CFG樁復(fù)合地基沉降變形計(jì)算問題的研究

文/吳釵 邯鄲市建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 河北邯鄲 056000

CFG樁復(fù)合地基沉降變形計(jì)算問題的研究

文/吳釵 邯鄲市建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 河北邯鄲 056000

CFG樁復(fù)合地基是近幾年來建筑工程領(lǐng)域新發(fā)展起來的一項(xiàng)地基處理技術(shù)，因由碎石、砂、石屑、粉煤灰、水泥等經(jīng)過拌和而制成，因此又成為水泥粉煤灰碎石樁。CFG樁具有適用范圍廣、承載力強(qiáng)、地基沉降變形量小、施工方便、工程造價低等特點(diǎn)，以其較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于建筑物的地基改造處理方面。本文主要對CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理和沉降變形模式進(jìn)行了分析，對其沉降變形計(jì)算及變形影響因素進(jìn)行了探討。

CFG樁；復(fù)合地基；變形計(jì)算

隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展和建筑技術(shù)的日趨成熟，復(fù)合地基逐漸被應(yīng)用于建筑施工當(dāng)中。復(fù)合地基就是通過設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體，將其與天然地基相結(jié)合，形成共同承載體，共同承擔(dān)建筑物荷載的一種人工地基。縱向增強(qiáng)體被稱為柱，由模量和強(qiáng)度高于原土的材料組成，CFG樁即是由碎石、砂石、粉煤灰等粒徑不大于30mm的材料與適量水泥和水進(jìn)行拌和，用成樁機(jī)械在地基中制成，強(qiáng)度等級為C15—C25的樁。CFG樁與褥墊層、樁間土一起形成了復(fù)合地基，有效提高了地基的承載力和抗變形力，是目前高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基的代表，在目前很多的多層和30層以下高層建筑的地基處理中都有應(yīng)用，對于CFG樁復(fù)合地基沉降變形的計(jì)算也成為了建筑中的重要問題。

一、CFG樁復(fù)合地基的工作機(jī)理。

CFG樁復(fù)合地基由高粘結(jié)強(qiáng)度樁、褥墊層、樁間土一起組成，通過褥墊層與建筑基礎(chǔ)連接，使樁端無論落在堅(jiān)硬土層或是一般土層，都可以保證樁間土始終參與工作，使地基整體受力更均衡，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固，充分體現(xiàn)出了復(fù)合地基的優(yōu)勢。CFG樁復(fù)合地基主要通過樁體作用、樁間土作用及褥墊層作用對地基進(jìn)行加固，當(dāng)?shù)鼗惺茇Q向荷載時，樁間土與樁都會受力而產(chǎn)生沉降變形，由于樁的模量要大于樁間土的模量，樁間土的變形量要小于樁間土，長時間的荷載作用下，就會產(chǎn)生荷載慢慢向樁頂集中的情況。通過設(shè)置褥墊層，可以將上部傳來的壓力進(jìn)行變形，使壓力能夠以一定的比例同時分配給樁與樁間土，使兩者共同承擔(dān)荷載壓力。同時，由于樁在承擔(dān)荷載時，會對土產(chǎn)生擠密作用，使樁間土變得更為密實(shí)，更為穩(wěn)固，并且對樁體產(chǎn)生較強(qiáng)的側(cè)應(yīng)力，改善了樁的受力性能，樁體、樁間土、褥墊層共同作用，形成了復(fù)合地基的受力整體。

二、CFG樁復(fù)合地基的變形計(jì)算。

1.CFG樁復(fù)合地基沉降變形模式。

當(dāng)?shù)鼗惺芎奢d后，復(fù)合地基的各部分，包括褥墊層、樁間土、樁體、下臥層都會產(chǎn)生沉降變形，地基的基礎(chǔ)總沉降量一般為各部分變形量的總和。當(dāng)荷載P作用于地基時，樁頂產(chǎn)生的變形量為Sp，樁端處樁變形量為Sp'，由于樁體模量較大，因此一般軸向力造成的樁體的壓縮變形極小，可忽略不計(jì)，樁體任一截面處的位移則可視為等于樁頂位移，則有Sp=Sp'。同時，樁頂、樁端會在荷載作用下分別刺入褥墊層和下臥層，刺入量分別為Δ上、Δ下，褥墊層、下臥層間土在荷載作用下產(chǎn)生的變形量S1=Δ上+Δ下。下臥層壓縮量為S2，褥墊層壓縮量為S3，則基礎(chǔ)沉降量S=S1+S2+S3。由于褥墊層主要起到傳遞荷載的作用，壓縮變形量很小，因此，S=S1+S2+S3≈S1+S2。

2.CFG復(fù)合地基的沉降變形計(jì)算。

對于CFG復(fù)合地基最終沉降量的計(jì)算可按照分層總和法來進(jìn)行，將地基劃分為若干層，對每個單元層的沉降變形量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相加從而得到最終沉降量。在進(jìn)行變形量計(jì)算時，應(yīng)注意以下：復(fù)合地基與天然土層地基的分層方法相同，各復(fù)合土層的壓縮模量為該天然地基層壓縮模量的一定倍數(shù)，這個倍數(shù)可以用復(fù)合地基承載力特征值除以基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值來計(jì)算；復(fù)合地基的變形計(jì)算深度必須大于復(fù)合土層的厚度。

三、計(jì)算時應(yīng)注意的問題。

1.模量的選取。

模量的選取應(yīng)根據(jù)地基結(jié)構(gòu)情況來決定，下臥層用天然地基壓縮模量來計(jì)算變形，復(fù)合地基加固層則用復(fù)合模量來計(jì)算。壓縮模量有兩種，即自重壓力和附加壓力為100，200，300，…kPa壓力范圍的壓縮模量和整數(shù)壓力區(qū)間的壓縮模量，兩種形式都存在一個同樣的問題：如果自重壓力與自重壓力與附加壓力的和在同一個壓力區(qū)間時，可選取近似該整數(shù)壓力區(qū)間的模量，而當(dāng)其不在同一壓力區(qū)間時，模量選取時就會有一定的誤差存在。針對這種情況需要通過獲取不同固結(jié)壓力下的孔隙比而精確計(jì)算出相應(yīng)壓力區(qū)間的模量，再進(jìn)行地基的變形計(jì)算。

2.附加壓力的計(jì)算。

在天然地基與復(fù)合地基中，都會不可避免地涉及到確定附加壓力的問題。

（1）復(fù)合地基加固區(qū)附加壓力的選取。

復(fù)合地基的附加壓力的選取則與天然地基存在較大的區(qū)別。在復(fù)合地基加固區(qū)的變形計(jì)算中，一般仍使用分層總和法的計(jì)算原理，用樁土復(fù)合變形模量來替代天然地基土的變形模量。采用這種方法不僅能夠計(jì)算出地基中心和邊緣處的變形量，而且還可以計(jì)算出加固區(qū)各分層土層的變形量，該計(jì)算方法較為簡便且有較為充足的理論依據(jù)。但是該方法中對于加固區(qū)附加應(yīng)力的選取仍為天然地基中的值，這點(diǎn)顯然是與復(fù)合地基的變形計(jì)算是不相符的。CFG樁復(fù)合地基復(fù)合近似彈性體、半空間無限體，但不滿足均質(zhì)體條件，而該方法中地基附加應(yīng)力則是將地基視為均質(zhì)體而得出的，因此，復(fù)合地基中應(yīng)力的選取應(yīng)區(qū)別于天然地基，才能計(jì)算出較為準(zhǔn)確的地基變形量。

（2）地下水位對計(jì)算附加壓力的影響。

地下水的浮力作用也是影響附加壓力的重要因素，由于地下水水位的不同，會對建筑物和地基土產(chǎn)生浮力。在計(jì)算基底壓力的時候如果扣除了地下水浮力，那么同時在計(jì)算附加壓力時也應(yīng)充分考慮到地下水的浮力作用，如果計(jì)算基底壓力時沒有扣除浮力的話，則計(jì)算附加壓力時也不用考慮地下水位的影響。

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