素混凝土樁復合地基沉降計算及有限元分析

趙文亮 常偉世 武龍堂 柳電

（河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 模型假設

本文以某地基處理項目為基礎建立假設模型。模型各層土的物理學指標見表1。基礎模型A矩形基礎長52.4米，寬13.45米，埋深5.6米，模型的長度是在水平面上將基礎長度兩側各延長1倍，即157.2米，垂直方向的長度為32米（1.7倍的有效樁體長度），軟墊層在樁頂上部均勻分布。

表1 模型A地層物理學指標

2 規范法計算模型A的地基沉降量

規范法計算矩形復合地基沉降量，一般取基礎4個角點（a,b,c,d）和矩形基礎的中心點(e)來計算，并取其平均值。地基沉降量計算參考GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》確定的素混凝土樁復合地基下臥層沉降量計算公式。下面以角點a為例，計算該點的地基沉降量數值，計算過程見表2。其余各點的計算過程是同樣的，直接給出計算結果。

由表2計算結果求和可知，沉降計算點a的沉降量為54.05mm，查表可知，此復合地基模型A的沉降系數為0.3。所以，復合地基模型A的最終沉降量s=0.3×54.05mm=16.22mm。依此計算方法可以計算出其他沉降計算點的沉降量，最終確定該模型的地基沉降量平均值為31.32mm。

表2 模型A的沉降計算點a的沉降計算過程

3 有限元法計算模型A的地基沉降量

模型A的邊界條件采用規定形式。樁間土周圍施加水平方向的約束力，基礎底部不僅施加水平方向的約束力，還施加垂直方向的約束力，達到模型A的約束力全覆蓋，利用有限元軟件的疏密度區分功能自動劃分網格，最終劃分的網格單元為1538個，單元體之間的連接點為12393個，應力作用點總數為18456個。有限元參數選取表見表3，模型A的豎向位移云圖見圖1。

圖1 模型A的豎向位移云圖

地基的沉降量隨著地基深度的增加而逐漸變小，相同深度的地基沉降量由矩形基礎的中心向矩形四邊逐漸降低，可以看出，在上部結構施工完畢后的地基最終沉降量為27.74mm。

表3 模型A有限元參數選取表

4 地基沉降量修正系數

計算可知，規范法計算的模型A的地基沉降量是31.32mm，有限元法是27.74mm，而現場的實際數據是25.38mm。利用有限元軟件PLAXIS對復合地基A進行地基沉降模擬計算結果與現場通過沉降觀測得到的實測數據非常接近，充分驗證了模型A在進行有限元分析時所選擇的模型及模型運用非常準確，同時也證明素混凝土樁參數、樁間土參數選取準確是有限元軟件模擬計算復合地基沉降數值的前提。通過有限元軟件對實際地基處理項目進行模擬，預先估計工程最終的地基沉降量，優化地基設計，是很有幫助的。但是，素混凝土樁復合地基沉降量利用有限元軟件分析模擬的程序相對復雜，所以引入一個地基沉降修正系數，此系數為一個常數，其數值即為有限元法計算的地基沉降量數值與規范法計算的地基沉降量數值的比值。復合地基模型A的地基沉降修正系數=0.89，該修正系數的引入為模型A項目所在地地基設計中沉降量的計算提供了可靠的參考依據。

5 結語

規范法計算復合地基沉降量的方法較為簡單、不精確，為了得到更準確的復合地基沉降量計算數值，引入了修正系數，該修正系數的引入為項目所在地地基設計中地基沉降量的計算提供了參考依據。