CFG復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法探討

徐彥平

煙臺(tái)建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東煙臺(tái) 264000

CFG復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法探討

徐彥平

煙臺(tái)建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東煙臺(tái) 264000

目前，常用的CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法是通過(guò)復(fù)合地基承載力初選參數(shù)，根據(jù)變形調(diào)整參數(shù)。基于此，本文介紹了CFG復(fù)合地基的特性，論述了承載能力計(jì)算和變形計(jì)算方法，提出了CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，結(jié)合工程實(shí)例分析了其可行性，為以后對(duì)CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)提供了借鑒。

CFG樁；復(fù)合地基；承載能力計(jì)算；變形計(jì)算；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，多高層建筑大量涌現(xiàn)。由于多高層建筑重心高、荷載大的特點(diǎn)，要求地基的強(qiáng)度與變形均很高。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鼗吝_(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，可采用CFG樁復(fù)合地基，比傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠取得較為滿意的效果。CFG復(fù)合地基由天然地基、CFG樁、和設(shè)置在基礎(chǔ)與樁土表面之間的一層散體材料褥墊層組成。其具有適用性廣、承載力提高幅度大、施工簡(jiǎn)便、工期短、造價(jià)低、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)今在CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題：設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)少，致使樁端持力層不合理以及置換率、樁間距、褥墊層設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致復(fù)合地基承載力和地基變形達(dá)不符合設(shè)計(jì)規(guī)范。一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，后果就不堪設(shè)想，因此對(duì)CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法的研究具有實(shí)際意義和科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 CFG復(fù)合地基計(jì)算

1.1 CFG復(fù)合地基承載力計(jì)算

CFG樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算不是簡(jiǎn)單的天然地基承載力和單樁承載力疊加，需要對(duì)以下的因素：

1）考慮施工對(duì)樁間土的擾動(dòng)和擠密是否會(huì)使得樁間土承載力降低或提高；

2）考慮樁對(duì)樁間土存在的約束作用；

3）考慮CFG復(fù)合地基中樁的荷載-地基沉降曲線出現(xiàn)硬化型，比單樁的承載力高；

4）考慮變形影響樁和樁間土的承載力，變形小時(shí)樁與樁間土的承載力??；

5）CFG復(fù)合地基樁間土承載力的大小與褥墊層的厚度有關(guān)。

龔曉南綜合考慮了復(fù)合地基中實(shí)際發(fā)揮的承載力與樁體、樁間土的承載力的不同，以及在復(fù)合地基中土先破壞的假定提出了復(fù)合地基的承載力公式：

PCf為復(fù)合地基實(shí)際承載力；K1為復(fù)合地基中樁承載力的修正值；

K2為復(fù)合地基中樁間土實(shí)際承載力修正系數(shù)；Ppf為單樁極限承載力；

Psf為天然地基承載力；λ1為復(fù)合地基破壞時(shí)樁體極限強(qiáng)度發(fā)揮度；

λ2為復(fù)合地基破壞時(shí)樁間土極限強(qiáng)度發(fā)揮度。

通常，單樁在散體式復(fù)合地基中的破壞有刺入破壞、整體剪切破壞與鼓脹破壞。其中鼓脹破壞是單樁最常見(jiàn)的破壞形式。因此，對(duì)其研究多從徑向入手。對(duì)于單樁承載力計(jì)算有3種：1）由Hughes和Withers運(yùn)用極限平衡理論分析，得出以下單樁的極限承載力公式：

2）wong運(yùn)用擋土墻上被動(dòng)土壓力的方法提出的計(jì)算單樁承載力的公式：

3）被動(dòng)土壓法。

公式（1）-（4）中，γ為土重度；z為土深度；Cu為土的抗剪強(qiáng)度；KPS為樁周土的被動(dòng)土壓力系數(shù)；?p為樁體材料內(nèi)摩擦角；σs0為樁間土上豎向荷載；K p為樁體材料被動(dòng)土壓力系數(shù)。

1.2 復(fù)合地基變形計(jì)算

對(duì)于復(fù)合地基變形計(jì)算，可將其變形分成3部分：加固區(qū)的變形S1，壓縮層下臥層的變形S2以及褥墊層的變形S3。在荷載作用下，地基總的沉降為這3部分之后：即：S=S1+S2+S3，但是，在實(shí)際的工程當(dāng)中，褥墊層的變形較小，且在施工時(shí)已近基本完成。對(duì)加固區(qū)的變形根據(jù)實(shí)際情況采用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法以及樁身壓縮量法。其公式為：

公式（5）-（7）中：m為復(fù)合地基置換率；n為樁土修正系數(shù)；Sp為樁身壓縮量；Eps為樁體壓縮模量；Hi為第i層復(fù)合土層厚度；?pi為第i層復(fù)合土上的附加應(yīng)力增量。

對(duì)于以上的3種方法，復(fù)合模量法較方便，適合與散體材料和柔性樁復(fù)合地基。下臥土層壓縮量計(jì)算方法分為壓力擴(kuò)散法和等效實(shí)體法，其具體公式為：

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某高層地上24層，地下1層，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏片基礎(chǔ)，基礎(chǔ)面積為30×36m，基礎(chǔ)埋身為7m。傳遞荷載F=4.1×105kN，M=2.1×105kN·m。采用CFG復(fù)合地基，樁的直徑為0.4m，樁長(zhǎng)為19m，等邊三角形布置樁，間距為1.8m，樁土承載力折減系數(shù)為0.8。土層第一層為填土，層底賣(mài)深為2m，土層厚度為2m，重度為18kN/m3；第二層土為粘土，層底賣(mài)深為7m，土層厚度為5m，重度為19.2kN/m3；第三層土為粉質(zhì)粘土，層底賣(mài)深為18m，土層厚度為11m，重度為19.8kN/m3，壓縮模量為6.4MPa，側(cè)阻力為48kPa，承載力特征值為140kPa；第四層土為粉土，層底賣(mài)深為23m，土層厚度為5m，重度為20.5kN/m3，壓縮模量為12MPa，側(cè)阻力為54 kPa，端阻力為1 000kPa，承載力特征值為180kPa。

2.2 結(jié)果分析

運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析得出以下結(jié)果。（1）按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)得出的樁徑d=0.4m，樁長(zhǎng)L=19m，復(fù)合地基的面積置換率為0.0448，褥墊層的厚度為200mm，布置樁的數(shù)量為389，CFG樁混合料用了933m3。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的幾種結(jié)果比較，可選用其中一組樁徑d=0.47m，樁長(zhǎng)L=15.3m，復(fù)合地基的面積置換率為0.0398，樁間距為1.7m，褥墊層的厚度為200mm，布置樁的數(shù)量為437，CFG樁混合料用了830m3，節(jié)省11.3%的材料。

3 結(jié)論

復(fù)合地基優(yōu)化后的設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)在相同地基變形的情況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)可以節(jié)省材料，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法選取的設(shè)計(jì)參數(shù)僅僅是樁長(zhǎng)和置換率，樁徑和褥墊層厚度等對(duì)復(fù)合地基影響影響沒(méi)有考慮，因此對(duì)CFG復(fù)合地基進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究非常必要。

[1]張世堯，陳濤，顧祥林.以沉降控制的摻粉煤灰水泥粉噴樁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].地基基礎(chǔ)，2003(5).

[2]康景文，趙翔.CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用及其發(fā)展[J].四川建筑，2007(1).

TU472

A

1674-6708（2011）48-0082-02