土工格栅在CFG桩复合地基的应用与有限元分析

2012-01-21王建吴连海袁小波周俊

中国港湾建设 2012年5期

王建，吴连海，袁小波，周俊

（1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251；2.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031）

0 引言

CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥加水拌和，是20世纪90年代初出现的一种地基处理新技术。CFG桩适用范围较广，就土性而言，CFG桩可用于处理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。既适用于挤密效果好的土，又适用于挤密效果差的土，具有沉降变形小、沉降稳定快等特点。用CFG桩处理的地基，具有可使地基承载力大幅度提高并具有很大可调性的优点，CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。其中，垫层可采用碎石垫层+土工格栅或钢筋混凝土板+碎石垫层的形式[1]。本文主要通过建立有限元模型与现场实测分析，研究垫层内加铺土工格栅情况下CFG桩、桩间土和土工格栅的受力变形状况，进而分析土工格栅对改善地基沉降、CFG桩和桩间土的受力变形所起的作用。

1 现场试验

1.1 概况

本现场试验段为某铁路正线路基，试验段地形平坦，地势开阔，试验点土层情况见表1。

路堤填高为6.8～7.2 m。地基采用CFG桩加固，桩顶采用桩帽+碎石垫层（垫层内夹铺2层土工格栅）结构，设计参数为：桩长23 m，桩间距1.7 m，桩径0.5 m，桩帽直径1.0 m。其中土工格栅采用高密度聚乙烯（HDPE）单向拉伸土工格栅（EG170），规格：极限抗拉强度170kN/m，极限抗拉强度下的伸长率≤9.5%，2%伸长率时的拉伸力52.5 kN/m，5%伸长率时的拉伸力103.0 kN/m。

表1 主要地层情况表

结合工程结构特点，分别布设了液位沉降计、柔性传感器进行桩顶、桩间土沉降差和土工格栅应力应变监测。元器件布置如图1～图3。

1.2 监测结果分析

液位沉降计监测CFG桩桩顶平面内的桩顶和桩间土的沉降，沉降基本稳定后的桩顶、桩间土沉降结果见表2。

表2 液位沉降计测试结果表 mm

由表2可知，路基中心处的桩顶和桩间土沉降量最大。

柔性传感器测试土工格栅的受力和变形情况。碎石垫层中上层单向受力土工格栅沿线路纵向铺设，下层沿线路横向铺设。上、下层土工格栅应变分别如图4和图5。

根据图4、图5可以看出，柔性传感器位移实测值多为负值，其绝对值均不大。实测最大的拉应变为＜0.1%，换算的土工格栅拉力＜0.057 kN/m。而双向土工格栅，设计抗拉强度大于120 kN/m。表明土工格栅受拉的作用还远远没有充分发挥出来，其原因有：桩土之间沉降差不够大，不足以使土工格栅有足够的拉伸变形而产生拉力；受土工格栅初始安装状态所影响，若初始安装时，土工格栅整体或局部呈上凸状态，当在上部填方荷载作用下沉降不大时，将使土工格栅出现压缩变形[1]。