有限元模擬分析承臺形式對疏樁基礎(chǔ)沉降的影響

有限元模擬分析承臺形式對疏樁基礎(chǔ)沉降的影響

王秉文，隋寶龍

(河北建研科技有限公司，石家莊 050021)

摘要：疏樁基礎(chǔ)采用井格式承臺和筏板承臺兩種不同形式的承臺，應(yīng)用有限元軟件模擬分析了不同形式的承臺中心的沉降量，并對等效荷載情況下，二者承臺中心沉降量進(jìn)行了比較，對承臺形式的選取提出建議。

關(guān)鍵詞：疏樁；承臺形式；基礎(chǔ)沉降；有限元

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.021

Abstract:The thinned pile foundation adopts two different bearing platforms such as raft and two-way grillage.This paper studied and compared the different settlements of the platform center with different forms on the equivalent load using the finite element software.And some suggestions on the selection of platform were put forward.

收稿日期：2015-03-08.

作者簡介：王秉文(1983-)，工程師.E-mail:zzh9938@126.com

Influence of Settlement of Thinned Pile Foundation from the Different

Bearing Platforms Using Finite Element Software

WANGBing-wen,SUIBao-long

(Hebei Building Research Engineering Co, Ltd,Shijiazhuang 050021,China)

Key words:thinned pile foundation;bearing platform;foundation settlement;finite element

就現(xiàn)階段來看，在研究疏樁基礎(chǔ)時(shí)，大多都是運(yùn)用筏板基礎(chǔ)形式，在此為了分析承臺形式對疏樁基礎(chǔ)沉降的影響，主要采用了井格式承臺與筏板承臺進(jìn)行比較。

1構(gòu)建模型

構(gòu)建模型之前首先需要選定參數(shù)，文中除了井格式承臺與筏板承臺的形式不同之外，兩種承臺模型的其它各項(xiàng)參數(shù)均一致。CFG樁作為疏樁，土質(zhì)采用濕陷性黃土，首先進(jìn)行地基處理，通過灰土擠密樁來避免地基濕陷，進(jìn)而構(gòu)成復(fù)合地基，之后通過CFG樁來控制地基沉降，這樣可以發(fā)揮灰土擠密樁以及CFG樁的優(yōu)勢，增強(qiáng)地基承載力，同時(shí)此類復(fù)合地基也符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)的相關(guān)要求。

地基下部是天然地基，上部是復(fù)合地基，布樁形式為正方形均勻布樁，樁徑為0.4 m，樁長為25 d，樁距為6 d，承臺每側(cè)超出外排樁的外表面0.3 m，樁、承臺、土體的彈性模量和泊松比如表1所示。

表1　樁、承臺、土體的彈性模量和泊松比

對于剛性樁而言，樁、土的模量會存在很大差異，因此在荷載的作用下，群樁與土體之間會產(chǎn)生很大的豎向相對位移，為了應(yīng)對這一問題，需要在樁單元與土單元之間設(shè)置接觸面單元，文中采用Goodman單元模擬樁土之間的界面作用。

摩擦類型為界面無分離，可相對滑動的摩擦(No separation)，接觸算法為擴(kuò)展的拉格朗日算法，接觸面參數(shù)設(shè)置情況如表2所示。

表2　接觸面參數(shù)設(shè)置

2不同承臺形式的沉降計(jì)算結(jié)果

選取5種井格承臺方案：1)承臺厚0.8 m，樁距6 d，井格寬度0.4 m；2)承臺厚0.8 m，樁距6 d，井格寬度0.6 m；3)承臺厚0.8 m，樁距6 d，井格寬度0.8 m；4)承臺厚0.8 m，樁距6 d，井格寬度1.0 m；5)承臺厚0.8 m，樁距6 d，井格寬度1.2 m。

通過計(jì)算結(jié)果的對比可知，如果采用井格基礎(chǔ)承臺，那么當(dāng)承臺寬度較小時(shí)，井格基礎(chǔ)承臺的沉降量大于筏板基礎(chǔ)，當(dāng)承臺寬度增加到一定值時(shí)，井格基礎(chǔ)承臺的沉降量小于筏板承臺。

3不同沉降的原理分析

當(dāng)采取疏樁基礎(chǔ)時(shí)，樁距較大，樁間干擾很小，因此承臺底面土的承載力加上各單樁承載力的總和，即為基礎(chǔ)承載力。在荷載的作用下，地基土?xí)a(chǎn)生一定的沉降，此時(shí)整個(gè)樁長的工作性能已經(jīng)無法完全發(fā)揮出來，因此就會降低樁頂附近的樁側(cè)摩阻力，這將直接降低摩擦樁的承載力，增加基礎(chǔ)總體沉降，存在中性點(diǎn)，如圖1所示。

圖2～圖5所示的是樁沿深度方向各點(diǎn)沉降與樁周土體沉降的比較。

通過圖2～圖5不難看出，與井格基礎(chǔ)相比較，筏板承臺的中性點(diǎn)明顯靠下，由于單樁的有效樁長減少，因此單樁承載力也會下降，所以沉降量大于條基。

另一方面，在等效荷載加到350 kPa的時(shí)候，條基出現(xiàn)急劇沉降，模型難以收斂，而此時(shí)的復(fù)合樁基已經(jīng)達(dá)到了承載力極限，開始出現(xiàn)破壞，但是筏板承臺基礎(chǔ)此時(shí)依舊可以繼續(xù)工作。

4結(jié)語

綜合全文，可以得到，承臺形式對疏樁基礎(chǔ)的整體沉降有一定的影響，同時(shí)在等效荷載的情況下，可以通過調(diào)整承臺尺寸改變沉降量，同時(shí)，采用井格式承臺基礎(chǔ)的沉降量可能小于筏板式承臺。目前研究處于理論研究階段，有待于實(shí)際工程中，加以驗(yàn)證和不斷改正。

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