CFG樁復合地基沉降變形計算問題的研究

【摘要】CFG樁復合地基是近幾年來建筑工程領域新發展起來的一項地基處理技術，因由碎石、砂、石屑、粉煤灰、水泥等經過拌和而制成，因此又成為水泥粉煤灰碎石樁。CFG樁具有適用范圍廣、承載力強、地基沉降變形量小、施工方便、工程造價低等特點，以其較為明顯的技術優勢和成本優勢廣泛應用于建筑物的地基改造處理方面。本文主要對CFG樁復合地基的加固機理和沉降變形模式進行了分析，對其沉降變形計算及變形影響因素進行了探討。

【關鍵詞】CFG樁；復合地基；變形計算

隨著工程建設的快速發展和建筑技術的日趨成熟，復合地基逐漸被應用于建筑施工當中。復合地基就是通過設置一定比例的增強體，將其與天然地基相結合，形成共同承載體，共同承擔建筑物荷載的一種人工地基。縱向增強體被稱為柱，由模量和強度高于原土的材料組成，CFG樁即是由碎石、砂石、粉煤灰等粒徑不大于30mm的材料與適量水泥和水進行拌和，用成樁機械在地基中制成，強度等級為C15—C25的樁。CFG樁與褥墊層、樁間土一起形成了復合地基，有效提高了地基的承載力和抗變形力，是目前高粘結強度樁復合地基的代表，在目前很多的多層和30層以下高層建筑的地基處理中都有應用，對于CFG樁復合地基沉降變形的計算也成為了建筑中的重要問題。

一、CFG樁復合地基的工作機理。

CFG樁復合地基由高粘結強度樁、褥墊層、樁間土一起組成，通過褥墊層與建筑基礎連接，使樁端無論落在堅硬土層或是一般土層，都可以保證樁間土始終參與工作，使地基整體受力更均衡，結構更穩固，充分體現出了復合地基的優勢。CFG樁復合地基主要通過樁體作用、樁間土作用及褥墊層作用對地基進行加固，當地基承受豎向荷載時，樁間土與樁都會受力而產生沉降變形，由于樁的模量要大于樁間土的模量，樁間土的變形量要小于樁間土，長時間的荷載作用下，就會產生荷載慢慢向樁頂集中的情況。通過設置褥墊層，可以將上部傳來的壓力進行變形，使壓力能夠以一定的比例同時分配給樁與樁間土，使兩者共同承擔荷載壓力。同時，由于樁在承擔荷載時，會對土產生擠密作用，使樁間土變得更為密實，更為穩固，并且對樁體產生較強的側應力，改善了樁的受力性能，樁體、樁間土、褥墊層共同作用，形成了復合地基的受力整體。

二、CFG樁復合地基的變形計算。

1.CFG樁復合地基沉降變形模式。

當地基承受荷載后，復合地基的各部分，包括褥墊層、樁間土、樁體、下臥層都會產生沉降變形，地基的基礎總沉降量一般為各部分變形量的總和。當荷載P作用于地基時，樁頂產生的變形量為Sp，樁端處樁變形量為Sp'，由于樁體模量較大，因此一般軸向力造成的樁體的壓縮變形極小，可忽略不計，樁體任一截面處的位移則可視為等于樁頂位移，則有Sp=Sp'。同時，樁頂、樁端會在荷載作用下分別刺入褥墊層和下臥層，刺入量分別為?上、?下，褥墊層、下臥層間土在荷載作用下產生的變形量S1=?上+?下。下臥層壓縮量為S2，褥墊層壓縮量為S3，則基礎沉降量S=S1+S2+S3。由于褥墊層主要起到傳遞荷載的作用，壓縮變形量很小，因此，S=S1+S2+S3≈S1+S2。

2.CFG復合地基的沉降變形計算。

對于CFG復合地基最終沉降量的計算可按照分層總和法來進行，將地基劃分為若干層，對每個單元層的沉降變形量進行計算，將計算結果進行相加從而得到最終沉降量。在進行變形量計算時，應注意以下：復合地基與天然土層地基的分層方法相同，各復合土層的壓縮模量為該天然地基層壓縮模量的一定倍數，這個倍數可以用復合地基承載力特征值除以基礎底面下天然地基承載力特征值來計算；復合地基的變形計算深度必須大于復合土層的厚度。

三、計算時應注意的問題。

1.模量的選取。

模量的選取應根據地基結構情況來決定，下臥層用天然地基壓縮模量來計算變形，復合地基加固層則用復合模量來計算。壓縮模量有兩種，即自重壓力和附加壓力為100，200，300，…kPa壓力范圍的壓縮模量和整數壓力區間的壓縮模量，兩種形式都存在一個同樣的問題：如果自重壓力與自重壓力與附加壓力的和在同一個壓力區間時，可選取近似該整數壓力區間的模量，而當其不在同一壓力區間時，模量選取時就會有一定的誤差存在。針對這種情況需要通過獲取不同固結壓力下的孔隙比而精確計算出相應壓力區間的模量，再進行地基的變形計算。

2.附加壓力的計算。

在天然地基與復合地基中，都會不可避免地涉及到確定附加壓力的問題。

（1）復合地基加固區附加壓力的選取。

復合地基的附加壓力的選取則與天然地基存在較大的區別。在復合地基加固區的變形計算中，一般仍使用分層總和法的計算原理，用樁土復合變形模量來替代天然地基土的變形模量。采用這種方法不僅能夠計算出地基中心和邊緣處的變形量，而且還可以計算出加固區各分層土層的變形量，該計算方法較為簡便且有較為充足的理論依據。但是該方法中對于加固區附加應力的選取仍為天然地基中的值，這點顯然是與復合地基的變形計算是不相符的。CFG樁復合地基復合近似彈性體、半空間無限體，但不滿足均質體條件，而該方法中地基附加應力則是將地基視為均質體而得出的，因此，復合地基中應力的選取應區別于天然地基，才能計算出較為準確的地基變形量。

（2）地下水位對計算附加壓力的影響。

地下水的浮力作用也是影響附加壓力的重要因素，由于地下水水位的不同，會對建筑物和地基土產生浮力。在計算基底壓力的時候如果扣除了地下水浮力，那么同時在計算附加壓力時也應充分考慮到地下水的浮力作用，如果計算基底壓力時沒有扣除浮力的話，則計算附加壓力時也不用考慮地下水位的影響。

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