CFG樁復(fù)合地基沉降數(shù)值模擬

劉武濤， 劉增榮， 徐亞莉

1西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院（710055） 2皖西學(xué)院城市建設(shè)與環(huán)境系（237012）

CFG樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高粘結(jié)強(qiáng)度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法[1]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)CFG樁沉降進(jìn)行了大量的研究，但樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算比較困難，本文以西安某高層CFG復(fù)合地基加固工程為背景,提出一種通過(guò)ANSYS數(shù)值模擬CFG單樁承載力現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定計(jì)算參數(shù)的方法，并分析了褥墊層厚度對(duì)沉降的影響，為褥墊層厚度取值提供參考。

1 工程概況

建筑物共三棟，均為24層，高度74.0m,框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深5.0m,采用CFG樁復(fù)合地基主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。

表1 CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)

2 三維有限元數(shù)值模擬

2.1 模型建立及參數(shù)選取

表2 模型參數(shù)表

模型采用SOLID42單元,網(wǎng)格劃分樁及其周圍適當(dāng)加密,約束為四周水平鏈桿,底部鉸支,頂部自由邊界,模型及網(wǎng)格劃分如圖1、圖2、圖3。計(jì)算范圍水平10倍直徑,深度2倍樁長(zhǎng)[3-4]。

用于數(shù)值模擬的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自2號(hào)試驗(yàn)樁，現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法,荷載為800 kPa,分8級(jí)加載，首次加載為100 kPa,后每次加載100 kPa。

2.2 單樁復(fù)合地基承載力數(shù)值模擬

有限元計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)結(jié)果比較相符，說(shuō)明計(jì)算采用的模型和參數(shù)比較合理。

2.3 褥墊層厚度對(duì)沉降的影響

采用上述模型,其中褥墊層厚度分別取 100、200、300、400、500，600、700、800 單位為 mm；采用面荷載，大小為 800 kPa 其數(shù)值模擬結(jié)果如圖5，從圖中可以看出:

1）隨著褥墊層厚度增加，樁頂沉降減小。地基土表面沉降增加，原因在于樁頂應(yīng)力減少，地基土應(yīng)力增加。當(dāng)厚度超過(guò)一定值后，樁土應(yīng)力及其沉降基本不變。褥墊層起到很好的調(diào)節(jié)應(yīng)力的作用。

2）褥墊層厚度越大，樁間土分擔(dān)的荷載越大。從而引起樁間土沉降量的增加，進(jìn)而樁反向刺入褥墊層量也在增加，還由于褥墊層自身的壓縮變形,導(dǎo)致整個(gè)地基沉降量有所增加。

3）從圖5中可以看出，當(dāng)褥墊層厚度超過(guò)500mm以后,樁和土沉降量增加趨勢(shì)明顯減弱，趨于穩(wěn)定，褥墊層對(duì)樁土應(yīng)力比調(diào)整作用不再明顯，原因在于當(dāng)墊層超過(guò)一定厚度，褥墊層剛度增大，將與加固區(qū)共同構(gòu)成雙層地基。CFG樁復(fù)合地基效應(yīng)將很難發(fā)揮。

3 結(jié)論

1）通過(guò)數(shù)值模擬CFG單樁承載力試驗(yàn)來(lái)確定計(jì)算參數(shù)的方法是可行的，能為群樁提供可靠的參數(shù)，進(jìn)而用于地基沉降的進(jìn)一步分析。

2）因?yàn)楸疚膶?shí)例所采用的為級(jí)配砂石墊層，對(duì)其褥墊層厚度在100mm～500 mm之間，沉降隨厚度的增加而增加，但隨著厚度繼續(xù)增加沉降不再顯著。綜合各種因素，褥墊層厚度推薦為100mm～450mm。

3）由于計(jì)算機(jī)資源有限，大面積群樁效應(yīng)還停留在理論階段，CFG樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論假設(shè)和實(shí)際工程還存在諸多矛盾，有關(guān)參數(shù)還難以確定，這方面問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

[1] 閻明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001

[2] 李椋京,化建新.CFG樁復(fù)合地基問(wèn)題[J].巖土工程技術(shù),2004（6）

[3] 王瑞芳,雷學(xué)文.CFG樁復(fù)合地基沉降數(shù)值分析[J].建筑科學(xué),2003,19(2):3841

[4] 師旭超,王延垓,汪稔等.水泥土樁復(fù)合地基變形分析[J].土工基礎(chǔ),2002,16(3):2l-23