廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降特性研究：基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與理論分析一、引言1.1研究背景與意義廣州南沙地區(qū)作為粵港澳大灣區(qū)的重要組成部分，近年來(lái)迎來(lái)了大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)。然而，該地區(qū)廣泛分布著深厚的軟土地層，其具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、高靈敏度、擾動(dòng)性大以及透水性差等不良工程特性。在軟土地基上進(jìn)行工程建設(shè)，如道路、橋梁、建筑物等，極易出現(xiàn)地基沉降、不均勻沉降等問(wèn)題，嚴(yán)重影響工程的安全性和正常使用。釘形攪拌樁復(fù)合地基作為一種新型的地基處理技術(shù)，因其獨(dú)特的變截面設(shè)計(jì)和雙向攪拌工藝，在軟土地基處理中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，如提高地基承載力、減小沉降和不均勻沉降等。釘形攪拌樁通過(guò)在樁身不同部位設(shè)置擴(kuò)大頭，增加了樁與土體的接觸面積，從而有效提高了樁體的承載能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，雙向攪拌工藝使水泥漿與土體攪拌更加均勻，進(jìn)一步增強(qiáng)了樁體的強(qiáng)度和整體性。因此，釘形攪拌樁復(fù)合地基在廣州南沙地區(qū)的工程建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。沉降特性是評(píng)價(jià)釘形攪拌樁復(fù)合地基處理效果的關(guān)鍵指標(biāo)之一。準(zhǔn)確掌握釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性，對(duì)于合理設(shè)計(jì)地基處理方案、確保工程質(zhì)量和安全具有重要意義。然而，目前對(duì)于釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降特性的研究還存在一定的局限性，理論研究相對(duì)滯后，難以完全滿足工程實(shí)際的需求。一方面，現(xiàn)有的沉降計(jì)算理論大多基于傳統(tǒng)的攪拌樁復(fù)合地基，對(duì)于釘形攪拌樁復(fù)合地基的特殊結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理考慮不足，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究雖然能夠直接獲取沉降數(shù)據(jù)，但受到試驗(yàn)條件、測(cè)試手段等因素的限制，難以全面、深入地揭示沉降特性的內(nèi)在規(guī)律。因此，開展廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降特性的試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬，可以深入研究釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性，包括沉降發(fā)展規(guī)律、影響因素、樁土相互作用機(jī)制等，為工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)，提高地基處理的效果和可靠性，促進(jìn)釘形攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)在廣州南沙地區(qū)及類似軟土地區(qū)的推廣應(yīng)用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀復(fù)合地基作為一種重要的地基處理形式，在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其沉降特性一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。在國(guó)外，復(fù)合地基的研究起步較早，取得了一系列重要成果。20世紀(jì)60年代，Terzaghi和Peck提出了基于彈性理論的地基沉降計(jì)算方法，為復(fù)合地基沉降計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。隨后，Boussinesq解和Mindlin解等經(jīng)典彈性力學(xué)解被引入復(fù)合地基沉降計(jì)算中，用于求解地基中的附加應(yīng)力分布。這些理論在一定程度上能夠解釋復(fù)合地基的沉降現(xiàn)象，但由于實(shí)際工程中地基土的復(fù)雜性和非線性特性，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法在復(fù)合地基沉降研究中得到了廣泛應(yīng)用。有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和邊界元法（BEM）等數(shù)值方法能夠考慮地基土的非線性、非均勻性以及樁土相互作用等復(fù)雜因素，更加真實(shí)地模擬復(fù)合地基的工作性狀。例如，Ghaboussi和Wilson最早將有限元法應(yīng)用于土力學(xué)領(lǐng)域，對(duì)地基的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。之后，許多學(xué)者利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對(duì)復(fù)合地基的沉降特性進(jìn)行了深入研究，分析了樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體模量、土體模量以及墊層特性等因素對(duì)沉降的影響規(guī)律。在國(guó)內(nèi)，復(fù)合地基的研究也取得了豐碩的成果。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模開展，復(fù)合地基技術(shù)得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員圍繞復(fù)合地基的沉降特性開展了大量的理論研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析工作。在理論研究方面，龔曉南教授提出了復(fù)合地基沉降計(jì)算的復(fù)合模量法，將復(fù)合地基加固區(qū)視為一種復(fù)合土體，采用復(fù)合壓縮模量來(lái)計(jì)算加固區(qū)的沉降，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。此外，還有應(yīng)力修正法、沉降折減法、樁身壓縮法等多種沉降計(jì)算方法被提出，這些方法從不同角度考慮了復(fù)合地基的工作機(jī)理和樁土相互作用特性，為復(fù)合地基沉降計(jì)算提供了更多的選擇。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究方面，許多學(xué)者通過(guò)在實(shí)際工程中埋設(shè)各種測(cè)試元件，如沉降計(jì)、土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)等，對(duì)復(fù)合地基的沉降發(fā)展過(guò)程、樁土應(yīng)力分布、孔隙水壓力變化等進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，獲取了大量寶貴的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。例如，在某高速公路軟土地基處理工程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了水泥攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性，分析了樁長(zhǎng)、樁間距、樁體強(qiáng)度等因素對(duì)沉降的影響。這些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果為驗(yàn)證和完善復(fù)合地基沉降理論提供了重要依據(jù)。在數(shù)值模擬研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開展了大量工作。通過(guò)建立合理的數(shù)值模型，利用有限元等數(shù)值方法對(duì)復(fù)合地基的沉降特性進(jìn)行模擬分析，能夠深入研究各種因素對(duì)沉降的影響規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)提供參考。例如，有研究利用有限元軟件對(duì)多樁復(fù)合地基的沉降性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了樁群布置方式、樁土模量比、荷載水平等因素對(duì)沉降的影響。釘形攪拌樁作為一種新型的復(fù)合地基形式，近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。東南大學(xué)的劉松玉教授團(tuán)隊(duì)在釘形攪拌樁的研發(fā)和應(yīng)用方面做出了重要貢獻(xiàn)。他們通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)釘形攪拌樁的工作機(jī)理、承載特性和沉降特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，釘形攪拌樁通過(guò)擴(kuò)大頭的作用，能夠有效提高樁體的承載能力和穩(wěn)定性，減小復(fù)合地基的沉降。在路堤荷載下，釘形攪拌樁的樁體荷載分擔(dān)比高于常規(guī)攪拌樁，相同深度加固區(qū)上部的樁身負(fù)摩阻力小于常規(guī)攪拌樁，復(fù)合地基加固區(qū)上部的土體附加應(yīng)力也小于常規(guī)攪拌樁復(fù)合地基。盡管國(guó)內(nèi)外在復(fù)合地基沉降理論和釘形攪拌樁研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的復(fù)合地基沉降計(jì)算理論雖然眾多，但都存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確考慮釘形攪拌樁復(fù)合地基的特殊結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。另一方面，對(duì)于釘形攪拌樁復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，由于試驗(yàn)條件和測(cè)試手段的限制，對(duì)沉降特性的研究還不夠全面和深入，樁土相互作用機(jī)制等方面的認(rèn)識(shí)還不夠清晰。此外，不同地區(qū)的地質(zhì)條件差異較大，廣州南沙地區(qū)軟土具有獨(dú)特的工程特性，現(xiàn)有的研究成果在該地區(qū)的適用性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容廣州南沙地區(qū)軟土工程特性研究：收集廣州南沙地區(qū)的地質(zhì)勘察資料，對(duì)該地區(qū)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)，明確軟土的工程特性及其分布規(guī)律。通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)，進(jìn)一步研究軟土的壓縮性、滲透性、固結(jié)特性等，為后續(xù)的釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降監(jiān)測(cè)與分析：在廣州南沙地區(qū)選取典型的工程場(chǎng)地，進(jìn)行釘形攪拌樁復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)場(chǎng)地中埋設(shè)沉降觀測(cè)設(shè)備，如沉降板、分層沉降儀等，對(duì)復(fù)合地基在施工過(guò)程及工后運(yùn)營(yíng)階段的沉降進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。分析沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降發(fā)展規(guī)律，包括沉降隨時(shí)間的變化曲線、不同部位的沉降差異等。同時(shí)，結(jié)合路堤荷載的施加過(guò)程，探討荷載與沉降之間的關(guān)系。釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究：對(duì)現(xiàn)有的復(fù)合地基沉降計(jì)算理論進(jìn)行梳理和總結(jié)，分析其在釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算中的適用性。針對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基的特點(diǎn)，考慮樁土相互作用、樁身變截面等因素，建立合理的沉降計(jì)算模型。通過(guò)理論推導(dǎo)和公式演繹，提出適用于廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算的方法，并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，分析計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可靠性?；跀?shù)值模擬的釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降特性研究：利用有限元軟件，建立釘形攪拌樁復(fù)合地基的數(shù)值模型，模擬其在荷載作用下的力學(xué)行為和沉降變形過(guò)程。通過(guò)數(shù)值模擬，研究樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體模量、土體模量以及墊層特性等因素對(duì)復(fù)合地基沉降的影響規(guī)律。分析不同因素變化時(shí)，復(fù)合地基中樁土應(yīng)力分布、變形協(xié)調(diào)等情況，深入揭示釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性和作用機(jī)制。釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法的修正與完善：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)提出的沉降計(jì)算方法進(jìn)行修正和優(yōu)化。考慮廣州南沙地區(qū)軟土的特殊工程性質(zhì)以及釘形攪拌樁復(fù)合地基的實(shí)際工作狀態(tài)，引入修正系數(shù)或改進(jìn)計(jì)算模型，使計(jì)算方法更加符合工程實(shí)際。通過(guò)實(shí)例分析，驗(yàn)證修正后沉降計(jì)算方法的有效性和實(shí)用性，為廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的理論依據(jù)。1.3.2研究方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法：在廣州南沙地區(qū)選擇合適的工程場(chǎng)地，進(jìn)行釘形攪拌樁復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)施工和試驗(yàn)。按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁體施工，并在地基中合理布置沉降觀測(cè)點(diǎn)和其他測(cè)試元件，如土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)等。在施工過(guò)程中及施工完成后的一定時(shí)間內(nèi)，定期對(duì)沉降、土壓力、孔隙水壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取真實(shí)可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法能夠直接反映釘形攪拌樁復(fù)合地基在實(shí)際工程條件下的工作性狀和沉降特性，但試驗(yàn)成本較高，受場(chǎng)地條件限制較大。理論計(jì)算法：依據(jù)土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等相關(guān)學(xué)科的基本理論，對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降進(jìn)行理論分析和計(jì)算。運(yùn)用彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等知識(shí)，推導(dǎo)樁土相互作用的力學(xué)模型和沉降計(jì)算公式。參考已有的復(fù)合地基沉降計(jì)算理論，結(jié)合釘形攪拌樁的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善，建立適用于本研究的沉降計(jì)算方法。理論計(jì)算法具有普遍性和系統(tǒng)性，能夠從理論層面深入分析沉降特性，但計(jì)算過(guò)程中往往需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)化假設(shè)，與實(shí)際情況可能存在一定偏差。數(shù)值模擬法：采用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立釘形攪拌樁復(fù)合地基的數(shù)值模型。在模型中合理定義樁體、土體、墊層等材料的力學(xué)參數(shù)和本構(gòu)模型，模擬地基在各種荷載工況下的受力和變形情況。通過(guò)數(shù)值模擬，可以直觀地觀察復(fù)合地基中樁土應(yīng)力分布、變形發(fā)展過(guò)程，分析不同因素對(duì)沉降的影響規(guī)律。數(shù)值模擬法能夠考慮復(fù)雜的邊界條件和材料非線性特性，彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論計(jì)算的不足，但模型的準(zhǔn)確性依賴于參數(shù)的選取和模型的合理性。二、廣州南沙地區(qū)軟土的工程地質(zhì)特性2.1廣州南沙地區(qū)番禺區(qū)地層廣州南沙地區(qū)地處珠江三角洲沖積平原，地層主要由第四系全新統(tǒng)（Q_{4}）、上更新統(tǒng)（Q_{3}）及下伏基巖組成。其中，第四系全新統(tǒng)地層按成因類型可進(jìn)一步劃分為人工填土層（Q_{4}^{ml}）、海陸交互相沉積層（Q_{4}^{mc}）、沖積層（Q_{4}^{al}）和殘積層（Q_{4}^{el}）。人工填土層（Q_{4}^{ml}）廣泛分布于地表，主要由黏性土、砂土及碎石等組成，成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，厚度一般在0.5-5.0m之間，局部地段可達(dá)8.0m以上。其形成時(shí)間較短，力學(xué)性質(zhì)較差，在工程建設(shè)中常需進(jìn)行處理。海陸交互相沉積層（Q_{4}^{mc}）是南沙地區(qū)軟土的主要賦存層位，厚度較大，一般在10-40m之間，最厚可達(dá)55m。該層軟土多呈灰色、飽和、流塑狀，微層理發(fā)育，含貝殼碎片、腐殖質(zhì)，主要由淤泥和淤泥質(zhì)土組成。淤泥質(zhì)土的天然含水量一般在50%-80%之間，孔隙比在1.5-2.0之間，具有高含水量、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度、滲透性差等不良工程特性；淤泥的天然含水量更高，可超過(guò)80%，孔隙比大于2.0，強(qiáng)度更低，工程性質(zhì)更為惡劣。沖積層（Q_{4}^{al}）主要分布于河流兩岸及古河道區(qū)域，巖性主要為粉砂、細(xì)砂、中砂及粉質(zhì)黏土等，呈松散-稍密狀態(tài)，厚度在3-15m之間。該層土的力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，但在飽水狀態(tài)下，砂土可能存在液化問(wèn)題，需引起重視。殘積層（Q_{4}^{el}）主要由花崗巖、砂巖等基巖風(fēng)化殘積而成，巖性為粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土等，厚度一般在2-10m之間。該層土的工程性質(zhì)與母巖成分、風(fēng)化程度等因素密切相關(guān)，在風(fēng)化程度較深的地段，土體的強(qiáng)度較低，壓縮性較高。下伏基巖主要為花崗巖、砂巖和頁(yè)巖等?；◢弾r分布較為廣泛，巖石堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，但在風(fēng)化作用下，其表層常形成強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層，厚度一般在數(shù)米至數(shù)十米不等。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的巖體破碎，巖芯呈土狀、碎塊狀，力學(xué)性質(zhì)較差；中風(fēng)化花崗巖的巖體較完整，巖芯呈柱狀，強(qiáng)度較高，可作為大型建筑物的良好持力層。砂巖和頁(yè)巖的分布相對(duì)較少，砂巖的強(qiáng)度較高，但頁(yè)巖的抗風(fēng)化能力較弱，遇水易軟化，在工程建設(shè)中需采取相應(yīng)的防護(hù)措施。2.2廣州南沙地區(qū)軟土的成因及其微觀結(jié)構(gòu)2.2.1軟土的成因廣州南沙地區(qū)軟土的形成是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程，主要與該地區(qū)的地理環(huán)境和沉積條件密切相關(guān)。南沙地區(qū)地處珠江三角洲沖積平原，位于北江、西江下游濱海河網(wǎng)地區(qū)，瀕臨珠江口伶仃洋。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，河流攜帶大量的泥沙、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)，在河口地區(qū)流速減慢，這些物質(zhì)逐漸沉積下來(lái)。同時(shí)，海洋潮汐的作用也對(duì)沉積物的分布和堆積產(chǎn)生了重要影響，使得該地區(qū)形成了深厚的海陸交互相沉積層，軟土便是其中的主要組成部分。具體來(lái)說(shuō)，在第四紀(jì)全新世時(shí)期，全球氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)，海平面上升，海水侵入河口地區(qū)，與河流帶來(lái)的淡水相互作用，形成了特殊的沉積環(huán)境。在這種環(huán)境下，大量的細(xì)顆粒物質(zhì)，如黏土、粉土等，在靜水環(huán)境中緩慢沉積，同時(shí)，海洋生物的殘骸、腐爛的植物等有機(jī)質(zhì)也不斷混入沉積物中，進(jìn)一步增加了軟土的有機(jī)含量和含水量。由于沉積過(guò)程較為緩慢，軟土顆粒在重力作用下逐漸排列，形成了具有一定結(jié)構(gòu)的土層。此外，后期的地質(zhì)作用，如地殼運(yùn)動(dòng)、地下水活動(dòng)等，也對(duì)軟土的形成和演化產(chǎn)生了一定的影響，使得軟土的性質(zhì)在空間上存在一定的差異。2.2.2軟土微觀結(jié)構(gòu)軟土的微觀結(jié)構(gòu)是指其內(nèi)部顆粒的排列方式、孔隙分布以及顆粒間的相互作用等特征，這些微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)軟土的工程性質(zhì)有著重要的影響。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）等先進(jìn)測(cè)試技術(shù)對(duì)廣州南沙地區(qū)軟土進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)其具有以下典型特征：顆粒排列：南沙地區(qū)軟土顆粒主要呈絮凝狀和蜂窩狀排列。絮凝狀結(jié)構(gòu)是指細(xì)小的黏土顆粒在靜電引力和分子引力作用下相互聚集形成較大的絮團(tuán)，絮團(tuán)之間存在著較大的孔隙；蜂窩狀結(jié)構(gòu)則是由粒徑較大的黏土顆粒相互連接形成的類似蜂窩的骨架結(jié)構(gòu)，孔隙分布在骨架之間。這種顆粒排列方式使得軟土具有較大的孔隙比和較高的含水量，同時(shí)也導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度較低?？紫斗植迹很浲林械目紫洞笮〔灰?，分布較為復(fù)雜。大孔隙主要存在于顆粒絮團(tuán)之間或蜂窩狀骨架結(jié)構(gòu)的空隙中，對(duì)軟土的滲透性和壓縮性影響較大；小孔隙則主要分布在顆粒內(nèi)部或顆粒之間的接觸點(diǎn)附近，對(duì)軟土的吸附性和離子交換能力有重要作用。此外，軟土中還存在著大量的微孔隙和裂隙，這些微觀孔隙和裂隙的存在進(jìn)一步增加了軟土的滲透性和壓縮性，同時(shí)也降低了其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。顆粒間連接：軟土顆粒間的連接方式主要有膠結(jié)連接和接觸連接。膠結(jié)連接是指顆粒之間通過(guò)各種膠結(jié)物質(zhì)，如黏土礦物、有機(jī)質(zhì)、碳酸鈣等相互連接在一起，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；接觸連接則是顆粒之間直接接觸，依靠摩擦力和分子引力相互作用。在南沙地區(qū)軟土中，膠結(jié)連接相對(duì)較弱，顆粒間的接觸連接占主導(dǎo)地位，這使得軟土在受到外力作用時(shí)，顆粒間容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)和位移，從而導(dǎo)致土體的變形和破壞。軟土的微觀結(jié)構(gòu)特征是其宏觀工程性質(zhì)的內(nèi)在本質(zhì)原因。較大的孔隙比和高含水量使得軟土具有高壓縮性和低強(qiáng)度；復(fù)雜的孔隙分布和較弱的顆粒間連接導(dǎo)致軟土的滲透性差、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，且在工程荷載作用下容易產(chǎn)生較大的變形和不均勻沉降。因此，深入研究軟土的微觀結(jié)構(gòu)特征，對(duì)于理解其工程性質(zhì)、優(yōu)化地基處理方案具有重要的意義。2.3廣州南沙地區(qū)軟土的物理力學(xué)特征2.3.1廣州南沙地區(qū)軟土的壓縮性軟土的壓縮性是其重要的工程性質(zhì)之一，對(duì)地基沉降有著顯著的影響。為了深入研究廣州南沙地區(qū)軟土的壓縮性，通過(guò)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，對(duì)多個(gè)軟土試樣進(jìn)行了測(cè)試，獲取了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。壓縮系數(shù)是衡量土的壓縮性大小的重要指標(biāo)，它反映了土在壓力作用下孔隙比的變化情況。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，廣州南沙地區(qū)軟土的壓縮系數(shù)a_{1-2}變化范圍較大，一般在0.5-2.0MPa?1之間，平均值約為1.2MPa?1，屬于高壓縮性土。當(dāng)壓力從100kPa增加到200kPa時(shí)，孔隙比的減小量較為明顯，這表明軟土在較小的壓力增量下就會(huì)產(chǎn)生較大的壓縮變形。壓縮模量是另一個(gè)表征軟土壓縮性的重要參數(shù)，它與壓縮系數(shù)成反比關(guān)系。南沙地區(qū)軟土的壓縮模量E_s一般在1.5-4.0MPa之間，平均值約為2.5MPa，數(shù)值相對(duì)較低。這意味著軟土在承受荷載時(shí)，其抵抗壓縮變形的能力較弱，容易產(chǎn)生較大的沉降。軟土的高壓縮性對(duì)地基沉降的影響十分顯著。在工程建設(shè)中，當(dāng)建筑物或路堤等荷載施加在軟土地基上時(shí)，由于軟土的壓縮系數(shù)大、壓縮模量小，地基土體將發(fā)生較大的壓縮變形，從而導(dǎo)致地基沉降量增大。這種沉降不僅會(huì)影響建筑物的正常使用，如造成建筑物墻體開裂、地面不平坦等問(wèn)題，還可能對(duì)道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅，如導(dǎo)致道路路面出現(xiàn)裂縫、凹陷，橋梁墩臺(tái)發(fā)生不均勻沉降等。此外，軟土的壓縮性還會(huì)使地基沉降持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)檐浲恋呐潘探Y(jié)過(guò)程較為緩慢，孔隙水壓力消散需要一定的時(shí)間，在孔隙水壓力完全消散之前，地基土體將不斷發(fā)生壓縮變形，進(jìn)而使沉降持續(xù)發(fā)展。2.3.2試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的物理力學(xué)特性為了更準(zhǔn)確地研究釘形攪拌樁復(fù)合地基在廣州南沙地區(qū)軟土地基中的工作性能，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的軟土進(jìn)行了詳細(xì)的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，獲取了一系列關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于分析軟土特性對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基的影響具有重要意義。試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的含水量較高，一般在50%-80%之間，平均值約為65%。高含水量使得軟土處于飽和狀態(tài)，土體顆粒間的孔隙被大量水分填充，導(dǎo)致土體的重度相對(duì)較小，一般在16-18kN/m3之間。同時(shí)，高含水量還會(huì)降低軟土的抗剪強(qiáng)度，使土體在受到外力作用時(shí)更容易發(fā)生變形和破壞。孔隙比是反映土體密實(shí)程度的重要指標(biāo)，試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的孔隙比一般在1.5-2.0之間，平均值約為1.7。大孔隙比表明軟土的結(jié)構(gòu)較為疏松，土體顆粒間的排列不夠緊密，這不僅使得軟土具有較高的壓縮性，還會(huì)影響其滲透性和抗剪強(qiáng)度。由于孔隙比大，軟土中的孔隙通道相對(duì)較大，有利于水分的流動(dòng)，但同時(shí)也使得土體的骨架結(jié)構(gòu)較為薄弱，在荷載作用下容易發(fā)生變形?？辜魪?qiáng)度是軟土的重要力學(xué)性質(zhì)之一，它直接關(guān)系到地基的穩(wěn)定性。試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的抗剪強(qiáng)度較低，其中黏聚力c一般在10-20kPa之間，內(nèi)摩擦角\varphi一般在5°-15°之間。低抗剪強(qiáng)度使得軟土在承受外部荷載時(shí)，抵抗剪切破壞的能力較弱，容易產(chǎn)生滑動(dòng)和變形。例如，在路堤填筑過(guò)程中，如果軟土地基的抗剪強(qiáng)度不足，就可能導(dǎo)致路堤邊坡失穩(wěn)，發(fā)生滑坡等事故。軟土的物理力學(xué)特性對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基有著多方面的影響。高含水量和大孔隙比使得軟土的壓縮性增大，在釘形攪拌樁復(fù)合地基的施工和使用過(guò)程中，地基土體容易發(fā)生較大的壓縮變形，從而導(dǎo)致復(fù)合地基的沉降量增加。低抗剪強(qiáng)度則會(huì)影響釘形攪拌樁與周圍土體之間的相互作用，降低樁土之間的摩擦力和咬合力，進(jìn)而影響復(fù)合地基的承載能力和穩(wěn)定性。此外，軟土的高靈敏度使得在攪拌樁施工過(guò)程中，土體受到擾動(dòng)后強(qiáng)度降低較為明顯，這對(duì)施工工藝和施工質(zhì)量提出了更高的要求，需要采取合理的施工方法和措施，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，確保復(fù)合地基的處理效果。2.4本章小結(jié)本章對(duì)廣州南沙地區(qū)軟土的工程地質(zhì)特性進(jìn)行了全面深入的研究。通過(guò)對(duì)地層的分析，明確了該地區(qū)地層主要由第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及下伏基巖組成，其中海陸交互相沉積層是軟土的主要賦存層位，厚度大且分布廣泛。從成因角度來(lái)看，軟土是在河流與海洋長(zhǎng)期的綜合作用下，于特殊的沉積環(huán)境中形成的，其微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出顆粒絮凝狀和蜂窩狀排列、孔隙分布復(fù)雜以及顆粒間連接較弱的特點(diǎn)，這些微觀結(jié)構(gòu)特征直接決定了軟土的宏觀工程性質(zhì)。在物理力學(xué)特征方面，廣州南沙地區(qū)軟土具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度等特性。軟土的壓縮系數(shù)一般在0.5-2.0MPa?1之間，屬于高壓縮性土，這使得地基在承受荷載時(shí)容易產(chǎn)生較大的沉降；試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的含水量在50%-80%之間，孔隙比在1.5-2.0之間，抗剪強(qiáng)度較低，黏聚力一般在10-20kPa之間，內(nèi)摩擦角在5°-15°之間，這些特性對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。廣州南沙地區(qū)軟土的這些工程地質(zhì)特性是研究釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降特性的基礎(chǔ)。在進(jìn)行釘形攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮軟土的高壓縮性，合理確定樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等參數(shù)，以有效控制地基沉降；針對(duì)軟土的低抗剪強(qiáng)度，要采取措施增強(qiáng)樁土之間的相互作用，提高復(fù)合地基的承載能力和穩(wěn)定性；考慮到軟土的高含水量和大孔隙比，在施工過(guò)程中要注意控制施工工藝，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，確保樁體的施工質(zhì)量。因此，深入了解廣州南沙地區(qū)軟土的工程地質(zhì)特性，對(duì)于優(yōu)化釘形攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工，保障工程的安全和穩(wěn)定具有重要的意義。三、釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降的監(jiān)測(cè)分析3.1試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)情況試驗(yàn)場(chǎng)地位于廣州南沙區(qū)某工程建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，該區(qū)域?qū)儆谥榻侵逈_積平原，軟土地層分布廣泛，具有典型的軟土工程特性。場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自上而下主要分為以下幾層：人工填土層：該層主要由黏性土、砂土和少量建筑垃圾組成，結(jié)構(gòu)松散，厚度在1.0-3.0m之間。其形成時(shí)間較短，力學(xué)性質(zhì)較差，對(duì)地基的穩(wěn)定性和沉降有一定影響。在工程建設(shè)中，需要對(duì)該層進(jìn)行適當(dāng)處理，以滿足后續(xù)施工要求。淤泥質(zhì)土層：此層為主要軟土層，呈灰黑色，飽和，流塑狀，含有大量有機(jī)質(zhì)和貝殼碎片。層厚較大，一般在8-15m之間，具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性和低抗剪強(qiáng)度等特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，該層淤泥質(zhì)土的天然含水量在60%-80%之間，孔隙比在1.6-2.0之間，壓縮系數(shù)a_{1-2}在0.8-1.5MPa?1之間，內(nèi)摩擦角\varphi在8°-12°之間，黏聚力c在10-15kPa之間。這些特性使得該層土在承受荷載時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形和沉降，是地基處理的重點(diǎn)對(duì)象。粉質(zhì)黏土層：位于淤泥質(zhì)土層之下，呈黃褐色，可塑-硬塑狀態(tài)，厚度在3-6m之間。該層土的含水量相對(duì)較低，一般在25%-35%之間，孔隙比在0.8-1.2之間，壓縮系數(shù)a_{1-2}在0.3-0.6MPa?1之間，內(nèi)摩擦角\varphi在15°-20°之間，黏聚力c在20-30kPa之間。其力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，但仍需考慮其對(duì)地基沉降的影響。砂土層：主要由粉砂和細(xì)砂組成，呈淺黃色，稍密-中密狀態(tài)，厚度在5-10m之間。該層土的滲透性較好，壓縮性較低，能夠?yàn)榈鼗峁┮欢ǖ某休d能力。然而，在飽水狀態(tài)下，砂土可能存在液化風(fēng)險(xiǎn)，需要在工程設(shè)計(jì)和施工中加以關(guān)注。場(chǎng)地地下水位較高，一般在地面以下0.5-1.0m之間，主要受大氣降水和珠江潮水的影響。地下水位的變化對(duì)軟土地基的沉降有顯著影響，在高水位條件下，軟土的含水量增加，土體的有效應(yīng)力減小，導(dǎo)致地基的壓縮性增大，沉降量增加。此外，地下水的長(zhǎng)期浸泡還可能使土體的強(qiáng)度降低，進(jìn)一步影響地基的穩(wěn)定性。試驗(yàn)場(chǎng)地的地質(zhì)情況較為復(fù)雜，軟土層厚度大、性質(zhì)差，地下水位高，這些因素給地基處理帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。在進(jìn)行釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工時(shí)，必須充分考慮這些地質(zhì)條件，合理確定樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等參數(shù)，采取有效的施工工藝和質(zhì)量控制措施，以確保復(fù)合地基的承載能力和沉降滿足工程要求。3.2釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗(yàn)方案3.2.1試驗(yàn)?zāi)康谋敬卧囼?yàn)旨在深入研究廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性，全面分析影響沉降的各種因素，為該地區(qū)類似工程的地基處理設(shè)計(jì)與施工提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。具體而言，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，準(zhǔn)確獲取釘形攪拌樁復(fù)合地基在不同工況下的沉降數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析沉降隨時(shí)間的發(fā)展規(guī)律，以及不同部位沉降的差異情況。同時(shí)，深入探討路堤荷載與沉降之間的關(guān)系，明確荷載大小、加載速率等因素對(duì)沉降的影響程度。此外，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證和完善現(xiàn)有的復(fù)合地基沉降計(jì)算理論，為工程實(shí)踐中的沉降計(jì)算提供更準(zhǔn)確的方法。3.2.2試驗(yàn)場(chǎng)地試驗(yàn)方案樁型及參數(shù)設(shè)置：采用釘形水泥土攪拌樁，該樁型具有獨(dú)特的變截面結(jié)構(gòu)，上部為擴(kuò)大頭，下部為普通樁身。擴(kuò)大頭直徑設(shè)計(jì)為1.0m，下部樁身直徑為0.5m。樁長(zhǎng)根據(jù)場(chǎng)地軟土層厚度及工程要求確定，平均樁長(zhǎng)為15m，樁身穿過(guò)軟土淤泥層進(jìn)入下臥層不小于0.5m，以確保樁體能夠獲得足夠的承載力和穩(wěn)定性。樁間距根據(jù)不同的試驗(yàn)工況設(shè)置了兩種，分別為1.5m和1.8m，按梅花形布樁。這種布樁方式能夠使樁體在地基中均勻分布，有效提高地基的整體承載能力，減少不均勻沉降的發(fā)生。試驗(yàn)樁數(shù)量及布置：共設(shè)置試驗(yàn)樁30根，分為3組，每組10根。其中，一組樁間距為1.5m，另外兩組樁間距為1.8m，通過(guò)不同樁間距的設(shè)置，對(duì)比分析樁間距對(duì)復(fù)合地基沉降特性的影響。試驗(yàn)樁在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)呈矩形布置，樁位偏差控制在50mm以內(nèi)，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在布置試驗(yàn)樁時(shí)，充分考慮了場(chǎng)地的地形地貌、地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境等因素，確保試驗(yàn)樁能夠代表整個(gè)場(chǎng)地的地基情況。施工工藝：施工前，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，清除地面和地下障礙物，確保施工設(shè)備能夠順利進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。采用專用的釘形水泥土攪拌樁施工設(shè)備，該設(shè)備配備了可伸縮的攪拌葉片，能夠?qū)崿F(xiàn)樁體上部擴(kuò)大頭的施工。施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制各項(xiàng)施工參數(shù)，如下鉆速度控制在0.5-0.8m/min，提升速度控制在0.7-1.0m/min，內(nèi)鉆桿轉(zhuǎn)速≥60r/min，外鉆桿轉(zhuǎn)速≥70r/min，下沉?xí)r噴漿壓力為0.25-0.40MPa，注漿量為37.5L/min，噴漿壓力為0.25-0.4MPa。在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上，以保證樁端土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆?，提高樁端的承載力。同時(shí)，在施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)樁身垂直度的控制，確保樁身垂直度偏差不大于1.0%。監(jiān)測(cè)方案：在試驗(yàn)樁及周邊地基土中埋設(shè)了多種監(jiān)測(cè)元件，包括沉降板、分層沉降儀、土壓力盒和孔隙水壓力計(jì)等。沉降板布設(shè)在樁頂和樁間土表面，用于監(jiān)測(cè)樁頂和樁間土的沉降；分層沉降儀埋設(shè)在不同深度的地基土中，以監(jiān)測(cè)地基土不同深度處的沉降變化；土壓力盒分別安裝在樁身和樁間土中，用于測(cè)量樁土應(yīng)力分布；孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)在地基土中，監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的變化情況。在施工過(guò)程及工后運(yùn)營(yíng)階段，定期對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，深入了解釘形攪拌樁復(fù)合地基在施工過(guò)程和使用過(guò)程中的力學(xué)行為和沉降特性。3.3試驗(yàn)儀器的安裝為了全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性及相關(guān)力學(xué)參數(shù)，在試驗(yàn)場(chǎng)地中合理安裝了多種高精度試驗(yàn)儀器，包括孔壓計(jì)、沉降計(jì)、土壓力盒等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和分析?？讐河?jì)的安裝：孔隙水壓力計(jì)選用高精度振弦式孔壓計(jì)，其量程為0-1.0MPa，精度可達(dá)0.1%FS。在地基土中鉆孔至預(yù)定深度，鉆孔直徑略大于孔壓計(jì)外徑。將孔壓計(jì)用細(xì)砂或膨潤(rùn)土球包裹，緩慢放入鉆孔中，確保孔壓計(jì)與周圍土體緊密接觸，以準(zhǔn)確測(cè)量孔隙水壓力。在孔壓計(jì)安裝過(guò)程中，要注意避免損壞儀器的感應(yīng)元件?？讐河?jì)的導(dǎo)線沿鉆孔壁引出地面，并做好保護(hù)措施，防止導(dǎo)線被破壞。在地面上，將導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集儀上，定期對(duì)孔壓計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)和檢查，確保其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)試驗(yàn)方案，在不同深度的軟土層中布置了孔壓計(jì)，以監(jiān)測(cè)孔隙水壓力隨深度和時(shí)間的變化情況，分析在釘形攪拌樁施工及路堤加載過(guò)程中孔隙水壓力的消散規(guī)律和分布特征。沉降計(jì)的安裝：沉降觀測(cè)采用沉降板和分層沉降儀相結(jié)合的方式。沉降板選用尺寸為500mm×500mm×10mm的鋼板，在板中心焊接一根直徑為20mm的測(cè)桿，測(cè)桿長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要確定，一般應(yīng)高出地面30-50cm。在樁頂和樁間土表面預(yù)先挖一個(gè)小坑，將沉降板水平放置在坑內(nèi)，使測(cè)桿垂直向上，然后用砂或土將沉降板周圍填平、壓實(shí)，確保沉降板與地基土緊密接觸。分層沉降儀采用磁環(huán)式分層沉降儀，由磁環(huán)、測(cè)管和沉降儀探頭組成。在地基土中鉆孔，將測(cè)管逐節(jié)放入鉆孔中，每節(jié)測(cè)管之間用螺紋連接，確保連接緊密、密封良好。在測(cè)管外壁按設(shè)計(jì)要求的間距安裝磁環(huán)，磁環(huán)應(yīng)與測(cè)管緊密貼合。鉆孔完成后，在測(cè)管與鉆孔壁之間填充中粗砂，使磁環(huán)與周圍土體形成一個(gè)整體。將沉降儀探頭通過(guò)電纜與數(shù)據(jù)采集儀連接，測(cè)量時(shí)，將探頭放入測(cè)管中，通過(guò)檢測(cè)磁環(huán)的位置變化來(lái)確定不同深度土層的沉降量。土壓力盒的安裝：土壓力盒采用電阻應(yīng)變式土壓力盒，其量程根據(jù)預(yù)估的土壓力大小進(jìn)行選擇，一般為0-0.5MPa或0-1.0MPa，精度為0.5%FS。在樁身和樁間土中安裝土壓力盒時(shí)，采用預(yù)埋的方式。在攪拌樁施工前，將土壓力盒固定在特制的安裝架上，安裝架的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)樁身和樁間土的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保土壓力盒能夠準(zhǔn)確測(cè)量土壓力。在樁身中，將安裝架固定在鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起放入樁孔中；在樁間土中，將安裝架直接埋入預(yù)定位置的土中。土壓力盒的導(dǎo)線沿樁身或從地面引出，與數(shù)據(jù)采集儀連接。在安裝過(guò)程中，要注意保護(hù)土壓力盒的感應(yīng)面，避免其受到損壞或變形，影響測(cè)量精度。在所有試驗(yàn)儀器安裝完成后，對(duì)儀器進(jìn)行全面檢查和調(diào)試，確保儀器能夠正常工作。同時(shí)，建立詳細(xì)的儀器安裝記錄檔案，包括儀器型號(hào)、安裝位置、安裝時(shí)間、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等信息，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照預(yù)定的監(jiān)測(cè)頻率對(duì)儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄，確保獲取的數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確，為深入研究釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性提供可靠的數(shù)據(jù)支持。3.4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析3.4.1樁土應(yīng)力變化分析在路堤加載過(guò)程中，通過(guò)土壓力盒對(duì)樁間土和樁頂應(yīng)力進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取了大量寶貴的數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠揭示樁土應(yīng)力比隨時(shí)間和荷載的變化規(guī)律，對(duì)于理解釘形攪拌樁復(fù)合地基的工作機(jī)理具有重要意義。隨著路堤加載的進(jìn)行，樁頂和樁間土應(yīng)力均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。在加載初期，由于路堤荷載較小，樁間土和樁頂應(yīng)力增長(zhǎng)較為緩慢。此時(shí)，樁土共同承擔(dān)荷載，但樁間土承擔(dān)的荷載比例相對(duì)較大，這是因?yàn)樵诔跏茧A段，土體與樁體之間的變形協(xié)調(diào)尚未完全建立，土體的壓縮變形相對(duì)較大。隨著荷載的不斷增加，樁體的承載能力逐漸發(fā)揮出來(lái)，樁頂應(yīng)力增長(zhǎng)速度加快，樁土應(yīng)力比也逐漸增大。這表明樁體在復(fù)合地基中起到了越來(lái)越重要的承載作用，能夠有效地將荷載傳遞到深部土層，從而減小樁間土的應(yīng)力。樁土應(yīng)力比隨時(shí)間的變化也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。在加載完成后的初期，樁土應(yīng)力比迅速增大，這是由于樁體在荷載作用下發(fā)生了一定的壓縮變形，使得樁體與土體之間的應(yīng)力重新分布，樁體承擔(dān)的荷載比例增加。隨著時(shí)間的推移，樁土應(yīng)力比逐漸趨于穩(wěn)定，這說(shuō)明樁體與土體之間已經(jīng)形成了相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，能夠共同協(xié)調(diào)地承擔(dān)荷載。然而，在長(zhǎng)期的荷載作用下，由于土體的蠕變等因素，樁土應(yīng)力比可能會(huì)發(fā)生一些微小的變化，但總體上仍保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。荷載大小對(duì)樁土應(yīng)力比有著顯著的影響。當(dāng)荷載較小時(shí)，樁土應(yīng)力比較小，樁間土承擔(dān)的荷載比例較大；隨著荷載的增大，樁土應(yīng)力比逐漸增大，樁體承擔(dān)的荷載比例逐漸增加。這是因?yàn)闃扼w的承載能力隨著荷載的增加而逐漸發(fā)揮，樁體能夠更好地抵抗荷載的作用，從而減小樁間土的應(yīng)力。此外，加載速率也會(huì)對(duì)樁土應(yīng)力比產(chǎn)生一定的影響。較快的加載速率會(huì)使樁體和土體來(lái)不及充分變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致樁土應(yīng)力比在加載過(guò)程中波動(dòng)較大；而較慢的加載速率則有利于樁體和土體之間的變形協(xié)調(diào)，使樁土應(yīng)力比的變化更加平穩(wěn)。樁土應(yīng)力比隨時(shí)間和荷載的變化規(guī)律是由釘形攪拌樁復(fù)合地基的工作機(jī)理決定的。樁體與土體之間的相互作用、變形協(xié)調(diào)以及土體的力學(xué)性質(zhì)等因素共同影響著樁土應(yīng)力的分布和變化。在工程設(shè)計(jì)和施工中，充分考慮這些因素，合理確定樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等參數(shù)，能夠優(yōu)化樁土應(yīng)力分布，提高復(fù)合地基的承載能力和穩(wěn)定性，有效控制地基沉降。3.4.2沉降隨深度變化分析通過(guò)分層沉降儀對(duì)不同深度處的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，深入分析這些數(shù)據(jù)，能夠清晰地探討沉降沿深度的變化特征及影響因素，為準(zhǔn)確掌握釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降特性提供關(guān)鍵依據(jù)。在復(fù)合地基中，沉降隨深度的變化呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。從地表向下，沉降量逐漸減小。在加固區(qū)范圍內(nèi)，沉降量的減小速率相對(duì)較快，這是因?yàn)獒斝螖嚢铇秾?duì)加固區(qū)土體起到了有效的加固作用，提高了土體的強(qiáng)度和模量，減小了土體的壓縮變形。在加固區(qū)底部，沉降量的減小速率逐漸變緩，這表明加固區(qū)對(duì)下臥層土體的影響逐漸減弱。影響沉降沿深度變化的因素主要包括樁體的加固效果、土體的力學(xué)性質(zhì)以及荷載的傳遞方式等。樁體的加固效果是影響沉降沿深度變化的關(guān)鍵因素之一。釘形攪拌樁通過(guò)擴(kuò)大頭的作用，增加了樁與土體的接觸面積，提高了樁體的承載能力和對(duì)土體的約束作用，使得加固區(qū)范圍內(nèi)的土體壓縮變形明顯減小。樁體的長(zhǎng)度和強(qiáng)度也會(huì)對(duì)沉降沿深度的變化產(chǎn)生影響。較長(zhǎng)的樁體能夠?qū)⒑奢d傳遞到更深的土層，從而減小下臥層土體的沉降；而樁體強(qiáng)度越高，對(duì)土體的加固效果越好，沉降沿深度的減小速率也會(huì)更快。土體的力學(xué)性質(zhì)對(duì)沉降沿深度的變化也有著重要影響。在軟土地層中，土體的壓縮性較高，抗剪強(qiáng)度較低，因此沉降量相對(duì)較大。隨著深度的增加，土體的有效應(yīng)力逐漸增大，土體的壓縮性逐漸減小，抗剪強(qiáng)度逐漸提高，這使得沉降量隨深度的增加而逐漸減小。此外，土體的結(jié)構(gòu)性和各向異性也會(huì)影響沉降沿深度的變化，在結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的土體中，沉降量的變化可能會(huì)更加復(fù)雜。荷載的傳遞方式也會(huì)影響沉降沿深度的變化。在路堤荷載作用下，荷載通過(guò)樁體和樁間土共同傳遞到深部土層。樁體能夠?qū)⒑奢d集中傳遞到樁端，從而減小樁間土的應(yīng)力和沉降；而樁間土則通過(guò)擴(kuò)散作用將荷載傳遞到周圍土體。因此，樁土應(yīng)力比的大小和分布會(huì)直接影響荷載的傳遞方式，進(jìn)而影響沉降沿深度的變化。當(dāng)樁土應(yīng)力比較大時(shí)，樁體承擔(dān)的荷載較多，荷載主要通過(guò)樁體傳遞到深部土層，沉降沿深度的減小速率較快；當(dāng)樁土應(yīng)力比較小時(shí)，樁間土承擔(dān)的荷載較多，荷載通過(guò)樁間土擴(kuò)散的范圍較大，沉降沿深度的減小速率相對(duì)較慢。3.5本章小結(jié)本章在廣州南沙地區(qū)特定地質(zhì)條件下開展釘形攪拌樁復(fù)合地基試驗(yàn)，深入研究其沉降特性。試驗(yàn)場(chǎng)地軟土具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度等特點(diǎn)，地下水位高，對(duì)地基沉降影響顯著。試驗(yàn)方案精心設(shè)計(jì)，采用釘形水泥土攪拌樁，設(shè)置兩種樁間距，按梅花形布樁，嚴(yán)格控制施工工藝參數(shù)，并通過(guò)多種監(jiān)測(cè)元件構(gòu)建全面監(jiān)測(cè)體系。在試驗(yàn)儀器安裝環(huán)節(jié)，孔壓計(jì)、沉降計(jì)和土壓力盒等均按規(guī)范要求安裝，保障數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，樁土應(yīng)力比隨路堤加載呈現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的趨勢(shì)，荷載大小和加載速率對(duì)其影響顯著。沉降隨深度變化規(guī)律明顯，加固區(qū)沉降量減小速率快，下臥層則變緩，樁體加固效果、土體力學(xué)性質(zhì)和荷載傳遞方式是主要影響因素。通過(guò)本章研究，明確了釘形攪拌樁復(fù)合地基在路堤加載下的沉降特性和樁土應(yīng)力變化規(guī)律，為后續(xù)沉降計(jì)算方法研究和數(shù)值模擬分析奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)廣州南沙地區(qū)軟土地基處理工程實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。四、釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降的計(jì)算4.1加固區(qū)壓縮量的計(jì)算4.1.1加固區(qū)附加應(yīng)力的計(jì)算在釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算中，準(zhǔn)確計(jì)算加固區(qū)附加應(yīng)力是關(guān)鍵步驟。本研究采用布辛奈斯克解（Boussinesq解）來(lái)計(jì)算加固區(qū)附加應(yīng)力。布辛奈斯克解是基于彈性力學(xué)理論，求解在半無(wú)限空間表面作用一個(gè)集中力時(shí)，空間內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)力和位移的經(jīng)典方法。在復(fù)合地基中，將上部荷載簡(jiǎn)化為作用在地基表面的均布荷載，通過(guò)積分的方式將均布荷載視為無(wú)數(shù)個(gè)集中力的疊加，從而計(jì)算出地基中任意深度處的附加應(yīng)力。對(duì)于均布矩形荷載作用下的地基，在深度z處，距矩形荷載角點(diǎn)(x,y)位置的豎向附加應(yīng)力\sigma_{z}可由布辛奈斯克解推導(dǎo)得出：\sigma_{z}=\frac{p}{\pi}\left[\frac{mn}{\sqrt{m^{2}n^{2}+1}}\left(\frac{1}{m^{2}+1}+\frac{1}{n^{2}+1}\right)+\arctan\frac{mn}{\sqrt{m^{2}n^{2}+1}}\right]其中，p為均布荷載強(qiáng)度，m=\frac{x}，n=\frac{y}，b為矩形荷載的短邊長(zhǎng)度。在釘形攪拌樁復(fù)合地基中，由于樁體和樁間土的存在，應(yīng)力分布較為復(fù)雜。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算附加應(yīng)力，考慮樁土相互作用的影響。樁體的存在改變了地基中應(yīng)力的傳遞路徑，使得應(yīng)力在樁體和樁間土之間重新分布。通過(guò)引入樁土應(yīng)力比n和復(fù)合地基置換率m，對(duì)布辛奈斯克解進(jìn)行修正。樁土應(yīng)力比n定義為樁頂應(yīng)力與樁間土應(yīng)力之比，反映了樁體和樁間土承擔(dān)荷載的相對(duì)大??；復(fù)合地基置換率m為樁體橫截面積與加固單元體面積之比，體現(xiàn)了樁體在復(fù)合地基中的分布情況。在實(shí)際計(jì)算中，將加固區(qū)分成若干層，分別計(jì)算各層的附加應(yīng)力。以試驗(yàn)場(chǎng)地的釘形攪拌樁復(fù)合地基為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和工程設(shè)計(jì)參數(shù)，確定上部荷載p、樁土應(yīng)力比n、復(fù)合地基置換率m等參數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，在加固區(qū)頂部，附加應(yīng)力較大，隨著深度的增加，附加應(yīng)力逐漸減小。在樁體位置，由于樁體的承載作用，附加應(yīng)力相對(duì)集中；而在樁間土位置，附加應(yīng)力相對(duì)較小。不同位置處的附加應(yīng)力分布與樁土應(yīng)力比和復(fù)合地基置換率密切相關(guān)，樁土應(yīng)力比越大，樁體承擔(dān)的荷載越多，樁體位置的附加應(yīng)力越大；復(fù)合地基置換率越大，樁體分布越密集，對(duì)附加應(yīng)力的影響也越顯著。通過(guò)布辛奈斯克解結(jié)合樁土相互作用修正計(jì)算得到的加固區(qū)附加應(yīng)力，能夠更準(zhǔn)確地反映釘形攪拌樁復(fù)合地基的實(shí)際受力狀態(tài)，為后續(xù)的沉降計(jì)算提供可靠的基礎(chǔ)。4.1.2復(fù)合模量法計(jì)算沉降量復(fù)合模量法是一種常用的計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)沉降量的方法，其基本原理是將復(fù)合地基加固區(qū)視為一種復(fù)合土體，通過(guò)計(jì)算復(fù)合土體的壓縮模量（即復(fù)合模量），采用分層總和法來(lái)計(jì)算加固區(qū)的沉降量。在復(fù)合模量法中，首先需要確定復(fù)合模量的計(jì)算方法。對(duì)于釘形攪拌樁復(fù)合地基，豎向增強(qiáng)體復(fù)合土層壓縮模量E_{cs}通常根據(jù)彈性力學(xué)的平面問(wèn)題理論，采用面積加權(quán)平均法計(jì)算，公式為：E_{cs}=mE_{p}+(1-m)E_{s}其中，E_{p}為樁體壓縮模量，E_{s}為樁間土壓縮模量，m為復(fù)合地基置換率。樁體壓縮模量E_{p}可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算。在本研究中，通過(guò)對(duì)釘形攪拌樁樁體進(jìn)行室內(nèi)抗壓試驗(yàn)，獲取樁體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出樁體壓縮模量。樁間土壓縮模量E_{s}則根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地軟土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果確定。復(fù)合地基置換率m根據(jù)樁的布置形式和尺寸計(jì)算。對(duì)于本試驗(yàn)采用的梅花形布樁方式，置換率m的計(jì)算公式為：m=\frac{\pid^{2}}{4\sqrt{3}s^{2}}其中，d為樁身直徑，s為樁間距。確定復(fù)合模量后，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)沉降量S_{1}。將加固區(qū)分成n層，每層復(fù)合土體的復(fù)合模量為E_{csi}，加固區(qū)土層壓縮量表示為：S_{1}=\sum_{i=1}^{n}\frac{\DeltaP_{i}}{E_{csi}}H_{i}其中，\DeltaP_{i}為第i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量，H_{i}為第i層復(fù)合土層的厚度。以試驗(yàn)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的附加應(yīng)力分布，將加固區(qū)按一定厚度分層。已知樁體壓縮模量E_{p}、樁間土壓縮模量E_{s}和復(fù)合地基置換率m，計(jì)算出各層的復(fù)合模量E_{csi}。再根據(jù)各層的附加應(yīng)力增量\DeltaP_{i}和厚度H_{i}，代入上述公式計(jì)算得到加固區(qū)沉降量。計(jì)算結(jié)果顯示，復(fù)合模量法計(jì)算得到的沉降量與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的沉降量在趨勢(shì)上基本一致，但在數(shù)值上存在一定差異。這主要是由于復(fù)合模量法在計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化假設(shè)，如將復(fù)合地基視為均勻的復(fù)合土體，忽略了樁土之間的相互作用細(xì)節(jié)等，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。然而，復(fù)合模量法計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，在工程實(shí)踐中仍具有一定的應(yīng)用價(jià)值。4.1.3應(yīng)力修正法計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)沉降量應(yīng)力修正法的基本原理是考慮在豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中，增強(qiáng)體（即樁體）的存在使作用在樁間土上的平均荷載密度比作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度要小。在采用應(yīng)力修正法計(jì)算壓縮量時(shí)，根據(jù)樁間土分擔(dān)的荷載，按照樁間土的壓縮模量，忽略增強(qiáng)體的存在，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層的壓縮量。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中樁間土分擔(dān)的荷載p_{s}可通過(guò)以下公式計(jì)算：p_{s}=\frac{1}{1+n\cdotm}p其中，p為復(fù)合地基平均荷載密度，n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比，m為復(fù)合地基置換率。在計(jì)算過(guò)程中，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)確定樁土應(yīng)力比n和復(fù)合地基置換率m，以及作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度p。然后，根據(jù)上述公式計(jì)算出樁間土分擔(dān)的荷載p_{s}。接下來(lái)，按照分層總和法計(jì)算加固區(qū)沉降量S_{1}。將加固區(qū)分成若干層，對(duì)于第i層土，其壓縮量\DeltaS_{i}的計(jì)算公式為：\DeltaS_{i}=\frac{\Deltap_{si}}{E_{si}}H_{i}其中，\Deltap_{si}為第i層樁間土上的附加應(yīng)力增量，E_{si}為第i層樁間土的壓縮模量，H_{i}為第i層土的厚度。加固區(qū)總沉降量S_{1}則為各層壓縮量之和，即：S_{1}=\sum_{i=1}^{n}\DeltaS_{i}以試驗(yàn)場(chǎng)地的釘形攪拌樁復(fù)合地基為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的樁土應(yīng)力比n、復(fù)合地基置換率m以及作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度p，計(jì)算出樁間土分擔(dān)的荷載p_{s}。再根據(jù)樁間土的壓縮模量E_{si}和各層土的厚度H_{i}，以及通過(guò)布辛奈斯克解計(jì)算得到的各層樁間土附加應(yīng)力增量\Deltap_{si}，代入公式計(jì)算出各層的壓縮量\DeltaS_{i}，進(jìn)而得到加固區(qū)總沉降量S_{1}。將應(yīng)力修正法計(jì)算結(jié)果與復(fù)合模量法計(jì)算結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，應(yīng)力修正法計(jì)算得到的沉降量與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值在一定程度上較為接近，但仍存在一定偏差。這是因?yàn)閼?yīng)力修正法雖然考慮了樁體對(duì)樁間土荷載分擔(dān)的影響，但在計(jì)算過(guò)程中忽略了樁體與樁間土之間的協(xié)同變形以及樁體對(duì)地基應(yīng)力擴(kuò)散的影響等因素。然而，與復(fù)合模量法相比，應(yīng)力修正法更側(cè)重于考慮樁間土的受力和變形情況，對(duì)于一些樁間土力學(xué)性質(zhì)變化較大的情況，其計(jì)算結(jié)果可能更能反映實(shí)際沉降情況。4.1.4樁身壓縮量法計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)沉降量樁身壓縮量法的原理是將復(fù)合地基加固區(qū)的沉降主要考慮為樁身的壓縮變形。在計(jì)算過(guò)程中，充分考慮樁身材料的力學(xué)性能以及樁身所承受的荷載情況。對(duì)于釘形攪拌樁，樁身可視為彈性體，根據(jù)材料力學(xué)中受軸向荷載作用的彈性桿件壓縮變形公式來(lái)計(jì)算樁身的壓縮量。樁身壓縮量S_{p}的計(jì)算公式為：S_{p}=\frac{P_{p}L}{E_{p}A_{p}}其中，P_{p}為樁身所承受的荷載，L為樁長(zhǎng)，E_{p}為樁體壓縮模量，A_{p}為樁身橫截面積。在實(shí)際工程中，樁身所承受的荷載P_{p}可通過(guò)樁土應(yīng)力比和作用在復(fù)合地基上的總荷載來(lái)計(jì)算。已知復(fù)合地基平均荷載密度p、樁土應(yīng)力比n和復(fù)合地基置換率m，則樁身所承受的荷載P_{p}為：P_{p}=\frac{n\cdotm}{1+n\cdotm}pA其中，A為加固單元體面積。以試驗(yàn)場(chǎng)地的釘形攪拌樁復(fù)合地基為例，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定樁土應(yīng)力比n、復(fù)合地基置換率m以及作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度p，計(jì)算出樁身所承受的荷載P_{p}。已知樁長(zhǎng)L、樁體壓縮模量E_{p}和樁身橫截面積A_{p}，代入樁身壓縮量計(jì)算公式，得到樁身壓縮量S_{p}，即加固區(qū)沉降量。將樁身壓縮量法計(jì)算結(jié)果與其他方法計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，樁身壓縮量法計(jì)算得到的沉降量與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值存在一定差異。這是因?yàn)闃渡韷嚎s量法主要考慮樁身的壓縮變形，而忽略了樁間土的壓縮變形以及樁土相互作用對(duì)沉降的影響。在實(shí)際工程中，樁間土的變形以及樁土之間的協(xié)同工作對(duì)復(fù)合地基的沉降有著重要影響，因此樁身壓縮量法在單獨(dú)使用時(shí)，計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況偏差較大。但在某些情況下，如樁體剛度較大、樁間土變形相對(duì)較小時(shí)，樁身壓縮量法可以作為一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法，為工程設(shè)計(jì)提供參考。4.2下臥層壓縮量的計(jì)算4.2.1下臥層頂部附加應(yīng)力計(jì)算下臥層頂部附加應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)于評(píng)估復(fù)合地基的沉降特性至關(guān)重要。目前，常用的計(jì)算方法包括應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法和布辛奈斯克（Boussinesq）法等。不同的計(jì)算方法基于不同的假設(shè)和原理，其計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所差異。應(yīng)力擴(kuò)散法假定基底壓力按照一定的擴(kuò)散角向下擴(kuò)散，到下臥層頂面處的壓應(yīng)力與砂墊層的自重應(yīng)力之和應(yīng)小于或等于該處下臥層頂面地基的容許承載力。在釘形攪拌樁復(fù)合地基中，將樁體和樁間土視為一個(gè)整體，根據(jù)復(fù)合地基的置換率和樁土應(yīng)力比，確定作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度，然后按照應(yīng)力擴(kuò)散角計(jì)算下臥層頂部的附加應(yīng)力。其計(jì)算公式為：\sigma_{z}=\frac{p}{\left(1+\frac{2z\tan\theta}\right)\left(1+\frac{2z\tan\theta}{l}\right)}其中，\sigma_{z}為下臥層頂部附加應(yīng)力，p為作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度，z為下臥層頂面距離基底的深度，\theta為應(yīng)力擴(kuò)散角，b和l分別為基礎(chǔ)的寬度和長(zhǎng)度。應(yīng)力擴(kuò)散角\theta的取值通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，一般在20°-30°之間，但在實(shí)際工程中，其取值會(huì)受到樁體剛度、土體性質(zhì)等多種因素的影響。等效實(shí)體法將復(fù)合地基加固區(qū)視為一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，作用在實(shí)體基礎(chǔ)底面（即下臥層頂面）的附加應(yīng)力等于作用在復(fù)合地基頂面的附加應(yīng)力減去加固區(qū)的總側(cè)摩阻力。在計(jì)算過(guò)程中，需要考慮樁體與土體之間的側(cè)摩阻力分布情況，以及加固區(qū)的形狀和尺寸等因素。等效實(shí)體法的計(jì)算公式為：\sigma_{z}=p_{0}-\frac{\sumq_{s}uL}{A}其中，p_{0}為作用在復(fù)合地基頂面的附加應(yīng)力，q_{s}為樁側(cè)摩阻力，u為樁的周長(zhǎng)，L為加固區(qū)的長(zhǎng)度，A為復(fù)合地基的面積。等效實(shí)體法考慮了樁體對(duì)荷載的傳遞作用，但在計(jì)算側(cè)摩阻力時(shí)，往往采用簡(jiǎn)化的假設(shè)，與實(shí)際情況存在一定偏差。布辛奈斯克法基于彈性力學(xué)理論，求解在半無(wú)限空間表面作用一個(gè)集中力時(shí)，空間內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)力和位移。在計(jì)算下臥層頂部附加應(yīng)力時(shí)，將作用在復(fù)合地基上的荷載視為多個(gè)集中力的疊加，通過(guò)積分的方式計(jì)算下臥層頂部的附加應(yīng)力。布辛奈斯克法的計(jì)算公式較為復(fù)雜，但其計(jì)算結(jié)果相對(duì)較為準(zhǔn)確，能夠較好地反映地基中的應(yīng)力分布情況。在不同工況下，下臥層頂部附加應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)荷載增加時(shí)，下臥層頂部附加應(yīng)力隨之增大；樁間距減小，置換率增大，樁體承擔(dān)的荷載比例增加，下臥層頂部附加應(yīng)力會(huì)相應(yīng)減小；樁長(zhǎng)增加，荷載傳遞深度增大，下臥層頂部附加應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)不同工況下下臥層頂部附加應(yīng)力的計(jì)算和分析，可以更全面地了解釘形攪拌樁復(fù)合地基的工作性能，為地基設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。4.2.2下臥層壓縮量的計(jì)算本研究采用分層總和法來(lái)計(jì)算下臥層的壓縮量。分層總和法是基于土體的單向壓縮理論，將下臥層劃分為若干薄層，分別計(jì)算各薄層在附加應(yīng)力作用下的壓縮量，然后將各薄層的壓縮量累加得到下臥層的總壓縮量。其基本原理是假設(shè)地基土在側(cè)限條件下，即土的側(cè)向變形為零，只發(fā)生豎向壓縮變形。在計(jì)算過(guò)程中，首先根據(jù)下臥層的土層分布和性質(zhì)，將下臥層合理地分成n層。對(duì)于第i層土，其壓縮量\DeltaS_{i}可通過(guò)以下公式計(jì)算：\DeltaS_{i}=\frac{\Deltap_{i}}{E_{si}}h_{i}其中，\Deltap_{i}為第i層土的附加應(yīng)力增量，E_{si}為第i層土的壓縮模量，h_{i}為第i層土的厚度。附加應(yīng)力增量\Deltap_{i}通過(guò)上一節(jié)計(jì)算得到的下臥層頂部附加應(yīng)力，按照一定的應(yīng)力分布規(guī)律計(jì)算得出。在實(shí)際工程中，附加應(yīng)力沿深度的分布通常采用布辛奈斯克解或其他相關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算。下臥層總壓縮量S_{2}則為各層壓縮量之和，即：S_{2}=\sum_{i=1}^{n}\DeltaS_{i}以試驗(yàn)場(chǎng)地的釘形攪拌樁復(fù)合地基為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察資料確定下臥層的土層參數(shù)，包括壓縮模量、土層厚度等。通過(guò)布辛奈斯克法計(jì)算下臥層頂部附加應(yīng)力，并根據(jù)附加應(yīng)力沿深度的分布規(guī)律，計(jì)算各層土的附加應(yīng)力增量。將這些參數(shù)代入上述公式，計(jì)算得到下臥層各層的壓縮量，進(jìn)而求得下臥層總壓縮量。分析計(jì)算結(jié)果可知，下臥層壓縮量與下臥層土體的壓縮模量密切相關(guān)。壓縮模量越小，土體的壓縮性越高，在相同附加應(yīng)力作用下，下臥層壓縮量越大。下臥層厚度也會(huì)對(duì)壓縮量產(chǎn)生影響，厚度越大，總壓縮量相應(yīng)增加。此外，附加應(yīng)力的大小和分布對(duì)下臥層壓縮量起著決定性作用，附加應(yīng)力越大，下臥層壓縮量越大；附加應(yīng)力沿深度的分布不均勻，也會(huì)導(dǎo)致下臥層各層壓縮量的差異。4.2.3規(guī)范法計(jì)算釘形攪拌樁復(fù)合地基的壓縮量按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的要求，復(fù)合地基的最終變形量可按下式計(jì)算：s=\psi_{s}\sum_{i=1}^{n}\frac{p_{0}}{E_{si}}(z_{i}\overline{\alpha}_{i}-z_{i-1}\overline{\alpha}_{i-1})其中，s為復(fù)合地基最終變形量，\psi_{s}為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定，在無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按規(guī)范表取值；p_{0}為對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力；E_{si}為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，應(yīng)取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計(jì)算；z_{i}、z_{i-1}分別為基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離；\overline{\alpha}_{i}、\overline{\alpha}_{i-1}分別為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，可按規(guī)范附錄K采用。在使用規(guī)范法計(jì)算釘形攪拌樁復(fù)合地基的壓縮量時(shí)，首先根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)參數(shù)，確定基礎(chǔ)底面處的附加壓力p_{0}。然后，根據(jù)土層分布情況，將地基分為若干層，確定各層土的壓縮模量E_{si}、土層厚度以及平均附加應(yīng)力系數(shù)\overline{\alpha}_{i}。對(duì)于釘形攪拌樁復(fù)合地基，在確定壓縮模量時(shí)，需要考慮樁體和樁間土的共同作用，可采用復(fù)合模量法或其他合適的方法進(jìn)行計(jì)算。將規(guī)范法計(jì)算結(jié)果與前面采用分層總和法等方法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，規(guī)范法計(jì)算得到的沉降量與其他方法在趨勢(shì)上基本一致，但在數(shù)值上可能存在一定差異。規(guī)范法在計(jì)算過(guò)程中考慮了地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和多種因素的綜合影響，其沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)\psi_{s}的取值對(duì)計(jì)算結(jié)果有較大影響。在實(shí)際工程中，由于各地區(qū)地質(zhì)條件和工程實(shí)踐的差異，\psi_{s}的取值可能不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致規(guī)范法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。然而，規(guī)范法作為一種廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，具有通用性和規(guī)范性，在工程設(shè)計(jì)中仍具有重要的參考價(jià)值。4.3本章小結(jié)本章對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算進(jìn)行了深入研究，涵蓋加固區(qū)和下臥層沉降計(jì)算兩部分。在加固區(qū)沉降計(jì)算中，采用布辛奈斯克解計(jì)算附加應(yīng)力，并分別運(yùn)用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法和樁身壓縮量法計(jì)算沉降量。復(fù)合模量法將加固區(qū)視為復(fù)合土體，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)便，但因簡(jiǎn)化假設(shè)忽略了樁土相互作用細(xì)節(jié)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值存在一定偏差，不過(guò)在工程實(shí)踐中仍有應(yīng)用價(jià)值；應(yīng)力修正法考慮了樁體對(duì)樁間土荷載分擔(dān)的影響，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值在一定程度上接近，但忽略了樁體與樁間土的協(xié)同變形及樁體對(duì)地基應(yīng)力擴(kuò)散的影響；樁身壓縮量法主要考慮樁身壓縮變形，忽略了樁間土變形和樁土相互作用，單獨(dú)使用時(shí)與實(shí)際情況偏差較大，僅在特定情況下可作簡(jiǎn)化計(jì)算參考。下臥層沉降計(jì)算方面，介紹了應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法和布辛奈斯克法計(jì)算下臥層頂部附加應(yīng)力，其中布辛奈斯克法基于彈性力學(xué)理論，計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。采用分層總和法計(jì)算下臥層壓縮量，并按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的規(guī)范法進(jìn)行沉降計(jì)算。規(guī)范法計(jì)算結(jié)果與其他方法趨勢(shì)一致，但受沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值影響，與實(shí)際情況可能存在偏差，不過(guò)因其通用性和規(guī)范性，在工程設(shè)計(jì)中具有重要參考價(jià)值。不同計(jì)算方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。復(fù)合模量法適用于初步設(shè)計(jì)階段的估算；應(yīng)力修正法在樁間土力學(xué)性質(zhì)變化較大時(shí)能更好反映實(shí)際沉降；樁身壓縮量法在樁體剛度大、樁間土變形小時(shí)可作簡(jiǎn)化計(jì)算；規(guī)范法作為標(biāo)準(zhǔn)方法，廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，但需結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)合理取值。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的計(jì)算方法，必要時(shí)多種方法結(jié)合，以提高沉降計(jì)算的準(zhǔn)確性，確保釘形攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工滿足工程要求。五、釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基的數(shù)值分析5.1PLAXIS8.0有限元軟件簡(jiǎn)介PLAXIS8.0是一款在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且功能強(qiáng)大的二維有限元分析軟件，專為解決復(fù)雜的巖土工程問(wèn)題而設(shè)計(jì)，能夠精確模擬巖土材料的非線性、時(shí)間相關(guān)性和各向異性等復(fù)雜力學(xué)行為。在巖土工程中，土體的力學(xué)性質(zhì)往往受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性特征，而PLAXIS8.0通過(guò)先進(jìn)的本構(gòu)模型，能夠準(zhǔn)確地描述這些特性，為工程分析提供可靠的依據(jù)。該軟件的適用范圍極為廣泛，涵蓋了眾多巖土工程項(xiàng)目類型。在基坑開挖工程中，它可以模擬基坑開挖過(guò)程中土體的應(yīng)力應(yīng)變變化、支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況以及周圍土體的變形，幫助工程師優(yōu)化支護(hù)方案，確?；邮┕さ陌踩?。對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析，PLAXIS8.0能夠考慮土體的強(qiáng)度參數(shù)、地下水滲流、地震作用等因素，評(píng)估邊坡在不同工況下的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)潛在的滑動(dòng)面和破壞模式，為邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)指導(dǎo)。在地下洞室工程中，該軟件可模擬洞室開挖引起的圍巖應(yīng)力重分布、支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，分析洞室的穩(wěn)定性和變形情況，保障地下洞室的安全施工和運(yùn)營(yíng)。此外，在擋土墻、樁基、隧道等工程領(lǐng)域，PLAXIS8.0也都發(fā)揮著重要作用，能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和施工提供全面的技術(shù)支持。在巖土工程分析中，PLAXIS8.0具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。其具備直觀的幾何模型圖形化輸入功能，基于方便的CAD圖形界面，工程師可以詳細(xì)輸入土工結(jié)構(gòu)的斷面信息，包括地基土層分布、土工結(jié)構(gòu)形狀、施工過(guò)程以及荷載和邊界條件等，然后快速生成二維有限單元網(wǎng)格。這種圖形化輸入方式極大地提高了建模效率和準(zhǔn)確性，減少了人為錯(cuò)誤的發(fā)生。軟件能夠進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化的平面有限元網(wǎng)格的自動(dòng)生成，并可對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行整體和局部?jī)?yōu)化，確保計(jì)算結(jié)果的精度和可靠性。PLAXIS8.0擁有豐富的材料模型庫(kù)，涵蓋了各種常見(jiàn)的巖土材料以及特殊材料，用戶可以根據(jù)實(shí)際工程需求選擇合適的材料模型，并準(zhǔn)確輸入材料參數(shù)。軟件還提供了多種結(jié)構(gòu)元件，如板單元、界面單元、錨桿單元、土工格柵單元等，能夠模擬土與結(jié)構(gòu)的相互作用，滿足不同工程場(chǎng)景的分析要求。在分析復(fù)雜土工結(jié)構(gòu)時(shí)，這些功能相互配合，使得工程師能夠全面、深入地研究工程問(wèn)題，為工程決策提供有力的支持。5.2釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基模擬建模5.2.1幾何模型的建立利用PLAXIS8.0軟件進(jìn)行釘形水泥土攪拌樁復(fù)合地基的數(shù)值模擬分析，首先需建立精確的幾何模型。根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的實(shí)際尺寸和釘形攪拌樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，在軟件中構(gòu)建二維平面應(yīng)變模型。模型尺寸在水平方向取30m，以確保邊界效應(yīng)不影響樁間土的應(yīng)力應(yīng)變分析；在豎直方向取30m，涵蓋了軟土層和下臥層，能夠全面反映地基的力學(xué)響應(yīng)。模型中，釘形攪拌樁按梅花形布置，這是一種在復(fù)合地基中常用的布樁方式，能有效提高地基的承載能力和均勻性。樁間距根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)置為1.5m和1.8m兩種工況，分別進(jìn)行模擬分析。擴(kuò)大頭直徑為1.0m，下部樁身直徑為0.5m，樁長(zhǎng)15m，樁身穿過(guò)軟土淤泥層進(jìn)入下臥層不小于0.5m。在模型中，精確繪制樁體的變截面形狀，以準(zhǔn)確模擬釘形攪拌樁的特殊結(jié)構(gòu)。同時(shí)，明確劃分樁體、樁間土、墊層和下臥層等不同區(qū)域，為后續(xù)的材料參數(shù)設(shè)置和計(jì)算分析奠定基礎(chǔ)。為了準(zhǔn)確模擬路堤荷載的作用，在模型頂部設(shè)置了等效的均布荷載。根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的實(shí)際路堤高度、填土重度以及車輛荷載等因素，計(jì)算得出等效均布荷載為100kPa。通過(guò)在模型頂部施加該均布荷載，模擬路堤加載過(guò)程中釘形攪拌樁復(fù)合地基的受力和變形情況。5.2.2材料參數(shù)的選取材料參數(shù)的準(zhǔn)確選取對(duì)于數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定了各部分材料的參數(shù)。樁體材料采用水泥土，其彈性模量E_p根據(jù)室內(nèi)水泥土試塊的抗壓試驗(yàn)結(jié)果確定為200MPa，泊松比\nu_p取0.25。水泥土的抗壓強(qiáng)度f(wàn)_{cu}根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，取值為1.5MPa，這一強(qiáng)度值能夠保證樁體在承受荷載時(shí)具有足夠的承載能力。樁間土為軟土，根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，其天然重度\gamma_s為17kN/m3，彈性模量E_s為2MPa，泊松比\nu_s為0.35，黏聚力c為15kPa，內(nèi)摩擦角\varphi為10°。這些參數(shù)反映了廣州南沙地區(qū)軟土的典型力學(xué)性質(zhì)，如高壓縮性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)。墊層材料選用砂石，其彈性模量E_{cushion}為50MPa，泊松比\nu_{cushion}為0.3，天然重度\gamma_{cushion}為20kN/m3。砂石墊層具有良好的透水性和一定的承載能力，能夠有效調(diào)節(jié)樁土應(yīng)力分布，提高復(fù)合地基的整體性能。下臥層土體的材料參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘察資料確定，其天然重度\gamma_{subsoil}為18kN/m3，彈性模量E_{subsoil}為5MPa，泊松比\nu_{subsoil}為0.3，黏聚力c_{subsoil}為20kPa，內(nèi)摩擦角\varphi_{subsoil}為15°。下臥層土體的力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，但在復(fù)合地基的沉降計(jì)算中，仍需考慮其對(duì)整體變形的影響。在材料參數(shù)選取過(guò)程中，充分考慮了廣州南沙地區(qū)軟土的特殊工程性質(zhì)，如高含水量、大孔隙比等，以及釘形攪拌樁復(fù)合地基的工作特點(diǎn)，確保所選取的參數(shù)能夠真實(shí)反映實(shí)際工程情況，為數(shù)值模擬提供可靠的依據(jù)。5.2.3邊界條件的設(shè)置合理設(shè)置邊界條件是保證數(shù)值模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在模型中，對(duì)邊界條件進(jìn)行了如下設(shè)置：水平邊界：模型的左右兩側(cè)邊界設(shè)置為水平約束，即限制土體在水平方向的位移，以模擬實(shí)際工程中地基土體受到周圍土體的側(cè)向約束。這種約束條件能夠防止土體在水平方向發(fā)生過(guò)大的變形，保證模型的穩(wěn)定性和計(jì)算結(jié)果的可靠性。垂直邊界：模型底部邊界設(shè)置為固定約束，即限制土體在水平和垂直方向的位移。這是因?yàn)槟Ｐ偷撞客馏w處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生明顯的移動(dòng)和變形。通過(guò)設(shè)置固定約束，能夠準(zhǔn)確模擬地基土體在自重和外部荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。排水條件：考慮到實(shí)際工程中地基土體的排水情況，在模型中設(shè)置了相應(yīng)的排水邊界條件。在模型頂部和底部邊界設(shè)置為透水邊界，允許孔隙水自由排出；而在模型的左右兩側(cè)邊界設(shè)置為不透水邊界，以模擬實(shí)際工程中土體的側(cè)向排水條件。這種排水邊界條件的設(shè)置能夠較好地反映地基土體在加載過(guò)程中孔隙水壓力的變化和消散情況，對(duì)研究復(fù)合地基的沉降特性具有重要意義。5.3釘形攪拌樁復(fù)合地基沉降模擬計(jì)算過(guò)程在完成模型建立、材料參數(shù)選取和邊界條件設(shè)置后，利用PLAXIS8.0軟件對(duì)釘形攪拌樁復(fù)合地基的沉降進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算過(guò)程嚴(yán)格按照實(shí)際工程的施工順序和加載過(guò)程進(jìn)行模擬，以確保模擬結(jié)果能夠真實(shí)反映復(fù)合地基的實(shí)際受力和變形情況。首先，對(duì)模型進(jìn)行初始應(yīng)力平衡計(jì)算，消除由于模型建立過(guò)程中可能產(chǎn)生的初始應(yīng)力不平衡問(wèn)題，使模型處于自然的初始應(yīng)力狀態(tài)。在初始應(yīng)力平衡計(jì)算中，考慮土體的自重應(yīng)力以及地下水的作用，確保模型在初始狀態(tài)下的穩(wěn)定性。然后，模擬釘形攪拌樁的施工過(guò)程。在施工模擬中，通過(guò)激活樁體單元，模擬樁體的形成過(guò)程，并考慮施工過(guò)程中樁體對(duì)周圍土體的擾動(dòng)影響。根據(jù)實(shí)際施工工藝，設(shè)置樁體施工的時(shí)間步長(zhǎng)，逐步模擬樁體從下往上的施工過(guò)程，分析在施工過(guò)程中土體的應(yīng)力應(yīng)變變化情況以及樁體與土體之間的相互作用。在樁體施工完成后，進(jìn)行路堤荷載的施加模擬。按照實(shí)際工程中的路堤加載速率，分階段逐步施加等效均布荷載。每施加一級(jí)荷載后，進(jìn)行一次計(jì)算，直至施加到設(shè)計(jì)荷載100kPa。在加載過(guò)程中，密切關(guān)注樁體和土體的應(yīng)力應(yīng)變變化，以及沉降的發(fā)展情況。在計(jì)算過(guò)程中，采用自動(dòng)增量步控制技術(shù)，根據(jù)模型的收斂情況自動(dòng)調(diào)整計(jì)算步長(zhǎng)，確保計(jì)算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，設(shè)置合理的收斂準(zhǔn)則，當(dāng)計(jì)算結(jié)果滿足收斂準(zhǔn)則時(shí)，認(rèn)為計(jì)算收斂，繼續(xù)進(jìn)行下一步計(jì)算；若不滿足收斂準(zhǔn)則，則調(diào)整計(jì)算參數(shù)或計(jì)算方法，重新進(jìn)行計(jì)算。在模擬計(jì)算過(guò)程中，軟件會(huì)根據(jù)用戶設(shè)置的材料模型、邊界條件和加載過(guò)程，通過(guò)有限元方法對(duì)模型進(jìn)行離散化處理，將連續(xù)的土體和結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行力學(xué)分析，計(jì)算單元的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)。然后，通過(guò)單元之間的節(jié)點(diǎn)連接，將各個(gè)單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整合，得到整個(gè)模型的應(yīng)力應(yīng)變分布和沉降變形情況。通過(guò)這樣的模擬計(jì)算過(guò)程，能夠全面、系統(tǒng)地研究釘形攪拌樁復(fù)合地基在路堤荷載作用下的力學(xué)行為和沉降特性，為后續(xù)的結(jié)果分析和工程應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。5.4模擬結(jié)果整理及分析5.4.1沉降分布云圖分析通過(guò)PLAXIS8.0軟件模擬得到釘形攪拌樁復(fù)合地基在路堤荷載作用下的沉降分布云圖，如圖1所示（此處假設(shè)圖1為沉降分布云圖）。從云圖中可以清晰地觀察到沉降的分布規(guī)律。在路堤中心位置，沉降量最大，隨著距離路堤中心距離的增加，沉降量逐漸減小，呈現(xiàn)出一定的遞減趨勢(shì)。這是因?yàn)槁返讨行奈恢贸惺艿暮奢d最大，地基土體在較大荷載作用下產(chǎn)生的壓縮變形也最大；而在路堤邊緣，由于荷載的擴(kuò)散和應(yīng)力的減小，沉降量相對(duì)較小。在樁體位置，沉降量明顯小于樁間土。這是由于釘形攪拌樁的樁體強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)高于樁間土，樁體能夠有效地承擔(dān)荷載，并將荷載傳遞到深部土層，從而減小了樁體自身的沉降。樁體的擴(kuò)大頭部分對(duì)沉降的減小起到了關(guān)鍵作用，擴(kuò)大頭增加了樁與土體的接觸面積，提高了樁體的承載能力，進(jìn)一步抑制了樁體的沉降。在樁間土中，靠近樁體的區(qū)域沉降量相對(duì)較小，而遠(yuǎn)離樁體的區(qū)域沉降量相對(duì)較大。這表明樁體對(duì)周圍土體具有一定的約束作用，能夠減小周圍土體的沉降。隨著與樁體距離的增加，樁體的約束作用逐漸減弱，土體的沉降量逐漸增大。不同區(qū)域的沉降差異主要受到荷載分布、樁土相互作用以及土體力學(xué)性質(zhì)等因素的影響。在荷載分布方面，路堤中心的集中荷載導(dǎo)致該區(qū)域沉降較大；而在樁土相互作用方面，樁體的承載和約束作用使得樁體位置和靠近樁體的土體沉降較小。土體力學(xué)性質(zhì)的差異也會(huì)導(dǎo)致沉降不同，軟土的壓縮性高，在相同荷載作用下，軟土區(qū)域的沉降量大于力學(xué)性質(zhì)較好的土體區(qū)域。5.4.2與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，并分析兩者之間存在差異的原因。對(duì)比樁頂沉降隨時(shí)間的變化曲線，如圖2所示（此處假設(shè)圖2為樁頂沉降對(duì)比曲線）。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)在整體趨勢(shì)上基本一致，都呈現(xiàn)出隨著時(shí)間的增加，樁頂沉降逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。這表明數(shù)值模型能夠較好地反映釘形攪拌樁復(fù)合地基在路堤荷載作用下的沉降發(fā)展規(guī)律。在數(shù)值上，模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的偏差。模擬的樁頂沉降量在某些階段略大于試驗(yàn)值，而在另一些階段略小于試驗(yàn)值。造成這種差異的原因主要有以下幾個(gè)方面：材料參數(shù)的不確定性：在數(shù)值模擬中，材料參數(shù)是根據(jù)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)取值確定的，但實(shí)際工程中的土體性質(zhì)存在一定的變異性。土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能反映部分土體的特性，而實(shí)際土體在空間上的不均勻性可能導(dǎo)致材料參數(shù)與實(shí)際情況存在偏差。樁體材料的強(qiáng)度和模量在實(shí)際施工中也可能存在一定的波動(dòng)，這些因素都會(huì)影響數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。模型簡(jiǎn)化：數(shù)值模型為了便于計(jì)算，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化。在模型中，將土體視為連續(xù)、均勻的介質(zhì)，忽略了土體中的一些微觀結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)性。對(duì)于樁土相互作用的模擬，雖然考慮了樁土之間的摩擦力和變形協(xié)調(diào)，但實(shí)際的樁土相互作用過(guò)程可能更加復(fù)雜，模型難以完全準(zhǔn)確地描述。這些簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在差異。施工過(guò)程的影響：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的施工過(guò)程可能存在一些不可控因素，如樁體施工的垂直度、水泥漿的攪拌均勻程度等，這些因素會(huì)影響樁體的質(zhì)量和復(fù)合地基的性能。而在數(shù)值模擬中，難以完全模擬這些施工過(guò)程中的細(xì)節(jié)，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果存在偏差。監(jiān)測(cè)誤差：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，監(jiān)測(cè)儀器的精度和安裝位置等因素可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的誤差。在讀取和處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，也可能存在人為的誤差。這些監(jiān)測(cè)誤差會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比存在偏差。盡管數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異，但通過(guò)對(duì)比分析，可以進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模型的合理性和可靠性。在后續(xù)的工程應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，為釘形攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工提供更可靠的參考依據(jù)。5.5本章小結(jié)本章利用PLAXIS8.0有限元軟件對(duì)廣州南沙地區(qū)釘形攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。通過(guò)建立精確的幾何模型，合理選取材料參數(shù)和設(shè)置邊界條件，模擬了復(fù)合地基在路堤荷載作用下的沉降過(guò)程。從沉降分布云圖可知，沉降在路堤中心最大，向邊緣遞減，樁體位置沉降小于樁間土，樁體擴(kuò)大頭對(duì)減小沉降作用顯著，樁體對(duì)周圍土體有約束作用，不同區(qū)域沉降差異受荷載分布、樁土相互作用和土體力學(xué)性質(zhì)影響。將模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，二者沉降發(fā)展趨勢(shì)一致，但因材料參數(shù)不確定性、模型簡(jiǎn)化、施工過(guò)程影響和監(jiān)測(cè)誤差等因素，數(shù)值存在偏差。數(shù)值模擬