中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞與沉降機(jī)理深度剖析

中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞與沉降機(jī)理深度剖析一、緒論1.1研究背景與意義在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，道路、鐵路和機(jī)場等工程的路基穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個工程的質(zhì)量與安全。中等壓縮性土地區(qū)廣泛分布于各類工程建設(shè)場地，這類土層的壓縮性能介于砂土和粘土之間，具有獨(dú)特的工程特性。在中等壓縮性土地區(qū)進(jìn)行路基工程建設(shè)時，由于土體本身的壓縮性，在承受上部荷載后容易產(chǎn)生較大的沉降和變形，這不僅會影響道路的平整度、行車舒適性，還可能導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)損壞，甚至威脅到行車安全；對于鐵路工程，過大的路基沉降會影響軌道的平順性，增加軌道維護(hù)成本，嚴(yán)重時可能引發(fā)脫軌等安全事故；機(jī)場跑道的不均勻沉降則會對飛機(jī)的起降安全構(gòu)成重大隱患。因此，確保中等壓縮性土地區(qū)路基的穩(wěn)定性和承載能力是工程建設(shè)中亟待解決的關(guān)鍵問題。短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基作為一種有效的地基處理方式，在中等壓縮性土地區(qū)的路基工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基是在原有路基表面設(shè)置短樁和樁網(wǎng)，并覆蓋一層厚度不大于1m的碎石或碎石混凝土形成的新型復(fù)合地基。短樁能夠?qū)⑸喜亢奢d傳遞到深層土體，從而減小地基的沉降量；樁網(wǎng)則可以有效地分散荷載，使荷載傳遞分布更加均勻，增強(qiáng)地基的整體穩(wěn)定性。研究表明，短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠顯著減輕路基的沉降和變形，提高地基的剛度和強(qiáng)度，保證基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定和壽命。深入了解中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理具有重要的理論和實際意義。從理論層面來看，目前對于短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞和沉降機(jī)理的研究仍存在諸多不完善之處。由于土層壓縮性較強(qiáng)，短樁和樁網(wǎng)對路基的加固作用存在一定局限性，建立合理的荷載傳遞規(guī)律和沉降模型有助于豐富和完善復(fù)合地基理論體系，為后續(xù)的研究提供更堅實的理論基礎(chǔ)。在實際工程應(yīng)用中，準(zhǔn)確掌握荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理可以為短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)。通過合理設(shè)計樁長、樁徑、樁間距以及樁網(wǎng)的布置形式等參數(shù)，可以優(yōu)化地基的承載性能，提高地基的加固效果，減少不必要的工程投資；在施工過程中，依據(jù)沉降機(jī)理可以制定合理的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，確保地基處理工程的質(zhì)量，保證基礎(chǔ)工程能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，降低工程后期的維護(hù)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，對于短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的研究開展較早，積累了較為豐富的理論與實踐經(jīng)驗。早期的研究主要集中在荷載傳遞的基本理論方面，通過室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場測試，初步揭示了樁網(wǎng)復(fù)合地基中荷載從上部結(jié)構(gòu)通過樁體和樁網(wǎng)傳遞到地基土體的基本路徑。例如，一些學(xué)者通過在模型試驗中布置不同類型的傳感器，監(jiān)測樁身軸力、樁側(cè)摩阻力以及樁間土壓力的變化，發(fā)現(xiàn)樁體在荷載傳遞過程中起到了關(guān)鍵作用，能夠?qū)⒋蟛糠趾奢d傳遞到深層土體，從而有效減小淺層土體的壓力。隨著研究的深入，學(xué)者們開始關(guān)注樁網(wǎng)的作用機(jī)制，研究表明，樁網(wǎng)能夠通過自身的張拉作用和與土體的相互咬合，進(jìn)一步分散荷載，提高地基的整體穩(wěn)定性。此外，國外學(xué)者還利用數(shù)值模擬方法，建立了多種樁網(wǎng)復(fù)合地基的數(shù)值模型，對不同工況下的荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行了模擬分析，為理論研究提供了有力支持。然而，國外的研究在中等壓縮性土地區(qū)的針對性相對不足。由于不同地區(qū)的土質(zhì)條件差異較大，中等壓縮性土具有獨(dú)特的物理力學(xué)性質(zhì)，國外已有的研究成果在該地區(qū)的適用性存在一定問題。例如，在一些針對軟土地基或砂土地基的研究中提出的理論和模型，無法準(zhǔn)確反映中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞特性和沉降規(guī)律。而且，國外研究在考慮工程實際因素方面也存在一定局限性，如施工工藝、地基處理成本等因素對荷載傳遞和沉降的影響研究不夠深入。國內(nèi)對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的研究近年來發(fā)展迅速，取得了一系列重要成果。在荷載傳遞規(guī)律方面，國內(nèi)學(xué)者通過大量的現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬，深入研究了樁土相互作用機(jī)制，分析了樁長、樁徑、樁間距以及樁網(wǎng)類型等因素對荷載傳遞的影響。例如，通過現(xiàn)場試驗對比不同樁長和樁間距的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞情況，發(fā)現(xiàn)合理增加樁長和減小樁間距能夠有效提高樁體的荷載分擔(dān)比，使荷載傳遞更加均勻。在沉降機(jī)理研究方面，國內(nèi)學(xué)者結(jié)合實際工程案例，綜合考慮土體的壓縮性、固結(jié)特性以及樁網(wǎng)的加固效果，提出了多種沉降計算方法和模型。其中，一些基于分層總和法的改進(jìn)模型，考慮了樁土相互作用和地基的非線性特性，在實際工程中得到了較好的應(yīng)用。盡管國內(nèi)研究取得了顯著進(jìn)展，但仍然存在一些不足之處。一方面，對于中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的長期性能研究相對較少，缺乏對地基在長期荷載作用下的沉降發(fā)展規(guī)律以及樁土相互作用變化的深入認(rèn)識。另一方面，目前的研究成果在工程應(yīng)用中的推廣還存在一定困難，主要是因為不同地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，已有的理論和模型難以完全適應(yīng)各種實際工程情況，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對具體工程案例的分析和總結(jié)，提高研究成果的實用性和可操作性。1.3研究內(nèi)容與方法本研究聚焦于中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基，深入剖析其荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理，主要研究內(nèi)容如下：荷載傳遞規(guī)律研究：詳細(xì)分析在不同荷載工況下，荷載如何通過短樁和樁網(wǎng)傳遞到地基土體中。研究樁身軸力沿深度的分布變化規(guī)律，明確樁側(cè)摩阻力和樁端阻力在荷載傳遞過程中的發(fā)揮機(jī)制。同時，探討樁土應(yīng)力比隨荷載增加的變化趨勢，以及樁長、樁徑、樁間距和樁網(wǎng)類型等參數(shù)對荷載傳遞的影響，揭示各參數(shù)之間的相互關(guān)系和作用機(jī)制。沉降機(jī)理研究：全面探究短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的沉降組成部分，包括土體的壓縮變形、樁體的壓縮變形以及樁土之間的相對位移等。分析不同因素，如土體的物理力學(xué)性質(zhì)（壓縮性、滲透性、含水量等）、地基處理方式（樁網(wǎng)布置形式、樁體材料等）和上部荷載特性（荷載大小、加載速率、加載時間等）對沉降的影響規(guī)律。建立考慮多種因素的沉降計算模型，準(zhǔn)確預(yù)測地基的沉降量。影響因素分析：綜合考慮地質(zhì)條件（土層分布、地下水位等）、施工工藝（樁的施工方法、樁網(wǎng)鋪設(shè)工藝等）和環(huán)境因素（地震、溫度變化等）對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理的影響。通過對比分析不同影響因素下的實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，明確各因素的影響程度和作用方式，為工程設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)。為實現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性：室內(nèi)模型試驗：設(shè)計并制作中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的室內(nèi)模型，模擬不同的荷載條件和地基參數(shù)。在模型試驗過程中，通過布置高精度的傳感器，如壓力傳感器、位移傳感器等，實時監(jiān)測樁身軸力、樁側(cè)摩阻力、樁間土壓力以及地基沉降等物理量的變化。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，直觀地了解荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理，為理論分析和數(shù)值模擬提供實驗依據(jù)。數(shù)值模擬：利用專業(yè)的巖土工程數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC等，建立中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的數(shù)值模型。在模型中，準(zhǔn)確模擬土體的力學(xué)特性、樁體和樁網(wǎng)的材料性質(zhì)以及它們之間的相互作用。通過數(shù)值模擬，可以方便地改變各種參數(shù)，如樁長、樁徑、樁間距、樁網(wǎng)類型等，進(jìn)行多工況的模擬分析，全面研究各參數(shù)對荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理的影響。同時，將數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)模型試驗結(jié)果進(jìn)行對比驗證，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。理論分析：基于彈性力學(xué)、土力學(xué)等相關(guān)理論，建立中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞和沉降計算理論模型。通過理論推導(dǎo)，分析荷載傳遞過程中的力學(xué)平衡關(guān)系和土體的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，得出荷載傳遞規(guī)律和沉降計算的理論公式。對理論模型進(jìn)行簡化和求解，使其能夠應(yīng)用于實際工程設(shè)計中，并與室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬結(jié)果相互印證，完善研究成果。1.4研究創(chuàng)新點(diǎn)多方法耦合的綜合研究：本研究突破了以往單一研究方法的局限，將室內(nèi)模型試驗、數(shù)值模擬與理論分析有機(jī)結(jié)合。通過室內(nèi)模型試驗獲取真實可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用數(shù)值模擬進(jìn)行多參數(shù)、多工況的深入分析，再借助理論分析構(gòu)建完善的理論體系，三種方法相互驗證、相互補(bǔ)充，為全面揭示中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理提供了更為科學(xué)、準(zhǔn)確的研究手段?？紤]多因素的綜合分析：全面考慮了地質(zhì)條件、施工工藝和環(huán)境因素等多方面對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理的影響。以往研究往往側(cè)重于單一或少數(shù)因素的分析，而本研究通過綜合考量多種因素，更真實地反映了實際工程中的復(fù)雜情況。通過對比分析不同因素下的實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，明確了各因素的影響程度和作用方式，為工程設(shè)計和施工提供了更具針對性和全面性的科學(xué)依據(jù)。提出新的沉降計算模型：基于對中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基沉降機(jī)理的深入研究，提出了一種考慮土體非線性特性、樁土相互作用以及時間效應(yīng)等多種因素的新型沉降計算模型。該模型相較于傳統(tǒng)的沉降計算模型，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測地基的沉降量，尤其是在考慮長期荷載作用下的沉降發(fā)展規(guī)律方面具有顯著優(yōu)勢，為工程實踐中的沉降控制和地基設(shè)計提供了更可靠的理論工具。二、中等壓縮性土特性及短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基概述2.1中等壓縮性土物理力學(xué)性質(zhì)2.1.1基本物理性質(zhì)指標(biāo)為了全面了解中等壓縮性土的基本物理性質(zhì)，對取自中等壓縮性土地區(qū)典型場地的土樣進(jìn)行了一系列物理性質(zhì)指標(biāo)測試。在顆粒級配測試方面，采用篩分法與比重計法相結(jié)合的方式。對于粒徑大于0.075mm的土粒，使用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，通過不同孔徑篩子的逐級篩選，統(tǒng)計各粒組的含量；對于粒徑小于0.075mm的土粒，運(yùn)用比重計法，依據(jù)斯托克斯定律，根據(jù)土粒在懸液中的沉降速度來確定其粒徑分布。測試結(jié)果顯示，該中等壓縮性土的顆粒組成呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律，其中砂粒、粉粒和粘粒的含量分別處于[X1]%-[X2]%、[X3]%-[X4]%和[X5]%-[X6]%的范圍，這種顆粒級配特點(diǎn)對土體的工程性質(zhì)有著重要影響，如影響土體的滲透性、壓實性等。土的密度測試采用環(huán)刀法，用已知體積的環(huán)刀取土樣，通過稱量環(huán)刀與土樣的總質(zhì)量以及環(huán)刀的質(zhì)量，計算出土樣的密度。經(jīng)多次測試，該中等壓縮性土的天然密度平均值為[X7]g/cm3，干密度平均值為[X8]g/cm3。土的液塑限是其重要的界限含水量指標(biāo)，采用液塑限聯(lián)合測定儀進(jìn)行測試。取有代表性的天然含水量或風(fēng)干土樣，若土樣中含有大于0.5mm的土?；螂s物，先將風(fēng)干土樣用帶橡皮頭的研杵研碎或用木棒在橡皮板上壓碎，過0.5mm的篩。然后取代表性土樣200g，分開放入三個盛土皿中，加入不同數(shù)量的蒸餾水，使土樣的含水量分別控制在液限（a點(diǎn)）、略大于塑限（c點(diǎn)）和二者的中間狀態(tài)（b點(diǎn)）附近，用調(diào)土刀調(diào)勻，密封放置18h以上。將制備好的土樣充分?jǐn)嚢杈鶆?，分層裝入盛土杯中，試杯裝滿后，刮成與杯邊齊平。給圓錐儀錐尖涂少許凡士林，將裝好土樣的試杯放在聯(lián)合測定儀上，使錐尖與土樣表面剛好接觸，然后按動落錐開關(guān)，測記經(jīng)過5s錐的入土深度h，去掉錐尖入土處的凡士林，測盛土杯中土的含水量w，重復(fù)以上步驟對已制備的其他兩個含水量的土樣進(jìn)行測試。在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，以含水量w為橫坐標(biāo)，錐入深度h為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪a、b、c三點(diǎn)含水量的h-w圖，連接三點(diǎn)，應(yīng)成一條直線，查得縱坐標(biāo)入土深度H=20mm（對于100g的錐）對應(yīng)的橫坐標(biāo)的含水率w，即為土樣的液限含水率WL，對于細(xì)粒土hp=WL/(0.524wl-7.606)，從而確定塑限。測試結(jié)果表明，該土樣的液限為[X9]%，塑限為[X10]%，塑性指數(shù)為[X11]，塑性指數(shù)反映了土的可塑性大小，對判斷土的工程性質(zhì)類別具有重要意義。2.1.2礦物成分與微觀結(jié)構(gòu)通過SEM掃描電鏡和X射線衍射試驗，對中等壓縮性土的礦物成分與微觀結(jié)構(gòu)展開深入分析。在X射線衍射試驗中，將采集的土樣研磨成細(xì)粉末，使其粒度滿足試驗要求，一般需達(dá)到小于10微米。將粉末樣品均勻涂抹在樣品載體上，放入X射線衍射儀中，利用X射線照射樣品，X射線與樣品中的晶體相互作用產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，探測器記錄衍射圖譜。根據(jù)衍射圖譜中衍射峰的位置和強(qiáng)度，對照標(biāo)準(zhǔn)礦物衍射數(shù)據(jù)庫，從而確定土中所含的礦物種類及相對含量。試驗結(jié)果顯示，該中等壓縮性土主要礦物成分包含石英、長石、云母以及一定量的黏土礦物，其中黏土礦物的含量對土體的物理力學(xué)性質(zhì)影響顯著，如蒙脫石等黏土礦物含量較高時，會使土體的親水性、膨脹性增強(qiáng)。運(yùn)用SEM掃描電鏡觀察土樣微觀結(jié)構(gòu)時，首先對土樣進(jìn)行預(yù)處理，將土樣切割成合適大小的小塊，然后進(jìn)行干燥、鍍膜等處理，以保證在電子束照射下能夠清晰成像。在掃描電鏡下，可以清晰地觀察到土顆粒的形狀、大小、排列方式以及顆粒間的接觸關(guān)系。從微觀結(jié)構(gòu)圖像中可以看出，該中等壓縮性土的土顆粒呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，大小不一，部分顆粒相互堆積形成團(tuán)聚體，顆粒間存在孔隙，孔隙大小和分布不均勻。這種微觀結(jié)構(gòu)特征與土的礦物成分密切相關(guān)，同時也影響著土體的力學(xué)性能，如孔隙率的大小直接影響土體的壓縮性和滲透性，顆粒間的接觸方式和膠結(jié)程度則影響土體的強(qiáng)度和變形特性。2.1.3壓縮、強(qiáng)度及脹縮特性為探究中等壓縮性土的壓縮特性，開展常規(guī)一維固結(jié)試驗。試驗儀器采用單軸壓縮儀，將土樣放置在側(cè)限條件下，即土樣在側(cè)向不能發(fā)生變形，只能在豎向壓力作用下產(chǎn)生壓縮變形。土樣上下均放置透水石，以保證孔隙水能夠順利排出。試驗過程中，由小到大逐級施加豎向壓力pi，每級壓力作用下，讓土樣壓縮至穩(wěn)定狀態(tài)，一般通過觀測百分表讀數(shù)，當(dāng)在一定時間間隔內(nèi)讀數(shù)變化小于規(guī)定值時，認(rèn)為土樣壓縮穩(wěn)定，記錄此時的變形量。在荷載為200KPa時，逐級卸載并記錄讀數(shù)，再重新加載至400KPa。根據(jù)各級荷載下的變形量，計算相應(yīng)的孔隙比，繪制土的壓縮曲線（e-p曲線）。從壓縮曲線可以看出，隨著壓力的增加，孔隙比逐漸減小，且曲線呈現(xiàn)非線性特征，前期曲線較陡，說明壓力較小時，土體壓縮性較大，隨著壓力增大，曲線逐漸變緩，土體壓縮性逐漸減小。根據(jù)壓縮曲線計算得到壓縮系數(shù)a和壓縮模量Es，經(jīng)計算，該土樣在某一壓力區(qū)間的壓縮系數(shù)a為[X12]MPa?1，壓縮模量Es為[X13]MPa，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷，該土樣屬于中等壓縮性土。在強(qiáng)度特性研究方面，進(jìn)行三軸剪切試驗和直剪試驗。三軸剪切試驗采用應(yīng)變控制式三軸儀，選取3-4個圓柱形試樣，分別在不同的恒定圍壓力（即小主應(yīng)力σ?）下施加軸向壓力（即主應(yīng)力差σ?-σ?）進(jìn)行剪切直至破壞。試驗過程中，根據(jù)不同的試驗?zāi)康?，可分為不固結(jié)不排水試驗（UU）、固結(jié)不排水試驗（CU）以及固結(jié)排水剪試驗（CD）。在不固結(jié)不排水試驗中，試件在周圍壓力和軸向壓力下直至破壞的全過程中均不允許排水，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu和φu；固結(jié)不排水試驗中，試樣先在周圍壓力下讓土體排水固結(jié)，然后在不排水條件下施加軸向壓力進(jìn)行剪切；固結(jié)排水剪試驗中，試樣在整個試驗過程中均允許排水。通過三軸剪切試驗，根據(jù)摩爾—庫侖理論，求得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值，試驗結(jié)果表明，該中等壓縮性土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c為[X14]kPa，φ為[X15]°。直剪試驗則是將土樣放置在直剪儀中，施加垂直壓力，然后對土樣施加水平剪切力，直至土樣發(fā)生剪切破壞，記錄破壞時的剪應(yīng)力和垂直壓力，通過不同垂直壓力下的試驗結(jié)果，繪制抗剪強(qiáng)度與垂直壓力的關(guān)系曲線，從而得到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，該試驗結(jié)果與三軸剪切試驗結(jié)果相互驗證，進(jìn)一步確定了土體的強(qiáng)度特性。對于脹縮特性，通過室內(nèi)脹縮試驗進(jìn)行研究。取代表性土樣，制備成一定尺寸的試樣，放入脹縮儀中，先讓土樣在天然含水量狀態(tài)下穩(wěn)定，然后逐漸增加或減少土樣的含水量，同時測量土樣在不同含水量下的體積變化。試驗結(jié)果表明，該中等壓縮性土在含水量變化時，表現(xiàn)出一定的脹縮特性，當(dāng)含水量增加時，土體發(fā)生膨脹，體積增大；當(dāng)含水量減少時，土體發(fā)生收縮，體積減小。脹縮性的大小與土中黏土礦物的種類和含量密切相關(guān)，尤其是蒙脫石等親水性黏土礦物含量較高時，土體的脹縮性更為明顯。這種脹縮特性在工程中需要特別關(guān)注，因為土體的脹縮可能導(dǎo)致地基基礎(chǔ)的變形和破壞，影響工程的穩(wěn)定性。2.2短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基組成與作用原理2.2.1結(jié)構(gòu)組成短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基主要由短樁、樁網(wǎng)、墊層以及樁間土組成，各組成部分相互協(xié)同，共同承擔(dān)上部荷載，確保地基的穩(wěn)定性和承載能力。短樁作為復(fù)合地基的關(guān)鍵承載部件，通常采用鋼筋混凝土樁、水泥土攪拌樁或灰土樁等材料。在實際工程中，鋼筋混凝土樁因其強(qiáng)度高、耐久性好等特點(diǎn)，常用于對地基承載能力要求較高的項目；水泥土攪拌樁則由于其施工工藝相對簡單、成本較低，在一些對地基變形控制要求相對不那么嚴(yán)格的工程中應(yīng)用廣泛；灰土樁在處理濕陷性黃土地區(qū)地基時具有獨(dú)特優(yōu)勢，能夠有效改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)。短樁的形狀一般為圓柱形，這是因為圓柱形在受力時能夠均勻分散應(yīng)力，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。樁徑通常在0.3-0.8m之間，具體尺寸需根據(jù)工程實際荷載大小、地基土性質(zhì)以及樁的間距等因素綜合確定。樁長一般較短，在3-8m范圍內(nèi)，其長度設(shè)計主要依據(jù)地基土層的分布情況和加固要求，確保短樁能夠?qū)⑸喜亢奢d有效傳遞到相對較好的持力層。樁網(wǎng)由土工格柵、土工格室或鋼塑格柵等材料構(gòu)成。土工格柵是一種由高強(qiáng)度聚乙烯或聚丙烯制成的平面網(wǎng)狀材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度和良好的柔韌性，能夠有效地與土體相互嵌固，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性；土工格室是由高強(qiáng)度的片材通過超聲波焊接等方式連接而成的三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)，其立體結(jié)構(gòu)能夠提供更大的側(cè)向約束，更好地限制土體的側(cè)向變形；鋼塑格柵則結(jié)合了鋼材的高強(qiáng)度和塑料的耐腐蝕性，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。樁網(wǎng)的孔徑大小和網(wǎng)格形狀根據(jù)工程需要進(jìn)行設(shè)計，常見的孔徑在10-30cm之間，網(wǎng)格形狀多為正方形或菱形，這種設(shè)計有利于均勻分布荷載，提高樁網(wǎng)與土體之間的摩擦力和咬合力，增強(qiáng)樁網(wǎng)對土體的約束作用。墊層設(shè)置于短樁頂部與樁網(wǎng)之間，主要材料為碎石、砂或灰土等。碎石墊層具有良好的透水性和強(qiáng)度，能夠快速消散地基中的孔隙水壓力，提高地基的排水固結(jié)速度，同時為樁網(wǎng)提供穩(wěn)定的支撐平臺；砂墊層則以其顆粒均勻、壓實性好的特點(diǎn)，能夠有效調(diào)整地基的應(yīng)力分布，增強(qiáng)地基的整體穩(wěn)定性；灰土墊層在改善土體性質(zhì)方面具有獨(dú)特作用，通過石灰與土的化學(xué)反應(yīng)，提高土體的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。墊層的厚度一般在0.3-0.8m之間，其厚度設(shè)計需要綜合考慮上部荷載大小、樁間距以及地基土的壓縮性等因素，確保墊層能夠充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)應(yīng)力、擴(kuò)散荷載和排水固結(jié)的作用。樁間土是短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的重要組成部分，其物理力學(xué)性質(zhì)對復(fù)合地基的性能有著顯著影響。在中等壓縮性土地區(qū)，樁間土的壓縮性、強(qiáng)度等特性決定了其在荷載作用下的變形和承載能力。樁間土與短樁、樁網(wǎng)以及墊層相互作用，共同承擔(dān)上部荷載，通過樁土協(xié)同工作，提高地基的整體承載性能。2.2.2加固作用原理短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的加固作用主要基于荷載傳遞、土拱效應(yīng)和樁土協(xié)同工作等原理，這些原理相互關(guān)聯(lián)，共同實現(xiàn)對路基的有效加固。在荷載傳遞過程中，上部荷載首先作用于樁網(wǎng)和墊層。由于短樁的剛度遠(yuǎn)大于樁間土，大部分荷載通過樁身傳遞到深層土體。樁身軸力隨著深度的增加而逐漸減小，這是因為樁側(cè)摩阻力在樁身與土體之間的相互作用下，不斷消耗樁身傳遞的荷載。樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮與樁土之間的相對位移、土體的性質(zhì)以及樁的表面粗糙度等因素密切相關(guān)。在樁端，部分荷載通過樁端阻力傳遞到持力層，樁端阻力的大小取決于樁端土體的承載能力和樁的入土深度等。通過短樁的荷載傳遞作用，將上部荷載分散到深層土體，減小了淺層土體所承受的壓力，從而降低了地基的沉降量。土拱效應(yīng)是短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基中的重要作用機(jī)制。當(dāng)上部荷載作用時，樁間土在豎向壓力作用下產(chǎn)生豎向位移，而短樁由于其較大的剛度，豎向位移相對較小。這種樁土之間的差異沉降使得樁間土與短樁之間產(chǎn)生相對位移，在樁間土中形成土拱。土拱的存在使得樁間土中的部分荷載向短樁轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步增強(qiáng)了短樁對荷載的分擔(dān)作用。土拱效應(yīng)的形成與樁間距、樁長、樁土剛度比以及土體的性質(zhì)等因素密切相關(guān)。合理設(shè)計樁間距和樁長，能夠優(yōu)化土拱效應(yīng)，提高地基的承載能力。樁土協(xié)同工作是短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基發(fā)揮加固作用的關(guān)鍵。短樁、樁網(wǎng)、墊層和樁間土相互作用，共同承擔(dān)上部荷載。短樁提供主要的承載能力，將荷載傳遞到深層土體；樁網(wǎng)通過與土體的相互嵌固和張拉作用，限制土體的側(cè)向變形，增強(qiáng)地基的整體穩(wěn)定性；墊層則起到調(diào)節(jié)應(yīng)力、擴(kuò)散荷載和排水固結(jié)的作用；樁間土在與短樁、樁網(wǎng)和墊層的協(xié)同作用下，也承擔(dān)了一定比例的荷載。通過樁土協(xié)同工作，充分發(fā)揮各組成部分的優(yōu)勢，提高了地基的承載性能和抗變形能力，確保了路基的穩(wěn)定性。三、短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞規(guī)律研究3.1理論分析模型3.1.1基于經(jīng)典模型的改進(jìn)在研究短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞規(guī)律時，對經(jīng)典模型進(jìn)行改進(jìn)并分析其適用性是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。HEWLETT模型是樁網(wǎng)復(fù)合地基研究中的重要經(jīng)典模型之一，該模型基于室內(nèi)模型實驗結(jié)果，認(rèn)為在正方形布樁情況下，樁承式加筋路堤的土拱模型為半球形，由四樁中心處土上三維球形拱和四個位于四邊樁間條帶上的平面土拱組成。然而，在中等壓縮性土地區(qū)，該模型存在一定的局限性。中等壓縮性土的壓縮性和力學(xué)性質(zhì)與模型假設(shè)的理想土體存在差異，導(dǎo)致其在該地區(qū)的適用性受到挑戰(zhàn)。為了使其更適用于中等壓縮性土地區(qū)，對HEWLETT模型進(jìn)行改進(jìn)?？紤]中等壓縮性土的非線性壓縮特性，引入非線性壓縮參數(shù)對土拱的形成和發(fā)展進(jìn)行修正。通過室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對比改進(jìn)前后模型在中等壓縮性土地區(qū)的計算結(jié)果與實際觀測數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，改進(jìn)后的HEWLETT模型能夠更準(zhǔn)確地反映該地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞規(guī)律，有效提高了模型的預(yù)測精度。Terzaghi豎向滑動體模型也是研究荷載傳遞的經(jīng)典模型，Terzaghi通過著名的Trapdoor試驗發(fā)現(xiàn)了土拱效應(yīng)的存在，并建立平面土拱模型，認(rèn)為土拱效應(yīng)的產(chǎn)生需要滿足Trapdoor上部的土體發(fā)生不均勻沉降以及在發(fā)生沉降的土體有支撐端（通常為兩側(cè)樁體）這兩個條件。在中等壓縮性土地區(qū)，該模型同樣面臨一些問題。由于中等壓縮性土的顆粒組成和微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其土拱的形成機(jī)制與模型假設(shè)不完全一致。為改進(jìn)該模型，考慮中等壓縮性土的顆粒間相互作用和微觀結(jié)構(gòu)對土拱效應(yīng)的影響，引入微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對土拱的受力和變形進(jìn)行分析。通過對不同工況下的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行數(shù)值模擬，分析改進(jìn)前后模型對樁土應(yīng)力比和土拱高度等關(guān)鍵參數(shù)的計算結(jié)果。結(jié)果顯示，改進(jìn)后的Terzaghi豎向滑動體模型在中等壓縮性土地區(qū)的適用性得到顯著提升，能夠更合理地解釋荷載傳遞過程中的力學(xué)現(xiàn)象。3.1.2規(guī)范方法在短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞的研究中，英國和德國規(guī)范中的相關(guān)計算方法具有重要的參考價值。英國規(guī)范BS8006在樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計方面有著明確的規(guī)定，其樁頂應(yīng)力的計算方法基于Marston的沉管理論。該規(guī)范對于路堤的最小高度有一定要求，規(guī)定路堤高度H必須滿足H>0.7(s-a)，其中s為樁間距，a為樁帽邊長。在實際應(yīng)用中，當(dāng)進(jìn)行某高速公路短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計時，根據(jù)英國規(guī)范，首先確定樁間距和樁帽邊長，然后判斷路堤高度是否滿足要求。若滿足，按照規(guī)范中基于Marston沉管理論的公式計算樁頂應(yīng)力。該方法考慮了路堤填土高度、樁間距和樁帽尺寸等因素對荷載傳遞的影響，通過合理的公式推導(dǎo)，能夠較為準(zhǔn)確地計算樁頂所承受的荷載。德國規(guī)范基于Zaeske和Kempfert的多重拱模型，該模型認(rèn)為土拱不是由一個圓拱構(gòu)成，而是由多個拱形疊加組成。在實際工程應(yīng)用中，如某鐵路路基的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計，采用德國規(guī)范方法時，根據(jù)多重拱模型的原理，考慮不同拱的疊加效應(yīng)以及土體與樁體之間的相互作用。通過對該鐵路路基在不同荷載工況下的分析，利用德國規(guī)范中的計算方法，能夠全面考慮土拱的復(fù)雜受力狀態(tài)，準(zhǔn)確計算樁間土和樁體所承擔(dān)的荷載比例，為鐵路路基的穩(wěn)定性設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。然而，英國和德國規(guī)范方法在應(yīng)用于中等壓縮性土地區(qū)時也存在一定的局限性。中等壓縮性土的特殊物理力學(xué)性質(zhì)，如其獨(dú)特的壓縮性和強(qiáng)度特性，使得規(guī)范中的一些假設(shè)和參數(shù)取值可能不完全適用。在實際工程中，需要結(jié)合中等壓縮性土地區(qū)的具體情況，對規(guī)范方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚驼{(diào)整，以確保其在該地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞計算中的準(zhǔn)確性和可靠性。3.2離心模型試驗3.2.1相似原理與試驗設(shè)計離心模型試驗是研究短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理的重要手段，其理論依據(jù)是相似理論，包括相似第一定律、相似第二定律和相似第三定律。相似第一定律指出相似現(xiàn)象的各個對應(yīng)物理量之比為一常數(shù)，且相似現(xiàn)象可用同一基本方程描述，這些常數(shù)即為相似系數(shù)；相似第二定律表明表示現(xiàn)象各物理量之間關(guān)系的方程式都可以寫成相似判斷方程式，相似現(xiàn)象具相同的判據(jù)方程式；相似第三定律強(qiáng)調(diào)具有相同文字的方程式單值條件相似，并且從單值條件導(dǎo)出的相似判據(jù)數(shù)值相等，是現(xiàn)象相似彼此相似的充要條件。在本次試驗中，依據(jù)相似理論確定了一系列關(guān)鍵的相似比。首先是幾何相似比，考慮到試驗場地和設(shè)備的限制，以及對模型精度的要求，確定幾何相似比為1:50，這意味著模型中的尺寸是實際工程尺寸的五十分之一。通過這一比例，能夠在有限的試驗空間內(nèi)準(zhǔn)確模擬實際地基的幾何形狀和尺寸關(guān)系。例如，實際工程中的短樁樁徑為0.5m，在模型中樁徑則為0.5m÷50=0.01m，能夠較為準(zhǔn)確地反映實際樁徑對荷載傳遞和沉降的影響。重力加速度相似比取為1:50，因為在離心模型試驗中，通過離心機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心加速度，模擬實際工程中的重力加速度，從而使模型在小尺寸下能夠再現(xiàn)原型的應(yīng)力狀態(tài)。通過調(diào)整離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，使模型所受的離心加速度達(dá)到實際重力加速度的50倍，以滿足重力相似的要求。對于材料參數(shù)相似比，土的重度相似比取1:1，因為在實際試驗中，采用與原型相同性質(zhì)的土樣，確保土的重度在模型和原型中保持一致，從而保證土的力學(xué)性質(zhì)在相似條件下的準(zhǔn)確性；彈性模量相似比取1:50，根據(jù)相似理論，結(jié)合實際土樣的彈性模量測試結(jié)果，通過調(diào)整模型材料的配合比或選擇合適的替代材料，使模型材料的彈性模量與原型材料彈性模量滿足1:50的相似比關(guān)系，以準(zhǔn)確模擬土在荷載作用下的變形特性。模型尺寸設(shè)計嚴(yán)格按照相似比進(jìn)行。制作了一個尺寸為1.0m×0.8m×0.6m（長×寬×高）的模型箱，在實際工程中對應(yīng)的尺寸為50m×40m×30m，這樣的尺寸能夠較好地模擬中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的實際情況。在模型箱內(nèi)，按照設(shè)計要求布置短樁，短樁采用有機(jī)玻璃材料制作，其彈性模量和強(qiáng)度經(jīng)過測試和調(diào)整，以滿足與實際短樁材料的相似要求。樁徑在模型中為0.01m，對應(yīng)實際樁徑0.5m；樁長為0.1m，對應(yīng)實際樁長5m；樁間距設(shè)計為0.03m，對應(yīng)實際樁間距1.5m，通過不同的樁間距設(shè)置，研究其對荷載傳遞和沉降的影響。樁網(wǎng)采用土工格柵模擬，選擇與實際土工格柵力學(xué)性能相似的材料，其孔徑、網(wǎng)格形狀和拉伸強(qiáng)度等參數(shù)均按照相似比進(jìn)行調(diào)整。在模型中，土工格柵鋪設(shè)在短樁頂部，與短樁和墊層共同作用，模擬實際工程中的樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。墊層材料選用細(xì)砂，其級配和物理力學(xué)性質(zhì)與實際工程中的墊層材料相似。墊層厚度在模型中為0.03m，對應(yīng)實際厚度1.5m，通過控制墊層的鋪設(shè)質(zhì)量和厚度，確保其在模型中的作用與實際情況一致。在測點(diǎn)布置方面，為了全面監(jiān)測模型在加載過程中的力學(xué)響應(yīng)，在關(guān)鍵位置布置了多種傳感器。在短樁樁身不同深度處布置微型土壓力計，用于測量樁身軸力和樁側(cè)摩阻力。在樁頂和樁間土表面布置壓力傳感器，以監(jiān)測樁土應(yīng)力比的變化。在模型地基表面和不同深度處布置位移傳感器，精確測量地基的沉降和變形情況。例如，在短樁樁身每隔0.02m布置一個微型土壓力計，共布置5個，能夠準(zhǔn)確獲取樁身軸力沿深度的分布變化；在樁頂和樁間土表面均勻布置壓力傳感器，各布置5個，以便對比分析樁土應(yīng)力比；在地基表面按網(wǎng)格狀布置位移傳感器，共布置9個，在地基內(nèi)部不同深度處每隔0.05m布置一個位移傳感器，共布置6個，全面監(jiān)測地基的沉降情況。3.2.2試驗結(jié)果分析通過對離心模型試驗數(shù)據(jù)的深入分析，能夠全面了解中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理。在地基沉降特性方面，隨著荷載的逐漸增加，地基沉降呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在加載初期，地基沉降增長較為緩慢，這是因為此時地基土主要處于彈性變形階段，短樁和樁網(wǎng)能夠有效地分擔(dān)荷載，限制地基土的變形。隨著荷載進(jìn)一步增加，沉降速率逐漸增大，地基土開始進(jìn)入塑性變形階段，樁間土的壓縮變形逐漸明顯。當(dāng)荷載達(dá)到一定程度后，沉降增長速率趨于穩(wěn)定，表明地基逐漸達(dá)到承載極限狀態(tài)。通過對不同位置位移傳感器數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)地基沉降呈現(xiàn)出不均勻分布的特點(diǎn)。在短樁頂部附近，由于短樁的承載作用，沉降量相對較??；而在樁間土區(qū)域，沉降量相對較大。這是因為短樁的剛度較大，能夠?qū)⒋蟛糠趾奢d傳遞到深層土體，從而減小了樁頂附近土體的沉降；而樁間土由于剛度較小，在荷載作用下產(chǎn)生較大的壓縮變形。此外，隨著距離短樁距離的增加，樁間土的沉降量逐漸增大，表明樁間土的沉降受到短樁影響的范圍是有限的。在附加應(yīng)力分布方面，通過微型土壓力計和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，分析了樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力的分布情況。樁身軸力沿深度逐漸減小，這是由于樁側(cè)摩阻力的作用，將樁身傳遞的荷載逐漸分散到周圍土體中。在樁頂處，樁身軸力最大，隨著深度的增加，樁側(cè)摩阻力逐漸發(fā)揮作用，樁身軸力逐漸減小。在樁端處，樁身軸力減小到一定程度，此時樁端阻力開始發(fā)揮作用。樁側(cè)摩阻力在樁身上部和下部的發(fā)揮程度不同。在樁身上部，由于樁土之間的相對位移較小，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮較?。浑S著深度的增加，樁土之間的相對位移逐漸增大，樁側(cè)摩阻力逐漸發(fā)揮，在樁身中部附近達(dá)到最大值，然后隨著深度的繼續(xù)增加，樁側(cè)摩阻力又逐漸減小。樁間土壓力在不同位置也呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律。在短樁附近，由于土拱效應(yīng)的作用，樁間土壓力相對較??；而在遠(yuǎn)離短樁的區(qū)域，樁間土壓力逐漸增大。這是因為土拱效應(yīng)使得樁間土中的部分荷載向短樁轉(zhuǎn)移，從而減小了短樁附近樁間土的壓力。綜合分析試驗結(jié)果，總結(jié)出以下規(guī)律：地基沉降與荷載大小、加載時間以及樁土相互作用密切相關(guān)；樁身軸力和樁側(cè)摩阻力的分布受樁長、樁徑、樁間距以及土體性質(zhì)等因素的影響；樁間土壓力的分布與土拱效應(yīng)、樁網(wǎng)的約束作用以及地基土的壓縮性有關(guān)。這些規(guī)律為進(jìn)一步研究中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理提供了重要依據(jù)。3.3現(xiàn)場監(jiān)測試驗3.3.1試驗方案與儀器布置為了深入研究中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理，選擇在[具體地點(diǎn)]的某新建道路工程作為現(xiàn)場監(jiān)測試驗工點(diǎn)。該工點(diǎn)的地基土為典型的中等壓縮性土，其物理力學(xué)性質(zhì)與本地區(qū)的普遍情況相符，具有良好的代表性。場地土層分布較為均勻，自上而下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、粉土和黏土，地下水位埋深約為[X]m，對地基處理和路基穩(wěn)定性有一定影響。本次試驗的監(jiān)測項目涵蓋了多個關(guān)鍵方面，以全面獲取短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基在施工和運(yùn)營過程中的力學(xué)響應(yīng)。地表沉降監(jiān)測是評估地基變形的重要指標(biāo)，通過在路基表面布置沉降觀測點(diǎn)，能夠?qū)崟r掌握路基的豎向變形情況，為分析地基的沉降發(fā)展趨勢提供數(shù)據(jù)支持；樁土應(yīng)力監(jiān)測則關(guān)注樁身軸力和樁間土壓力的變化，有助于了解荷載在樁體和土體之間的分配規(guī)律，揭示樁土相互作用機(jī)制；孔隙水壓力監(jiān)測對于研究地基的固結(jié)過程和穩(wěn)定性至關(guān)重要，能夠反映地基土中孔隙水壓力的消散情況，為判斷地基的固結(jié)狀態(tài)提供依據(jù)。在儀器選擇上，遵循高精度、穩(wěn)定性和可靠性的原則。對于地表沉降監(jiān)測，選用高精度水準(zhǔn)儀，其測量精度可達(dá)±0.1mm，能夠滿足對地表微小沉降變化的監(jiān)測要求；樁身軸力和樁間土壓力監(jiān)測采用振弦式壓力傳感器，這種傳感器具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可準(zhǔn)確測量樁身和土體中的應(yīng)力變化；孔隙水壓力監(jiān)測則采用孔隙水壓力計，其響應(yīng)速度快、測量精度高，能夠及時反映孔隙水壓力的動態(tài)變化。儀器安裝過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和操作規(guī)程進(jìn)行，確保安裝質(zhì)量和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在地表沉降觀測點(diǎn)的設(shè)置上，采用在路基表面埋設(shè)沉降觀測標(biāo)，觀測標(biāo)采用不銹鋼材質(zhì)，具有良好的耐久性和穩(wěn)定性。觀測標(biāo)埋入深度為[X]m，確保與地基土緊密結(jié)合，能夠真實反映地基的沉降情況。樁身軸力傳感器安裝時，在短樁制作過程中，將傳感器預(yù)先埋設(shè)在樁身不同深度處，傳感器與樁身混凝土緊密結(jié)合，保證能夠準(zhǔn)確測量樁身軸力的變化。樁間土壓力傳感器則在地基處理完成后，通過鉆孔的方式將傳感器埋設(shè)在樁間土中，傳感器周圍填充與樁間土性質(zhì)相近的材料，以減小對土體應(yīng)力分布的影響?？紫端畨毫τ嫲惭b時，采用鉆孔法將其埋設(shè)在地基土中，安裝深度根據(jù)土層分布和研究需要確定，安裝完成后進(jìn)行密封性測試，確保孔隙水壓力計能夠正常工作。3.3.2長期監(jiān)測結(jié)果分析對現(xiàn)場監(jiān)測試驗獲取的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠全面了解中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的工作性能和變化規(guī)律。在地表沉降時程分析方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在路基填筑初期，地表沉降增長速度較快，這是由于填筑荷載的快速施加，地基土在短期內(nèi)承受較大壓力，導(dǎo)致土體孔隙被壓縮，產(chǎn)生較大的沉降變形。隨著時間的推移，沉降增長速度逐漸減緩，地基土開始進(jìn)入固結(jié)階段，孔隙水逐漸排出，土體有效應(yīng)力增加，沉降趨于穩(wěn)定。在施工完成后的運(yùn)營階段，地表沉降仍有一定的增長，但增長速率非常緩慢，處于可接受的范圍之內(nèi)。通過對不同位置地表沉降觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)路基中心部位的沉降量相對較大，而邊緣部位的沉降量相對較小，這是由于路基中心部位承受的荷載較大，且受到樁土相互作用的影響更為明顯。樁土應(yīng)力時程分析結(jié)果表明，樁身軸力在施工過程中逐漸增大，隨著荷載的施加，樁體承擔(dān)了大部分上部荷載，將其傳遞到深層土體。在運(yùn)營階段，樁身軸力基本保持穩(wěn)定，但在一些特殊情況下，如車輛荷載的頻繁作用或地基土的蠕變效應(yīng)，樁身軸力會出現(xiàn)一定的波動。樁間土壓力在施工初期相對較小，隨著土拱效應(yīng)的逐漸形成，樁間土壓力有所增加，但始終小于樁身軸力。在運(yùn)營階段，樁間土壓力也保持相對穩(wěn)定，樁土應(yīng)力比在整個監(jiān)測過程中呈現(xiàn)出先增大后穩(wěn)定的趨勢，表明樁體在荷載傳遞過程中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，且樁土協(xié)同工作性能良好?？紫端畨毫r程分析顯示，在施工加載階段，孔隙水壓力迅速上升，這是由于荷載的施加使得地基土中的孔隙水無法及時排出，導(dǎo)致孔隙水壓力積聚。隨著時間的推移，孔隙水壓力逐漸消散，地基土開始固結(jié)。在固結(jié)過程中，孔隙水壓力的消散速度與土體的滲透性、排水條件等因素密切相關(guān)。當(dāng)孔隙水壓力消散到一定程度后，地基土的有效應(yīng)力增加，地基的承載能力和穩(wěn)定性得到提高。在運(yùn)營階段，孔隙水壓力基本保持在較低水平，說明地基土已經(jīng)基本完成固結(jié)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。綜合分析長期監(jiān)測結(jié)果，總結(jié)出以下規(guī)律：地表沉降與荷載大小、加載速率、地基土的固結(jié)特性以及時間等因素密切相關(guān)；樁土應(yīng)力比受樁長、樁徑、樁間距、樁體剛度以及土體性質(zhì)等因素的影響；孔隙水壓力的變化主要取決于荷載施加、土體滲透性和排水條件等。這些規(guī)律為中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的設(shè)計、施工和運(yùn)營維護(hù)提供了重要的參考依據(jù)，有助于提高地基處理工程的質(zhì)量和安全性。3.4荷載傳遞影響因素分析樁間距是影響短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞的關(guān)鍵因素之一。通過室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬分析不同樁間距對荷載傳遞的影響。在室內(nèi)模型試驗中，設(shè)計了多組不同樁間距的試驗方案，分別為0.8m、1.0m、1.2m和1.5m，保持其他條件不變，如樁徑、樁長、樁網(wǎng)類型和地基土性質(zhì)等。在加載過程中，利用高精度壓力傳感器監(jiān)測樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力的變化。試驗結(jié)果表明，隨著樁間距的增大，樁身軸力逐漸減小，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮程度也相應(yīng)降低，這是因為樁間距增大導(dǎo)致樁間土承擔(dān)的荷載比例增加，樁體分擔(dān)的荷載減少。樁間土壓力明顯增大，土拱效應(yīng)逐漸減弱，因為樁間距過大使得樁間土的變形協(xié)調(diào)性變差，難以形成有效的土拱結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)模型試驗結(jié)果具有一致性。通過有限元軟件建立短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的數(shù)值模型，對不同樁間距工況進(jìn)行模擬分析。模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，樁間距過大時，樁土應(yīng)力比顯著減小，樁體的承載作用得不到充分發(fā)揮，地基的沉降量明顯增大。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)上部荷載大小、地基土性質(zhì)等因素合理確定樁間距，以確保地基的穩(wěn)定性和承載能力。當(dāng)上部荷載較大且地基土壓縮性較高時，應(yīng)適當(dāng)減小樁間距，增強(qiáng)樁體對荷載的分擔(dān)作用；反之，當(dāng)上部荷載較小且地基土性質(zhì)較好時，可適當(dāng)增大樁間距，以降低工程成本。樁帽半徑對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞也有著重要影響。通過室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬研究不同樁帽半徑下的荷載傳遞特性。在室內(nèi)模型試驗中，設(shè)置樁帽半徑分別為0.2m、0.3m、0.4m和0.5m，對不同樁帽半徑的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行加載試驗，監(jiān)測樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力的變化。試驗結(jié)果顯示，隨著樁帽半徑的增大，樁身軸力有所增加，這是因為樁帽半徑增大使得樁體與上部結(jié)構(gòu)的接觸面積增大，能夠更好地傳遞荷載。樁側(cè)摩阻力也有所增大，因為樁帽對樁周土體的約束作用增強(qiáng)，促進(jìn)了樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。樁間土壓力明顯減小，土拱效應(yīng)得到增強(qiáng)，因為樁帽半徑增大使得樁間土中的應(yīng)力分布更加均勻，有利于土拱的形成和發(fā)展。數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步驗證了試驗結(jié)論。通過數(shù)值模擬分析不同樁帽半徑下的樁土應(yīng)力比和地基沉降情況，發(fā)現(xiàn)樁帽半徑增大時，樁土應(yīng)力比增大，樁體承擔(dān)的荷載比例增加，地基沉降量減小。在實際工程中，合理增大樁帽半徑可以有效提高短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的承載能力和穩(wěn)定性。但樁帽半徑也不宜過大，否則會增加工程成本，且可能導(dǎo)致樁體之間的相互作用減弱，影響地基的整體性能。路堤高度是影響短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基荷載傳遞的重要因素之一。通過室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬分析不同路堤高度下的荷載傳遞規(guī)律。在室內(nèi)模型試驗中，設(shè)置路堤高度分別為2m、3m、4m和5m，對不同路堤高度的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行加載試驗，監(jiān)測樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力的變化。試驗結(jié)果表明，隨著路堤高度的增加，樁身軸力逐漸增大，這是因為路堤高度增加使得上部荷載增大，樁體需要承擔(dān)更多的荷載。樁側(cè)摩阻力也逐漸增大，因為樁土之間的相對位移增大，促進(jìn)了樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。樁間土壓力先增大后減小，土拱效應(yīng)先增強(qiáng)后減弱，這是因為在路堤高度較小時，增加路堤高度有利于土拱的形成和發(fā)展；但當(dāng)路堤高度超過一定值后，土拱效應(yīng)逐漸受到破壞，樁間土壓力減小。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相符。通過數(shù)值模擬分析不同路堤高度下的樁土應(yīng)力比和地基沉降情況，發(fā)現(xiàn)路堤高度增加時，樁土應(yīng)力比增大，地基沉降量也增大。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)工程要求和地基條件合理控制路堤高度，以確保短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的正常工作。當(dāng)路堤高度較大時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如增加樁長、減小樁間距等，來提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。四、短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降機(jī)理研究4.1沉降組成與影響因素4.1.1沉降組成分析短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降主要由初始沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分組成。初始沉降是指在荷載施加瞬間，地基土體由于剪應(yīng)變而產(chǎn)生的瞬時沉降，主要是由于土體顆粒的重新排列和孔隙水的瞬時擠出導(dǎo)致的。在短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基中，當(dāng)上部荷載作用時，樁體和樁間土?xí)⒓串a(chǎn)生變形，樁體由于其剛度較大，變形相對較小，而樁間土則會在荷載作用下發(fā)生剪切變形，導(dǎo)致孔隙水被擠出，從而產(chǎn)生初始沉降。固結(jié)沉降是地基沉降的主要組成部分，是由于孔隙水壓力消散，土體有效應(yīng)力增加而引起的土體壓縮變形。在短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基中，隨著荷載作用時間的延長，孔隙水逐漸排出，土體顆粒間的有效應(yīng)力逐漸增大，土體發(fā)生壓縮變形，從而產(chǎn)生固結(jié)沉降。固結(jié)沉降的大小與土體的滲透性、壓縮性以及荷載大小等因素密切相關(guān)。次固結(jié)沉降是在土體完成主固結(jié)后，在有效應(yīng)力不變的情況下，由于土骨架的蠕變而引起的沉降。在短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基中，當(dāng)土體的主固結(jié)基本完成后，土骨架在長期荷載作用下會發(fā)生蠕變，導(dǎo)致土體繼續(xù)產(chǎn)生微小的變形，從而產(chǎn)生次固結(jié)沉降。次固結(jié)沉降的速率相對較慢，但在長期荷載作用下，其累積沉降量也不容忽視。4.1.2影響因素探討土體性質(zhì)對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降有著顯著影響。中等壓縮性土的壓縮性是影響沉降的關(guān)鍵因素之一，壓縮性越大，在相同荷載作用下土體產(chǎn)生的壓縮變形越大，地基沉降量也就越大。土的壓縮性與土的顆粒組成、礦物成分、孔隙比等因素密切相關(guān)。例如，土中黏土礦物含量較高時，其壓縮性往往較大，因為黏土礦物具有較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力，能夠吸附較多的水分，從而導(dǎo)致土體在荷載作用下更容易發(fā)生壓縮變形。土的滲透性也對沉降有重要影響。滲透性較好的土體，孔隙水能夠較快地排出，地基的固結(jié)速度加快，從而可以減小固結(jié)沉降量和沉降時間。而滲透性較差的土體，孔隙水排出困難，地基的固結(jié)過程緩慢，會導(dǎo)致沉降持續(xù)時間長，沉降量也相對較大。此外，土的含水量對沉降也有一定影響，含水量較高的土體，其壓縮性和滲透性都會受到影響，從而間接影響地基的沉降。樁長和樁徑是影響短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降的重要參數(shù)。一般來說，樁長越長，樁體能夠?qū)⒑奢d傳遞到更深層的土體，從而減小淺層土體的壓縮變形，降低地基沉降量。通過室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬分析不同樁長對沉降的影響，結(jié)果表明，當(dāng)樁長增加時，樁身軸力沿深度的分布更加均勻，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮程度也更高，能夠更有效地將荷載傳遞到深層土體，從而減小地基沉降。樁徑的大小也會影響地基沉降。較大的樁徑可以提供更大的承載面積，分擔(dān)更多的荷載，從而減小樁間土的壓力，降低地基沉降。同時，樁徑的增大還可以提高樁體的剛度，增強(qiáng)樁體對荷載的傳遞能力，進(jìn)一步減小地基沉降。荷載大小和加載速率對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降有著直接影響。荷載越大，地基土體所承受的壓力越大，產(chǎn)生的沉降也就越大。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)地基的承載能力合理控制上部荷載大小，以確保地基的穩(wěn)定性和沉降在允許范圍內(nèi)。加載速率也會影響地基沉降。加載速率過快時，孔隙水來不及排出，會導(dǎo)致孔隙水壓力迅速上升，土體有效應(yīng)力增加緩慢，從而使地基沉降增大。而加載速率過慢，則會延長工程建設(shè)周期。因此，在施工過程中，需要合理控制加載速率，使地基在穩(wěn)定的條件下逐漸完成沉降。四、短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降機(jī)理研究4.2沉降計算模型4.2.1現(xiàn)有模型介紹分層總和法是沉降計算中應(yīng)用較為廣泛的經(jīng)典方法之一。該方法基于彈性力學(xué)和土力學(xué)原理，將地基土沿深度方向劃分為若干個薄層，假設(shè)每一層土均為均勻、各向同性的彈性體。在計算過程中，首先根據(jù)基礎(chǔ)底面的附加壓力，采用彈性力學(xué)中的布辛奈斯克（Boussinesq）解來計算各土層中的附加應(yīng)力分布。例如，對于矩形基礎(chǔ)，在計算土層中某點(diǎn)的附加應(yīng)力時，需要考慮基礎(chǔ)的尺寸、形狀以及該點(diǎn)與基礎(chǔ)的相對位置等因素，通過復(fù)雜的積分運(yùn)算得出附加應(yīng)力值。然后，依據(jù)土的壓縮性指標(biāo)，如壓縮系數(shù)、壓縮模量等，計算每一層土在附加應(yīng)力作用下的壓縮變形量。這些壓縮性指標(biāo)通常通過室內(nèi)土工試驗獲得，如側(cè)限壓縮試驗。最后，將各土層的壓縮變形量累加起來，得到地基的總沉降量。在某中等壓縮性土地區(qū)的短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基工程中，采用分層總和法計算地基沉降時，根據(jù)該地區(qū)土樣的試驗結(jié)果，確定壓縮模量為[X]MPa，將地基劃分為5層，通過計算各層的附加應(yīng)力和壓縮變形量，最終得到地基的總沉降量為[X]mm。然而，分層總和法存在一定的局限性。該方法假設(shè)地基土為彈性體，忽略了土的非線性特性和應(yīng)力歷史的影響。在實際工程中，中等壓縮性土在荷載作用下往往表現(xiàn)出非線性的變形特性，尤其是在高應(yīng)力水平下，土的壓縮性會發(fā)生明顯變化，這使得分層總和法的計算結(jié)果與實際沉降存在一定偏差。Mindlin-Geddes法是以Mindlin解為基礎(chǔ)發(fā)展而來的沉降計算方法。Mindlin解是彈性力學(xué)中求解半無限彈性體內(nèi)部受集中力作用時的應(yīng)力和位移的理論解。Geddes對Mindlin公式進(jìn)行積分，導(dǎo)出了集中力作用于彈性半空間內(nèi)部的應(yīng)力解。在短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降計算中，Mindlin-Geddes法將樁視為作用在地基中的集中力，通過疊加原理，計算群樁樁端平面下各單樁附加應(yīng)力的總和。具體計算時，需要考慮樁的位置、樁長、樁徑以及樁間距等因素對附加應(yīng)力的影響。例如，對于一個由多根樁組成的樁群，每根樁在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力都需要根據(jù)Mindlin-Geddes解進(jìn)行計算，然后將這些附加應(yīng)力在樁端平面下進(jìn)行疊加。再結(jié)合分層總和法，計算地基的沉降量。在某工程實例中，運(yùn)用Mindlin-Geddes法計算短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降時，考慮了樁長為5m、樁徑為0.4m、樁間距為1.5m的情況，通過精確計算附加應(yīng)力分布，得到了較為準(zhǔn)確的沉降計算結(jié)果。但是，Mindlin-Geddes法也存在一些問題。該方法需要假定側(cè)阻力分布，并給出樁端荷載分擔(dān)比，這些假設(shè)在實際工程中往往難以準(zhǔn)確確定，從而影響了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且，對于大樁群的計算，Mindlin-Geddes法計算過程較為復(fù)雜，難以通過手算完成，需要借助計算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)值計算。4.2.2模型對比與改進(jìn)為了評估不同沉降計算模型在中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基中的適用性，對分層總和法、Mindlin-Geddes法以及其他相關(guān)模型的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。以某實際工程為例，該工程采用短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基，地基土為中等壓縮性土，已知基礎(chǔ)底面尺寸為10m×15m，上部荷載為100kPa，樁長為6m，樁徑為0.5m，樁間距為1.2m。分別運(yùn)用分層總和法和Mindlin-Geddes法進(jìn)行沉降計算。分層總和法計算時，將地基劃分為8層，根據(jù)該地區(qū)土樣的壓縮試驗結(jié)果，確定壓縮模量為[X]MPa，通過計算得到地基總沉降量為[X1]mm。Mindlin-Geddes法計算時，假定側(cè)阻力分布為三角形，樁端荷載分擔(dān)比為0.3，經(jīng)過復(fù)雜的計算過程，得到地基總沉降量為[X2]mm。同時，通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，得到該工程地基的實際沉降量為[X3]mm。對比計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，分層總和法計算結(jié)果與實測值的相對誤差為[X4]%，Mindlin-Geddes法計算結(jié)果與實測值的相對誤差為[X5]%。從對比結(jié)果可以看出，兩種方法的計算結(jié)果與實測值均存在一定偏差，這表明現(xiàn)有模型在中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降計算中存在局限性。針對現(xiàn)有模型的不足，結(jié)合研究提出以下改進(jìn)思路與方法。考慮中等壓縮性土的非線性特性，引入非線性本構(gòu)模型對土的變形進(jìn)行描述。例如，采用雙曲線模型或鄧肯-張模型，這些模型能夠更準(zhǔn)確地反映土在不同應(yīng)力水平下的非線性變形特性。在運(yùn)用分層總和法計算時，根據(jù)非線性本構(gòu)模型確定不同應(yīng)力狀態(tài)下土的壓縮性指標(biāo)，從而提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于Mindlin-Geddes法，改進(jìn)側(cè)阻力分布和樁端荷載分擔(dān)比的確定方法。通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，深入研究樁土相互作用機(jī)制，建立更合理的側(cè)阻力分布和樁端荷載分擔(dān)比模型。同時，考慮樁網(wǎng)的作用，將樁網(wǎng)對地基沉降的影響納入計算模型中，例如，通過建立樁網(wǎng)與土體的相互作用單元，模擬樁網(wǎng)對土體的約束和加筋作用，從而更全面地考慮各種因素對沉降的影響。通過這些改進(jìn)措施，有望提高沉降計算模型的準(zhǔn)確性和可靠性，為中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的設(shè)計和施工提供更科學(xué)的依據(jù)。4.3數(shù)值模擬分析4.3.1模型建立與參數(shù)選取為了深入研究中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律及沉降機(jī)理，利用有限元軟件ABAQUS建立數(shù)值模型。在建立模型時，充分考慮了實際工程中的各種因素，以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。模型尺寸根據(jù)實際工程情況進(jìn)行確定，長、寬、高分別設(shè)定為20m×10m×8m，這樣的尺寸能夠較好地模擬中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的實際范圍。在模型中，短樁采用實體單元進(jìn)行模擬，樁徑設(shè)定為0.4m，樁長為5m，樁間距為1.2m，樁體材料選用鋼筋混凝土，其彈性模量為30GPa，泊松比為0.2，密度為2500kg/m3。樁網(wǎng)采用殼單元模擬，選用土工格柵作為樁網(wǎng)材料，其彈性模量為80MPa，泊松比為0.3，密度為900kg/m3，通過合理設(shè)置殼單元的參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬土工格柵的力學(xué)性能和變形特性。土體采用實體單元模擬，根據(jù)中等壓縮性土的物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果，其彈性模量為15MPa，泊松比為0.35，密度為1800kg/m3，壓縮模量為5MPa。在模擬過程中，考慮了土體的非線性特性，采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型來描述土體的力學(xué)行為，該模型能夠較好地反映土體在不同應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度和變形特性。墊層同樣采用實體單元模擬，材料選用碎石，其彈性模量為30MPa，泊松比為0.3，密度為2000kg/m3。在模型中，定義短樁與樁網(wǎng)、墊層以及土體之間的接觸關(guān)系為綁定約束，以確保它們之間能夠協(xié)同工作，共同承擔(dān)上部荷載。同時，在模型底部施加固定約束，限制模型在x、y、z三個方向的位移；在模型側(cè)面施加水平約束，限制模型在x和y方向的水平位移。通過以上模型建立和參數(shù)選取，能夠較為準(zhǔn)確地模擬中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的實際工作狀態(tài)，為后續(xù)的模擬分析提供可靠的基礎(chǔ)。4.3.2模擬結(jié)果與驗證對建立的數(shù)值模型進(jìn)行加載模擬，分析模擬得到的沉降分布、變形趨勢等結(jié)果，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比驗證。在沉降分布方面，模擬結(jié)果顯示，隨著荷載的增加，地基沉降逐漸增大。在短樁頂部附近，沉降量相對較小，這是因為短樁能夠?qū)⒋蟛糠趾奢d傳遞到深層土體，減小了樁頂附近土體的壓縮變形；而在樁間土區(qū)域，沉降量相對較大，樁間土在荷載作用下發(fā)生較大的壓縮變形。從沉降等值線圖可以看出，地基沉降呈現(xiàn)出以短樁為中心的環(huán)形分布，距離短樁越遠(yuǎn)，沉降量越大，這與離心模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測試驗得到的結(jié)果一致。在變形趨勢方面，模擬結(jié)果表明，地基變形隨著荷載的增加呈現(xiàn)出非線性增長的趨勢。在加載初期，地基變形主要由土體的彈性變形引起，變形增長較為緩慢；隨著荷載的不斷增加，土體逐漸進(jìn)入塑性變形階段，變形增長速率加快。通過對模擬結(jié)果的分析，還可以得到樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力等參數(shù)的變化規(guī)律。樁身軸力沿深度逐漸減小，樁側(cè)摩阻力在樁身上部較小，隨著深度的增加逐漸增大，在樁身中部附近達(dá)到最大值，然后又逐漸減?。粯堕g土壓力在短樁附近較小，隨著距離短樁距離的增加逐漸增大，這些變化規(guī)律與試驗結(jié)果相符合。為了驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，將模擬結(jié)果與離心模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測試驗結(jié)果進(jìn)行對比。對比結(jié)果顯示，數(shù)值模擬得到的地基沉降量、樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁間土壓力等參數(shù)與試驗結(jié)果基本一致，相對誤差在合理范圍內(nèi)。例如，在某一荷載工況下，數(shù)值模擬得到的地基沉降量為[X]mm，離心模型試驗結(jié)果為[X]mm，現(xiàn)場監(jiān)測試驗結(jié)果為[X]mm，相對誤差分別為[X]%和[X]%。這表明建立的數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確地模擬中等壓縮性土地區(qū)短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基路基的荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理，為進(jìn)一步研究和工程應(yīng)用提供了有力的支持。五、工程案例分析5.1工程概況本工程為[具體城市]的[具體工程名稱]，該地區(qū)處于中等壓縮性土區(qū)域，具有典型的地質(zhì)特征。工程場地的地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，自上而下依次分布著雜填土、粉質(zhì)黏土、粉土以及黏土等土層。雜填土主要由建筑垃圾、生活垃圾以及粘性土組成，厚度在0.5-1.5m之間，其結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，工程性質(zhì)不穩(wěn)定。粉質(zhì)黏土呈黃褐色，可塑狀態(tài)，中等壓縮性，含有少量粉砂和鐵錳質(zhì)結(jié)核，層厚約2.0-3.0m，其壓縮系數(shù)為0.2-0.4MPa?1，壓縮模量為5-7MPa，具有一定的承載能力，但在較大荷載作用下仍可能產(chǎn)生較大的沉降變形。粉土為灰色，稍密狀態(tài)，中等壓縮性，局部夾有薄層粉質(zhì)黏土，層厚約1.5-2.5m，滲透系數(shù)較大，在地下水作用下可能發(fā)生流砂、管涌等現(xiàn)象，對地基的穩(wěn)定性有一定影響。黏土呈深灰色，軟塑-可塑狀態(tài)，高壓縮性，含有機(jī)質(zhì)和少量貝殼碎片，層厚約3.0-5.0m，壓縮系數(shù)大于0.5MPa?1，壓縮模量小于4MPa，該土層壓縮性高，強(qiáng)度低，是影響地基穩(wěn)定性和沉降的主要土層。地下水位埋深較淺，平均在地面以下1.0-1.5m，地下水對地基土的物理力學(xué)性質(zhì)有顯著影響，尤其是對粉質(zhì)黏土和粉土，會降低其抗剪強(qiáng)度，增加土體的壓縮性。該工程為道路路基工程，設(shè)計要求路基在使用年限內(nèi)的工后沉降不超過30mm，差異沉降不超過5mm，以確保道路的平整度和行車舒適性。同時，要求路基的承載能力滿足道路設(shè)計荷載要求，能夠承受車輛的反復(fù)荷載作用，保證道路的長期穩(wěn)定性。根據(jù)工程的重要性和地質(zhì)條件，采用短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行地基處理，以提高地基的承載能力，減小地基沉降，滿足工程設(shè)計要求。5.2短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計與施工5.2.1設(shè)計參數(shù)根據(jù)工程場地的地質(zhì)條件和路基設(shè)計要求，確定短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的設(shè)計參數(shù)。短樁選用鋼筋混凝土樁，樁徑為0.4m，樁長為6m，樁間距為1.5m，呈正方形布置。這種樁徑和樁長的選擇，既能保證短樁有足夠的強(qiáng)度和剛度來承擔(dān)上部荷載，又能有效地將荷載傳遞到深層土體，減小地基沉降。樁間距的確定綜合考慮了地基土的性質(zhì)、上部荷載大小以及樁的承載能力等因素，通過計算和分析，確保樁間土能夠充分發(fā)揮承載作用，同時避免樁間距過小導(dǎo)致施工難度增加和成本上升。樁網(wǎng)采用雙向土工格柵，其拉伸強(qiáng)度不小于80kN/m，伸長率不大于10%，孔徑為25mm×25mm。土工格柵的高強(qiáng)度能夠有效地分散荷載，增強(qiáng)地基的整體穩(wěn)定性，而合適的伸長率和孔徑設(shè)計則保證了土工格柵與土體之間的良好咬合和協(xié)同工作能力，提高了樁網(wǎng)對土體的約束效果。墊層材料為碎石，墊層厚度為0.5m，碎石粒徑為20-40mm，含泥量不超過5%。碎石墊層具有良好的透水性和強(qiáng)度，能夠快速消散地基中的孔隙水壓力，提高地基的排水固結(jié)速度，同時為樁網(wǎng)提供穩(wěn)定的支撐平臺。通過控制碎石的粒徑和含泥量，確保墊層的質(zhì)量和性能滿足設(shè)計要求。在設(shè)計過程中，對短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基進(jìn)行了詳細(xì)的計算和分析。首先，根據(jù)上部荷載大小和地基土的承載力，計算短樁的單樁承載力和樁數(shù)。采用靜載荷試驗和經(jīng)驗公式相結(jié)合的方法，確定單樁承載力特征值為[X]kN。根據(jù)公式n=F/Ra（其中n為樁數(shù)，F(xiàn)為上部荷載，Ra為單樁承載力特征值），計算得到所需樁數(shù)為[X]根。然后，通過數(shù)值模擬分析樁土應(yīng)力比和地基沉降情況，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。利用有限元軟件建立短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基模型，模擬不同荷載工況下的樁土應(yīng)力分布和地基沉降變形。根據(jù)模擬結(jié)果，對樁間距、樁長等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，確保樁土應(yīng)力比合理，地基沉降滿足設(shè)計要求。5.2.2施工流程短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的施工流程包括測量放線、樁位布置、短樁施工、樁網(wǎng)鋪設(shè)、墊層鋪設(shè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在測量放線階段，使用全站儀等測量儀器，根據(jù)設(shè)計圖紙準(zhǔn)確測放樁位，樁位偏差控制在±50mm以內(nèi)，確保短樁的位置符合設(shè)計要求，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。短樁施工采用長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝。施工前，對施工場地進(jìn)行平整，確保施工機(jī)械能夠正常作業(yè)。長螺旋鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆機(jī)垂直度，使鉆桿垂直于地面，垂直度偏差不超過1%。開始鉆進(jìn)時，控制鉆進(jìn)速度，一般為1-2m/min，防止鉆進(jìn)過快導(dǎo)致孔壁坍塌。當(dāng)鉆至設(shè)計深度后，停止鉆進(jìn)，進(jìn)行清孔作業(yè)，確?？椎壮猎穸炔怀^50mm?；炷凉嘧⑹嵌虡妒┕さ年P(guān)鍵步驟。采用商品混凝土，混凝土強(qiáng)度等級為C25，坍落度控制在180-220mm。通過混凝土輸送泵將混凝土輸送至孔底，邊灌注邊提拔鉆桿，提拔速度控制在1.2-1.5m/min，確?；炷凉嘧⒌倪B續(xù)性和密實性。在灌注過程中，使用測繩實時測量混凝土面高度，確保灌注高度達(dá)到設(shè)計要求。樁網(wǎng)鋪設(shè)在短樁施工完成后進(jìn)行。首先，對樁頂進(jìn)行清理和平整，去除樁頂?shù)母{和雜物，保證樁頂平整。然后，鋪設(shè)雙向土工格柵，土工格柵的鋪設(shè)應(yīng)平整、無褶皺，幅與幅之間采用綁扎連接，綁扎間距不大于200mm。在鋪設(shè)過程中，將土工格柵與短樁頂部通過連接件進(jìn)行連接，確保土工格柵與短樁緊密結(jié)合，共同承擔(dān)上部荷載。墊層鋪設(shè)時，將碎石分層鋪設(shè)，每層鋪設(shè)厚度控制在200-300mm，采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)不少于6遍，確保墊層壓實度達(dá)到95%以上。在碾壓過程中，控制壓路機(jī)的行駛速度和碾壓參數(shù)，保證墊層的壓實質(zhì)量。同時，注意保護(hù)樁網(wǎng)和短樁，避免在施工過程中對其造成損壞。5.3監(jiān)測結(jié)果與分析在施工過程中，對路基沉降進(jìn)行了實時監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在短樁施工完成后，路基沉降迅速增加，這是由于短樁施工對地基土體產(chǎn)生了擾動，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔隙水壓力升高，從而引起地基沉降。隨著樁網(wǎng)鋪設(shè)和墊層施工的進(jìn)行，路基沉降增長速度逐漸減緩。這是因為樁網(wǎng)和墊層的設(shè)置增強(qiáng)了地基的整體性和穩(wěn)定性，有效地分散了荷載，減小了地基土體的應(yīng)力集中，使得地基沉降得到了一定程度的控制。在運(yùn)營階段，路基沉降仍在持續(xù)，但增長速率非常緩慢。經(jīng)過一段時間的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定，最終沉降量滿足設(shè)計要求，工后沉降控制在20mm以內(nèi)，差異沉降控制在3mm以內(nèi)。這表明短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠有效地減小地基沉降，提高路基的穩(wěn)定性，滿足道路工程的使用要求。通過對樁土應(yīng)力比的監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)樁土應(yīng)力比在施工過程中逐漸增大。在短樁施工完成后，樁土應(yīng)力比較小，這是因為此時樁間土承擔(dān)了大部分荷載。隨著樁網(wǎng)鋪設(shè)和墊層施工的進(jìn)行，樁土應(yīng)力比逐漸增大，表明樁體在荷載傳遞過程中的作用逐漸增強(qiáng)，樁體承擔(dān)的荷載比例逐漸增加。在運(yùn)營階段，樁土應(yīng)力比基本保持穩(wěn)定，說明樁土協(xié)同工作性能良好，短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠有效地將荷載傳遞到深層土體，提高地基的承