土工合成材料联合加固碎石桩基础的承载与变形特性研究

为解决软弱地基中碎石桩承载力不足和变形控制难题，研究人员通过物理模型试验系统探究了垂直(L)、水平(D/3)及联合(L/2+2D/3)加固方式对碎石桩基础性能的影响。结果表明，全长包裹垂直加固可使承载力提升51%，径向变形率降至2.1%，应力集中比(SCR)达6.14，为工程实践提供了优化加固方案。

　　

软弱地基处理一直是岩土工程领域的重大挑战，传统碎石桩虽能通过置换和排水作用改善地基性能，但在低围压土体中常因侧向变形导致承载力骤降。更棘手的是，宽柔性荷载下碎石桩的侧向位移可能引发堤坝滑移灾害。面对这一难题，现有研究多聚焦单一加固方式——要么像"束腰"般用土工布垂直包裹桩体，要么如"千层饼"般分层铺设土工格栅，但两者协同作用机制尚不明朗。

针对这一研究空白，国内某研究机构团队在《Soil and Tillage Research》发表论文，通过精巧的物理模型试验揭示了联合加固的协同效应。研究人员构建了直径100mm、长600mm(L/D=6)的碎石桩模型，采用玻璃纤维土工布(抗拉强度23.8kN/m)和双向土工格栅(400g/m²)分别模拟垂直和水平加固。试验设计包含12种工况，系统比较了不同包裹长度(L、L/2)、格栅间距(D、2D/3、D/3)及其组合对承载力、SCR和径向变形率的影响。关键技术包括：标准击实试验控制密实度(95%最大干密度)、拉线位移传感器监测径向变形、土压力盒测量应力分布，以及分级加载至沉降稳定(<0.1mm/h)的破坏判定标准。

在承载性能方面，全长包裹垂直加固(L)展现出绝对优势，承载力较未加固桩提升51%，远超水平加固(D/3)39%的增幅。有趣的是，联合加固并非简单"1+1>2"——L/2+2D/3组合虽承载力接近全长包裹(提升49%)，但沉降控制更优，说明300mm包裹配合66.67mm格栅间距能最优协调两种加固机制的协同效应。

变形特征揭示了更深层机制：所有桩体变形集中于顶部3.5D范围内，但加固方式显著改变变形模式。未加固桩呈现"蘑菇式"膨胀(最大径向变形率8.5%)，而全长包裹桩变形均匀分布(2.1%)，宛如"钢柱"般挺拔。联合加固桩则呈现"上刚下柔"特性，包裹段变形率仅3.9%，未包裹段仍达5.2%，印证了垂直加固对侧向约束的主导作用。

应力重分布规律更凸显工程价值：随着沉降发展，SCR呈现"升高-峰值-衰减"三阶段特征。全长包裹桩SCR峰值达6.14，是未加固桩的1.8倍，且衰减后仍保持较高残余值，说明土工布有效抑制了应力向周围土体的转移。侧向应力峰值出现在2.5D深度，这与变形峰值位置高度吻合，揭示了"变形-应力"耦合作用机制。

该研究突破性地证实：垂直加固通过环向应力发挥"箍筋效应"，水平加固依赖层间摩擦实现"夹层约束"，而L/2+2D/3组合恰能平衡两者的空间互补性。这一发现为软弱地基处理提供了新思路——在工程造价敏感区域，采用分段垂直加固配合优化间距的水平加固，既可获得接近全长包裹的承载性能，又能节省30%土工材料用量。研究团队特别指出，当处理地震区地基时，联合加固的立体约束体系更能有效抵抗循环荷载，这为《建筑地基处理技术规范》的修订提供了实验依据。