CFG樁復合地基褥墊層作用機理分析

摘要:本文利用有限差分法軟件FLAC3D進行數值分析，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對CFG樁復合地基樁土應力的影響，得出了褥墊層厚度及模量對樁土荷載的分配具有良好的調節作用，最佳褥墊層厚度為0.1~0.3米，及選取中粗砂作為褥墊層材料比較合適等結論。

關鍵字:褥墊層 FLAC 應力

1 引言

CFG樁復合地基是復合地基的一種，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，和樁間士、褥墊層一起形成復合地基。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁的作用使復合地基承載力提高，變形減小，由于CFG樁不配筋，樁體利用工業廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價。

褥墊層是CFG復合地基中解決地基不均勻得一種方法。如建筑物一邊在巖石地基上，一邊在粘土地基上時，采用在巖石地基上加褥墊層(級配砂石)來解決。

本文通過有限差分法軟件FLAC3D，考慮復合地基中各種材料的非線性特性，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對CFG樁復合地基的影響，從而分析CFG樁復合地基褥墊層的作用機理。

2 褥墊層作用機理概述

褥墊層受上部基礎荷載作用產生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土，使二者共同受力，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部傳來的荷載。由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間土應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少樁間土承擔的荷載。這樣，由于樁的作用使復合地基承載力提高，沉降變形減小，并同時提高了土體的抗剪強度，亦可使CFG樁避免產生刺入破壞的可能。

褥墊層在復合地基中具有如下的作用:

保證樁、土共同承擔荷載，它是水泥粉煤灰碎石樁形成復合地基的重要條件。

通過改變褥墊厚度，調整樁垂直荷載的分擔，通常褥墊越薄樁承擔的荷載占總荷載的百分比越高，反之亦然。

減少基礎底面的應力集中。

調整樁、土水平荷載的分擔，褥墊層越厚，土分擔的水平荷載占總荷載的百分比越大，樁分擔的水平荷載占總荷載的百分比越小。

3 FLAC3D數值分析

本次模擬重點分析了不同褥墊層厚度及模量對復合地基應力的影響，模型圖及應力示意圖見圖3.1。

3.1 褥墊層厚度的影響

改變褥墊層厚度對復合地基應力的影響見表3.1、圖3.2。

由表3.1和圖3.2可以看出，隨著墊層厚度的增加，樁頂應力在逐漸減小，樁周土應力在逐漸增大，樁端應力也逐漸減小，因此，褥墊層厚度對樁土荷載的分配具有良好的調節作用。從圖3.2可以看出，隨著墊層厚度的增加，一味增加褥墊層厚度，其調節效果大大降低，過厚的褥墊層勢必會造成材料的浪費，由圖可以判斷，最佳褥墊層厚度在0.1~0.3米左右。

3.2褥墊層模量的影響

由表3.2和圖3.3可以看出，隨著褥墊層模量的增加樁頂應力急劇減小，而后趨于平穩，樁周土應力在逐漸增大，樁端應力也逐漸減小，由圖3.3可以看出，褥墊層模量在10~30Mpa的范圍內各個應力分擔趨于平穩，可以看出，選取適當的褥墊層模量對消除應力集中，調整樁土荷載分擔比有重要作用，其有效范圍為10~30Mpa。

因為褥墊層要求散體材料，而中粗砂的模量在此范圍內，因此，中粗砂作為褥墊層材料比較合適。

4 結語

本文利用有限差分法軟件FLAC3D進行數值分析，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對CFG樁復合地基樁土應力的影響，探討了CFG樁復合地基褥墊層的作用機理，得到了以下結論:

1、褥墊層厚度對樁土荷載的分配具有良好的調節作用，最佳褥墊層厚度在0.1~0.3米左右。

2、褥墊層模量對消除應力集中，調整樁土荷載分擔比有重要作用，其有效范圍為10~30Mpa。

3、中粗砂作為褥墊層材料比較合適。

參考文獻:

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4.魏平，殷剛，CFG樁復合地基褥墊層設計的優化，山西建筑，2006年32卷22期，111-112