公路路堤下復(fù)合地基理論的幾點(diǎn)探究
摘要：結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究資料和當(dāng)前路堤下復(fù)合地基的現(xiàn)狀，探討了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的幾種高速公路路堤下復(fù)合地基理論研究成果，并指出研究中存在的問(wèn)題，對(duì)今后的研究工作提出建議。
關(guān)鍵詞：高速公路；路堤；柔性基礎(chǔ)；復(fù)合地基
0 引言
近年來(lái)利用復(fù)合地基技術(shù)處理高速公路軟土地基日益增多，與其他方法相比，具有施工工期短，提高地基承載力快，減小工后沉降效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。
在研究前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)路堤下復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀作了總結(jié)和分析，指出了其中存在的問(wèn)題，并對(duì)今后研究工作提出了若干建議，以期為將來(lái)的研究提供一定的參考。
1 研究現(xiàn)狀分析
目前，對(duì)于路堤這種柔性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基理論研究還處在初步階段，這方面的研究成果國(guó)內(nèi)外極少�，F(xiàn)有的研究成果主要集中在試驗(yàn)研究、理論計(jì)算和數(shù)值模擬三方面。
1．1 試驗(yàn)研究 ①模型試驗(yàn)。S·H·Chew通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)路堤下剛性樁復(fù)合地基的工作機(jī)理開(kāi)展研究，得到了加載過(guò)程中樁土應(yīng)力比、地表沉降的變化規(guī)律。方磊通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了柔性基礎(chǔ)下樁土應(yīng)力比與樁底持力層強(qiáng)度和上部荷載的關(guān)系。Allersma通過(guò)離心機(jī)模型試驗(yàn)對(duì)比分析了路堤下天然地基、水泥攪拌樁、剛性樁復(fù)合地基和半剛性樁復(fù)合地基的破壞模式、工作性狀及其主要影響因素。②現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。Eksortm通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明了柔性基礎(chǔ)（路堤）下樁頂位移與樁間土體位移并不相等。孫軍、李海芳對(duì)路堤荷載下復(fù)合地基的變形特性進(jìn)行了長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)樁與樁間土體的沉降不一致，樁與樁周土存在等沉面。曾開(kāi)華、吳少漢通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)公路路堤下復(fù)合地基的力學(xué)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明低強(qiáng)度混凝土剛性樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的變化趨勢(shì)為先減小后增大，而水泥土柔性樁的樁土應(yīng)力比變化趨勢(shì)是逐漸增大的。
1．2 理論計(jì)算研究 Alamgir通過(guò)假定典型單元體的位移模式，提出了“單位元”的概念，獲得了柔性基礎(chǔ)下端承樁復(fù)合地基中樁和樁周土的附加應(yīng)力和沉降計(jì)算的解析方法。楊濤等修正了Alamgir的典型單元體變形模式，提出了柔性基礎(chǔ)下豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基沉降計(jì)算的復(fù)合本構(gòu)有限元分析方法，該方法未能反映樁土之間豎向不協(xié)調(diào)性。李海芳在楊濤的基礎(chǔ)上考慮了樁土相互作用，提出了改進(jìn)的位移分布模式，通過(guò)力學(xué)推導(dǎo)，得到了路堤荷載下復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量的簡(jiǎn)化算法等等。實(shí)踐表明，利用這些計(jì)算方法得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)值有較好的吻合，因此這種求解柔性基礎(chǔ)下沉降與應(yīng)力的分析方法是有價(jià)值的。
1．3 數(shù)值模擬研究 J·Han采用典型單元體和Duncan-chang模型，對(duì)樁承式加筋路堤的性狀進(jìn)行了數(shù)值分析研究，分析了路堤填土高度、加筋體剛度以及樁體模量對(duì)樁土應(yīng)力比的影響。楊虹等利用彈性、Duncan-chang非彈性兩種本構(gòu)模型，將平面問(wèn)題有限元用于填土路堤下復(fù)合地基性狀的研究，對(duì)復(fù)合地基沉降及樁土應(yīng)力比的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。曾遠(yuǎn)、劉國(guó)明等利用Biot固結(jié)理論，采用非線性有限元法分析了高速公路下復(fù)合地基變形的影響因素，并提出了合理布樁方式等等�？梢钥闯�，這些研究大都是對(duì)路堤下復(fù)合地基力學(xué)與變形特性做定性的分析。
2 存在的問(wèn)題
2.1 試驗(yàn)方面 現(xiàn)有的試驗(yàn)研究比較少，且大都是在剛性承載板下進(jìn)行的，仍然沿用剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基試驗(yàn)方法，不能真正反映路堤下復(fù)合地基的工作性狀；模型試驗(yàn)是在理想的條件下進(jìn)行的，存在著尺寸效應(yīng)，很難模擬實(shí)際情況，具有一定的局限性；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，因影響因素過(guò)多，必須經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)積累，才能找出規(guī)律。
2.2 理論計(jì)算方面 研究時(shí)基本將復(fù)合地基與路堤基礎(chǔ)相脫離，未考慮路堤填土——剛性墊層——復(fù)合地基——下臥層土體四者之間的應(yīng)力及變形耦合；研究中采用的樁問(wèn)土豎向位移模式，大多數(shù)做法是假定在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)有一剛性位移，對(duì)解析計(jì)算的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，這種簡(jiǎn)化處理方法不能反映出樁土之間的力學(xué)機(jī)制。
2.3 數(shù)值模擬方面 ①材料本構(gòu)問(wèn)題由于土的突出非線性，到目前為止，還沒(méi)有找到可以體現(xiàn)土的各種特性的本構(gòu)模型。采用不同的本構(gòu)關(guān)系，計(jì)算結(jié)果不同。剛性樁、柔性樁、半柔半剛性樁的本構(gòu)有較大的差別，但研究中大多數(shù)都視為線彈性體②計(jì)算模型建模時(shí)大都將樁假設(shè)成連續(xù)墻或板，將復(fù)合地基簡(jiǎn)化成平面問(wèn)題進(jìn)行研究，而實(shí)際由于樁的存在，路基的力學(xué)性質(zhì)在長(zhǎng)度方向上不再有均勻性，這將影響數(shù)值模擬結(jié)果的真實(shí)性。③計(jì)算參數(shù)的選用現(xiàn)場(chǎng)土體的性質(zhì)很不均勻，且各向異性，選取計(jì)算參數(shù)比較困難，實(shí)際計(jì)算時(shí)，往往對(duì)某一段范圍內(nèi)土體進(jìn)行簡(jiǎn)化，一般按經(jīng)驗(yàn)公式取值，帶有隨意性，計(jì)算參數(shù)取值不同，計(jì)算結(jié)果也不同，這將影響數(shù)值模擬的可信度。④樁土接觸面的處理研究中大都沒(méi)有考慮樁土之間的相對(duì)滑動(dòng)，仍采用剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中樁和樁間土豎向變形相等的假設(shè)，不能反映路堤荷載下樁與樁間土的豎向不協(xié)調(diào)性及樁土之間的荷載傳遞規(guī)律。
3 今后研究工作的建議
3.1 數(shù)值分析與試驗(yàn)相結(jié)合 單純應(yīng)用數(shù)值分析和試驗(yàn)研究都是行不通的，必須以數(shù)值分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，依靠室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究的驗(yàn)證與反饋，走理論分析和經(jīng)驗(yàn)分析與實(shí)際相結(jié)合的道路。
3.2 理論計(jì)算方法的改進(jìn) 柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的荷載傳遞機(jī)理應(yīng)當(dāng)包括：基礎(chǔ)填土的拱效應(yīng)、基礎(chǔ)的剛度效應(yīng)、剛性墊層效應(yīng)、樁土間差異沉降引起的荷載傳遞以及下臥層土體的支承作用五個(gè)部分。
3.3 提高數(shù)值模擬的可信度 ①應(yīng)建立三維計(jì)算模型進(jìn)行路堤和復(fù)合地基的三維數(shù)值模擬，使模擬結(jié)果更加真實(shí)。②為了更好地反映樁與土間的相互作用，真實(shí)模擬路堤荷載下樁與樁間土的豎向不協(xié)調(diào)性及樁土之間的荷載傳遞規(guī)律，應(yīng)特別重視對(duì)樁土接觸面的模擬，需要在樁土之間設(shè)置接觸面單元。③選擇合理的材料本構(gòu)。土的本構(gòu)比較復(fù)雜，不同土的本構(gòu)，往往針對(duì)某個(gè)問(wèn)題才具有合理性，因此要根據(jù)所研究的問(wèn)題靈活選用，必要時(shí)對(duì)土的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行修正。樁的本構(gòu)關(guān)系應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，不能盲目的照搬經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳洪，等．不同剛度基礎(chǔ)下復(fù)合地基沉降變形性狀研究[J]．工業(yè)建筑，2008，33（11）：13-16．
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