CFG樁復(fù)合地基沉降分析

陳晉中,白曉紅,葛忻聲,董曉強(qiáng)

(1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京211188;2.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,太原030024)

CFG樁復(fù)合地基已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種軟弱地基的處理,近年來(lái)不少學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究,主要集中于對(duì)樁體材料性能的研究、土與樁共同受力的研究[1,2],而對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降研究不多,沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)直接取自規(guī)范[3],因?yàn)榈貐^(qū)的不同,導(dǎo)致最終沉降計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差異較大,所以研究適用于本地區(qū)的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)太原地區(qū)9個(gè)CFG樁復(fù)合地基工程實(shí)例按照規(guī)范法進(jìn)行沉降計(jì)算,總結(jié)了置換率、樁長(zhǎng)對(duì)沉降的影響,并將沉降計(jì)算值與實(shí)測(cè)值綜合對(duì)比后,得出了不同條件值下的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs。

1 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算

1.1 置換率

正方形布置

等邊三角形布置

式中：m為置換率;d為樁身直徑,m;s為樁間距,m。

1.2 復(fù)合土層壓縮模量

式中：Esp為復(fù)合土層的壓縮模量,MPa;Es為天然地基壓縮模量,MPa;f spk為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定的復(fù)合地基承載力特征值,k Pa;f ak為地質(zhì)報(bào)告提供的天然地基承載力特征值,k Pa。

1.3 沉降深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值

2 沉降計(jì)算及分析

按照《建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)[4]沒(méi)有考慮沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的計(jì)算公式如下：

將所有工程按上述方法進(jìn)行計(jì)算,統(tǒng)計(jì)出各結(jié)果匯總于表1。

按照載荷試驗(yàn)過(guò)程中100,200,300,400,500 kPa實(shí)際觀測(cè)到的沉降值分別與樁長(zhǎng)、置換率繪制成不同樁長(zhǎng)下荷載-沉降曲線(圖1)和不同置換率下荷載-沉降曲線(圖2)。橫坐標(biāo)為載荷值p(k Pa),縱坐標(biāo)為沉降值S(mm)。

表1 工程實(shí)例相關(guān)參數(shù)匯總表

2.1 樁長(zhǎng)與沉降的關(guān)系

由表1可以看出,2號(hào)、4號(hào)、9號(hào)樁置換率分別為0.087,0.087,0.092,樁長(zhǎng)分別為15,11,12.25 m,它們置換率大致相等而樁長(zhǎng)不同。從圖1中可以看到,4號(hào)樁(L=11 m)荷載-沉降曲線位于最下方,2號(hào)樁(L=15 m)荷載-沉降曲線位于最上方,9號(hào)樁(L=12.25 m)荷載-沉降曲線居中,這說(shuō)明當(dāng)置換率相同時(shí),沉降隨樁長(zhǎng)增加而減少。在相同荷載等級(jí)下,沉降均隨著樁長(zhǎng)的增長(zhǎng)而減小,當(dāng) p=500 kPa樁長(zhǎng)從11 m增長(zhǎng)到12.25 m時(shí),沉降從29 mm減小到17 mm,減小幅度很快;當(dāng)樁長(zhǎng)從12.25 m增長(zhǎng)到15 m時(shí),沉降從17 mm減小到12 mm,這說(shuō)明當(dāng)樁長(zhǎng)增長(zhǎng)到一定值時(shí),沉降減少量趨于穩(wěn)定,因此樁長(zhǎng)對(duì)沉降的影響是有限度的。

圖1 不同樁長(zhǎng)下荷載-沉降曲線

2.2 置換率與沉降的關(guān)系

由表1可以看出,6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)樁長(zhǎng)分別為12.5,12,11.8,12.25 m,置換率分別為0.174,0.060,0.072,0.092,它們樁長(zhǎng)大致相等而置換率不同。從圖2中可以看到,7號(hào)樁(m=0.060)荷載-沉降曲線位于最下方,9號(hào)樁(m=0.092)荷載-沉降曲線位于最上方,8號(hào)樁(m=0.072)荷載-沉降曲線居中,這說(shuō)明當(dāng)樁長(zhǎng)相同時(shí),沉降隨置換率增加而減少,但減小幅度較慢,這充分說(shuō)明,靠增加置換率而減少沉降幅度是有限的。

其中,5號(hào)、6號(hào)樁的荷載-沉降曲線為單樁載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果,它們位于其它復(fù)合地基荷載-沉降曲線的上方,這說(shuō)明在相同荷載下復(fù)合地基比單樁沉降大,這可能是由于墊層本身的壓縮和樁頭向墊層內(nèi)的刺入等原因造成的[5]。同時(shí)它們也遵循樁長(zhǎng)與沉降的關(guān)系。

圖2 不同置換率下荷載-沉降曲線

2.3 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

圖3 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs

3 結(jié)束語(yǔ)

1)太原地區(qū)的CFG樁復(fù)合地基的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs按以下方式選取：當(dāng)E s=5～9 MPa時(shí),ψs=1.235-0.073;當(dāng)=9～11 MPa時(shí),ψs=0.6;當(dāng)E s=11～17 MPa時(shí),ψs=0.4。適用范圍為太原市濱河?xùn)|路以東,建設(shè)路以西,長(zhǎng)風(fēng)街以北,北大街以南。

2)當(dāng)置換率相同時(shí),CFG樁復(fù)合地基的沉降隨著樁長(zhǎng)的增加而減小,當(dāng)樁長(zhǎng)增長(zhǎng)到一定值時(shí),沉降減小量趨于穩(wěn)定,因此樁長(zhǎng)對(duì)沉降的影響是有限度的。

3)在樁長(zhǎng)土質(zhì)情況基本相同的條件下,CFG樁復(fù)合地基沉降隨著置換率的增長(zhǎng)而減小,但減小的幅度有限,不如樁長(zhǎng)影響顯著。

4)在相同荷載下復(fù)合地基比單樁沉降大,這是由于墊層本身的壓縮和樁頭向墊層內(nèi)的刺入等因素造成的。

5)CFG單樁的沉降隨著樁長(zhǎng)和置換率的增加也呈減小的趨勢(shì)。

[1] 葛忻聲,溫育琳,龔曉南.剛?cè)峤M合樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2002,33(6)：647-648.

[2] JGJ79-2002.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[3] GB50007-2002.建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[4] 閻明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及其工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2001.