軟巖大直徑樁復(fù)合地基深度修正方法數(shù)值分析研究

鐘 靜 ， 胡 熠

(1. 西南交通大學(xué), 四川成都 610031； 2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

軟巖大直徑樁復(fù)合地基深度修正方法數(shù)值分析研究

鐘 靜1， 胡 熠2

(1. 西南交通大學(xué), 四川成都 610031； 2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

軟巖大直徑樁復(fù)合地基是一種特殊的剛性樁復(fù)合地基，為研究現(xiàn)有規(guī)范中對于地基承載力的深度修正方法是否適用于軟巖復(fù)合地基，文章通過建立不同埋深的復(fù)合地基有限差分模型，對不同埋深的復(fù)合地基承載力進(jìn)行模擬計算。計算結(jié)果表明軟巖復(fù)合地基承載力隨深度增加而增大，增大幅度高于現(xiàn)有規(guī)范深度修正計算結(jié)果，因此采用現(xiàn)規(guī)范中的深度修正方法對軟巖復(fù)合地基進(jìn)行修正偏于安全，可直接采用該修正方法。

軟巖復(fù)合地基； 深度修正； 承載力； 數(shù)值分析

軟巖大直徑樁復(fù)合地基是一種特殊的剛性樁復(fù)合地基。與一般的復(fù)合地基不同，軟巖大直徑樁復(fù)合地基以軟巖地基為處理對象，因此在受力變形特性上與一般復(fù)合地基具有很大差異。根據(jù)GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，當(dāng)基礎(chǔ)埋置設(shè)計大于0.5 m時候，可進(jìn)行復(fù)合地基地基承載力修正。但該規(guī)定是否在軟巖大直徑樁復(fù)合地基中也適用，還需要進(jìn)行分析驗證。本文采用有限差分法數(shù)值模擬軟件建立了不同埋置深度的軟巖大直徑樁復(fù)合地基模型，計算得出對不同埋深的復(fù)合地基承載力值，并與規(guī)范規(guī)定深度修正值進(jìn)行對比分析。本文得出的結(jié)論可以為今后軟巖大直徑樁復(fù)合地基深寬修正提供理論依據(jù)，并積累相關(guān)工程經(jīng)驗。

1 模型建立

以成都某大直徑樁復(fù)合地基工程為背景建立數(shù)值模型。分別建立了不同埋置深度的大直徑樁復(fù)合地基1/4簡化對稱模型。復(fù)合地基埋深分別為11 m、13 m、15 m、17 m和19 m。

以埋深13 m的復(fù)合地基數(shù)值模型為例進(jìn)行介紹，模型長×寬×高分別為63 m×39 m×40.15 m，包含128根大直徑素混凝土樁，每根素混凝土樁直徑1.5 m，高12 m，樁間距3 m，基礎(chǔ)上部為0.15 m厚的素混凝土褥墊層和2.2 m厚的混凝土筏板基礎(chǔ)。整個模型中全部使用實體單元建立，模型共115 303個實體單元，建立的數(shù)值模型示意如圖1所示。

圖1 建立的數(shù)值模型示意

模型中復(fù)合地基巖土從上至下依次為卵石層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖，卵石層為5 m，強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖分別為7 m和15 m。地層的工程特性指標(biāo)按照依托工程中巖土工程特性指標(biāo)建議值進(jìn)行取值，模型中巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

在復(fù)合地基模型中設(shè)置了接觸面來模擬大直徑樁與巖土體間的相互作用，接觸面參數(shù)按照依托工程詳細(xì)勘察報告中提供的人工挖孔灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)置。

在進(jìn)行數(shù)值模擬時，模型施加的邊界條件為：約束模型底部邊界上所有節(jié)點(diǎn)Z方向的變形；約束模型Y方向(短邊)兩側(cè)面上的所有節(jié)點(diǎn)Y方向的變形；約束模型X方向(長邊)兩側(cè)面上的所有節(jié)點(diǎn)X方向的變形。

表1 模型各地層物理力學(xué)參數(shù)

模型中施加的荷載為面荷載，施加在筏板頂面，模型以每150 kPa為一級進(jìn)行多級加載至破壞。

2 設(shè)計荷載下復(fù)合地基沉降分析

依托工程中復(fù)合地基設(shè)計荷載為900 kPa，首先對不同埋深下的復(fù)合地基在設(shè)計荷載作用下的變形情況進(jìn)行分析。

由于計算的模型數(shù)量較多，因此以埋置深度13 m的復(fù)合地基模型在900 kPa設(shè)計荷載作用下的計算結(jié)果為例進(jìn)行介紹。計算得到的模型豎向變形云圖和豎向應(yīng)力云圖如圖2、圖3所示。從圖中可以看出，在900 kPa荷載作用下，復(fù)合地基上部筏板基礎(chǔ)沉降量在15～23 mm之間，基底應(yīng)力在1.5～2.0 MPa之間。

圖2 模型筏板沉降云圖

圖3 模型豎向應(yīng)力云圖

在模型筏板基礎(chǔ)上選取不同測點(diǎn)分析筏板基礎(chǔ)的變形特性。不同埋置深度下筏板基礎(chǔ)的沉降變形曲線如圖4所示。從圖中可以看出，在同一荷載和同一模型中，筏板基礎(chǔ)中心位置的沉降較筏板基礎(chǔ)邊緣位置的沉降更大。隨著基坑深度的增加，筏板的沉降逐漸減小。埋深19 m的筏板基礎(chǔ)最大沉降較埋深11 m的筏板基礎(chǔ)減小約3 mm，約占變形總量的20 %，埋深對復(fù)合地基變形影響較大。

圖4 不同基坑深度模型筏板沉降曲線

3 埋深對復(fù)合地基承載力影響分析

對設(shè)計荷載下的復(fù)合地基受力變形特征分析完成后，繼續(xù)加載至復(fù)合地基破壞，得出不同埋深下的復(fù)合地基承載力值。

JGJ 160-2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中確定承載力的方法有兩種：對于陡降型P-S曲線，可根據(jù)沉降量隨荷載變化的特征確定，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值；對于緩變型P-S曲線，可根據(jù)沉降量來確定，宜取S=40 mm對應(yīng)的荷載值。

不同基坑深度模型逐級加載至破壞的P-S曲線如圖5所示。從曲線中可看出，P-S曲線無明顯拐點(diǎn)，因此以沉降量40 mm對應(yīng)的荷載來確定復(fù)合地基承載力。最終得出埋深11 m模型承載力為1 884 kPa、埋深13 m模型承載力為1 945 kPa、埋深15 m模型承載力為2 006 kPa、埋深17 m模型承載力為2 067 kPa、埋深19 m模型承載力為2 128 kPa。

圖5 不同基坑深度模型P-S曲線

不同基坑深度模型承載力變化對比曲線如圖6所示。從圖中可知，軟巖復(fù)合地基受周邊巖土超載影響，因而承載力值隨埋深的增加而增大。

圖6 不同基坑深度模型承載力變化曲線

4 軟巖復(fù)合地基深度修正方法討論

JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》 規(guī)定經(jīng)地基處理后復(fù)合地基承載力特征值的修正方法：

fa=fspk+rm(d-0.5)

式中:fa為修正后的地基承載力特征值；fspk為復(fù)合地基承載力特征值；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度；d為基礎(chǔ)埋置深度。

根據(jù)JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》復(fù)合地基承載力特征值修正方法計算出相應(yīng)的承載力修正值，同時結(jié)合上述不同基坑深度數(shù)值計算結(jié)果，進(jìn)行對比分析如表2所示。從表中可知，不同基坑深度下，數(shù)值計算結(jié)果與規(guī)范修正結(jié)果的比值總大于1，考慮到數(shù)值計算計算誤差等原因，可認(rèn)為不同深度復(fù)合地基承載力特征值采用規(guī)范修正后，結(jié)果是偏于安全的。所以不同深度復(fù)合地基承載力特征值通過規(guī)范方法進(jìn)行即可，不需要進(jìn)行進(jìn)一步修正。

5 結(jié)論

根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果可知，在相同條件下，筏板基礎(chǔ)中心

表2 復(fù)合地基承載力計算結(jié)果與規(guī)范修正結(jié)果對比

位置的沉降較筏板基礎(chǔ)邊緣位置的沉降更大。同時隨著基坑深度的增加，筏板的沉降逐漸減小，承載力逐漸增大。不同深度復(fù)合地基承載力特征值采用規(guī)范修正后，結(jié)果是偏于安全的。因此不同深度復(fù)合地基承載力特征值通過規(guī)范方法進(jìn)行即可，不需要進(jìn)行進(jìn)一步修正。

[1] GB 50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 閆明禮, 張東剛. CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實踐[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2001.

[4] 陳耀光, 連鎮(zhèn)營, 彭芝平, 等. 大直徑樁復(fù)合地基的工程實踐[J]. 建筑科學(xué), 2006, 22(5): 66-67.

[定稿日期]2017-04-26

鐘靜(1989～)，女，碩士研究生，研究方向為巖土工程。

TU472.99

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