CFG復合地基的優化設計方法探討

徐彥平

煙臺建筑設計有限公司，山東煙臺 264000

CFG復合地基的優化設計方法探討

徐彥平

煙臺建筑設計有限公司，山東煙臺 264000

目前，常用的CFG復合地基設計方法是通過復合地基承載力初選參數，根據變形調整參數。基于此，本文介紹了CFG復合地基的特性，論述了承載能力計算和變形計算方法，提出了CFG復合地基設計優化的方法，結合工程實例分析了其可行性，為以后對CFG復合地基設計提供了借鑒。

CFG樁；復合地基；承載能力計算；變形計算；優化設計

0 引言

近年來，隨著我國經濟建設的飛速發展，多高層建筑大量涌現。由于多高層建筑重心高、荷載大的特點，要求地基的強度與變形均很高。人們發現，當地基土達到一定強度時，可采用CFG樁復合地基，比傳統的樁基礎具有明顯的優勢，能夠取得較為滿意的效果。CFG復合地基由天然地基、CFG樁、和設置在基礎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、施工簡便、工期短、造價低、保護環境等優點。

當今在CFG復合地基設計方面存在的問題：設計人員經驗少，致使樁端持力層不合理以及置換率、樁間距、褥墊層設計不合理，導致復合地基承載力和地基變形達不符合設計規范。一旦設計出現問題，后果就不堪設想，因此對CFG復合地基設計方法的研究具有實際意義和科學指導意義。

1 CFG復合地基計算

1.1 CFG復合地基承載力計算

CFG樁復合地基承載力的計算不是簡單的天然地基承載力和單樁承載力疊加，需要對以下的因素：

1）考慮施工對樁間土的擾動和擠密是否會使得樁間土承載力降低或提高；

2）考慮樁對樁間土存在的約束作用；

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

4）考慮變形影響樁和樁間土的承載力，變形小時樁與樁間土的承載力小；

5）CFG復合地基樁間土承載力的大小與褥墊層的厚度有關。

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

PCf為復合地基實際承載力；K1為復合地基中樁承載力的修正值；

K2為復合地基中樁間土實際承載力修正系數；Ppf為單樁極限承載力；

Psf為天然地基承載力；λ1為復合地基破壞時樁體極限強度發揮度；

λ2為復合地基破壞時樁間土極限強度發揮度。

通常，單樁在散體式復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的破壞形式。因此，對其研究多從徑向入手。對于單樁承載力計算有3種：1）由Hughes和Withers運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運用擋土墻上被動土壓力的方法提出的計算單樁承載力的公式：

3）被動土壓法。

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

1.2 復合地基變形計算

對于復合地基變形計算，可將其變形分成3部分：加固區的變形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，在實際的工程當中，褥墊層的變形較小，且在施工時已近基本完成。對加固區的變形根據實際情況采用復合模量法、應力修正法以及樁身壓縮量法。其公式為：

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

對于以上的3種方法，復合模量法較方便，適合與散體材料和柔性樁復合地基。下臥土層壓縮量計算方法分為壓力擴散法和等效實體法，其具體公式為：

2 工程實例

2.1 工程概況

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

2.2 結果分析

運用MATLAB軟件對其進行優化設計分析得出以下結果。（1）按照傳統的設計得出的樁徑d=0.4m，樁長L=19m，復合地基的面積置換率為0.0448，褥墊層的厚度為200mm，布置樁的數量為389，CFG樁混合料用了933m3。經過優化后的幾種結果比較，可選用其中一組樁徑d=0.47m，樁長L=15.3m，復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，布置樁的數量為437，CFG樁混合料用了830m3，節省11.3%的材料。

3 結論

復合地基優化后的設計與原設計在相同地基變形的情況下，優化設計可以節省材料，取得一定的經濟效益。優化設計方法選取的設計參數僅僅是樁長和置換率，樁徑和褥墊層厚度等對復合地基影響影響沒有考慮，因此對CFG復合地基進行多參數優化設計研究非常必要。

[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化設計方法[J].地基基礎，2003(5).

[2]康景文，趙翔.CFG樁復合地基的應用及其發展[J].四川建筑，2007(1).

TU472

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1674-6708（2011）48-0082-02