CFG樁復合地基用于地鐵車站的數值分析

馬 玉 會

(1.武漢交通職業學院，湖北 武漢 430065； 2.北京交通大學，北京 100044)

CFG樁復合地基用于地鐵車站的數值分析

馬 玉 會1，2

(1.武漢交通職業學院，湖北 武漢 430065； 2.北京交通大學，北京 100044)

依據北京地鐵十四號線平樂園站的設計數據建立了有限元模型，對CFG樁應用于地鐵車站進行了數值分析，并與樁基礎方案進行了比較，結果顯示，將CFG樁用于地鐵車站中，可改善地基，能達到控制基礎沉降的作用，且車站底板彎矩較小，相比樁基礎單獨作用有一定的優勢。

CFG樁復合地基，地鐵車站，數值分析，變形

1 工程概況

北京地鐵十四號線平樂園站是北京市地鐵十四號線工程的一個中間站，車站主體結構為三層三跨框架結構，采用蓋挖逆筑法施工。車站有效站臺長度為138 m，車站中心覆土約為3.1 m，標準段寬度為21.1 m，標準段基坑深度為22.9 m，設計最大樁長為28.5 m。車站典型橫剖面見圖1。

車站基坑邊坡土層按其沉積年代及工程性質可分為人工堆積層、第四紀沉積層。中間樁基礎持力層為粉質粘土層，地基承載力為330 kPa。

2 樁基礎性狀分析

原設計方案為鉆孔灌注樁，樁長為28.5 m，樁徑為2 m，樁間距為橫向5.6 m，縱向7.66 m。建立有限元分析模型進行變形與內力分析，結果如下。

2.1 變形分析

車站整體沉降圖見圖2。

1)車站整體沉降呈“盆”狀，且在距離車站跨中一定范圍內變形較平緩。

2)底板變形最大值在縱向跨中橫向跨邊位置，變形最小值位于底板四角處。

2.2 內力分析

主要分析各板所受彎矩(見圖3)，計算結果表明車站底板的彎矩最大。由板的彎矩圖可以看出，車站各板中跨跨中彎矩的變化曲線為鋸齒形，其峰值對應板與樁柱端結合處，因而需注意板、樁柱結合處由于剪力和彎矩過大而產生剪切破壞。

對于地鐵車站變形及內力的計算結果符合已有規律，說明模型可用。并計算了樁長變化對于基礎沉降和底板彎矩的影響，計算結果顯示：增加樁長可以有效控制基礎沉降；同時，隨著樁長的增加，底板彎矩也會隨之增加；樁越長，板與樁柱結合處的應力集中越明顯。

3 CFG樁復合地基性狀分析

CFG樁復合地基各設計參數中樁數(樁間距)、樁長對復合地基的作用效果影響最明顯，且直接關系到工程造價。為達到控制基礎沉降的目的，對主要控制參數(樁間距、樁長)對地鐵車站基礎變形和內力的影響進行分析，以指導設計與施工。

3.1 樁間距的影響

考慮到樁長及樁體模量等的影響，在此CFG樁長取為21.8 m，即復合地基加固區厚度為21.8 m。樁徑取為0.6 m，樁間距分別取為H=2 m，3 m，4 m，樁孔位采用正方形布置，樁間距的變化對于車站底板變形和內力的影響如圖4，圖5所示。可以看出，樁間距越小，底板變形與差異變形越小，且底板彎矩減小。

3.2 樁長的影響

為分析CFG樁樁長對基礎性狀的影響，選取樁徑為0.6 m，樁間距為3 m，樁長分別為L=7.5 m，11.5 m，16.4 m，21.8 m，進行數值分析，樁長變化對于底板變形及內力的影響見圖6，圖7，可以看出，增加CFG樁樁長，基礎沉降與底板差異變形減小，對于底板彎矩影響較小。

4 CFG樁與樁基礎共同作用

為更明顯的表現CFG樁復合地基對車站基礎與結構的影響，根據對樁基礎和CFG樁復合地基對于地鐵車站的影響分析，設計樁基礎與CFG樁復合地基共同作用的車站基礎與地基形式。

為方便比較，選取方案1為單獨樁基礎作用方案：樁長7.5 m，樁徑2 m，樁間距7.66 m。方案2為樁基礎與CFG樁復合地基共同作用方案：樁基礎設計數據與方案1相同，CFG樁復合地基各設計參數為：CFG樁間距3 m，樁長11.5 m，樁徑0.6 m。建立模型，計算結果如下:1)底板變形。圖8給出了樁基礎方案和樁基礎與CFG樁共同作用方案的底板中跨跨中沿車站縱向和沿車站橫向的變形曲線。由圖可以看出，共同作用方案下基礎沉降最大值為14.78 mm，樁基礎方案下基礎沉降最大值為15.85 mm，沉降減小百分比為7.2%。2)底板彎矩。圖9給出了兩種方案下底板中跨跨中彎矩沿車站縱向的變化曲線，可以看出：共同作用方案相比樁基礎方案，底板彎矩有減小的趨勢，因為采用復合地基增加了地基剛度，可減小底板的內力分配。

5 結論與建議

以北京地鐵十四號線平樂園站為依據，利用MIDAS/GTS有限元軟件建立地鐵車站的計算模型，分別對樁基礎方案、CFG樁復合地基方案、樁基礎與CFG樁復合地基共同作用方案進行了分析，通過大量的模型計算，得到了以下結論：

1)采用樁基礎方案時：在其他條件不變時，增大基樁樁長，不僅可以大大減小基礎的平均沉降，同時可以顯著減小基礎的差異沉降，但增大樁長對底板彎矩的影響較大，使得底板彎矩增加且應力集中明顯。

2)采用CFG樁復合地基方案時：樁間距、樁長都能夠改變復合地基的工作性狀，減小樁間距、增大樁長能夠增大地基剛度，可以有效減小基礎沉降，且樁間距、樁長變化對底板內力影響甚微。

3)相比較樁基礎方案和CFG樁復合地基方案，利用CFG樁復合地基可有效減小車站底板的受力和應力集中。

4)充分利用樁基礎和復合地基各自的優勢，樁基礎與CFG樁共同作用時，利用CFG樁技術加固地基，樁基礎的基樁長度較小時即能滿足基礎沉降要求，且能夠減小樁長增加引起的應力集中。

5)在地鐵車站建設中，可用CFG樁復合地基改善地基性狀，減小樁基礎長度，降低造價。

[1] 王志紅.北京地鐵平樂園站蓋挖逆筑深基坑設計[J].巖土工程學報，2012,34(sup):699-704.

[2] 蔣 力,毛海和,王 偉.杭州地鐵車站縱向沉降及地基處理分析[J].都市快軌交通，2010,23(6):75-78.

[3] 婁國充,馮 濤.CFG樁復合地基的有限元分析[J].路基工程，2000(3):53-55.

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].

[5] GB 50007—2002，建筑地基基礎設計規范[S].

Numerical analysis of CFG pile composite foundation in subway station

Ma Yuhui1，2

(1.WuhanVocationalCollegeofTraffic,Wuhan430065,China； 2.BeijingUniversityofCommunication,Beijing100044,China)

The thesis establishes finite element model according to Pingleyuan station design data of Beijing subway line No.14, carries out numerical analysis of subway station with CFG pile, and compares it with pile foundation scheme. Results show some merits of applying CFG pile in subway station, such as improving foundation, controlling foundation subsidence, reducing bottom subway station bending moment， compared with the separate effect have the advantage of pile foundation.

CFG pile composite foundation, subway station, numerical analysis, deformation

1009-6825(2015)07-0082-03

2014-12-23

馬玉會(1986- )，女，碩士，助理工程師

TU473.1

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