CFG樁復合地基承載力分析

摘要：當前，在巖土工程實際實施過程中，運用CFG樁復合地基工程的地基的承載力比未實施該工程的天然地基承載力更加低下的情況時有發生，這種情況不但影響了工程質量，而且在很大程度上導致了人力、財力和物力的浪費。文章通過對CFG樁復合地基承載力的分析，期望能夠對以后的工程施工提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：CFG樁；復合地基；承載力；巖土工程；工程施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU472 文章編號：1009-2374（2016）28-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.050

1 復合地基技術概述及計算公式

1.1 復合地基技術的概述

復合地基技術起源于19世紀，當時的主要目的是為了在松散的沙土上打地基。但是在之后很長時間內都沒有適合計算該技術承載力的方法，加上缺少比較先進的工藝和設備，所以其發展非常緩慢。

二戰之后，由于相關領域技術的發展，該技術也進入了快速發展期。現在人們通常把在天然地基上進行人為加固的用來提升地基承載力的加固體都認為是復合地基。CFG樁通常應用水泥進行澆筑，樁體的柔性和剛性都非常良好，在實際工作中的應用極為廣泛。但是由于當前CFG樁復合地基的計算遠遠落后于實踐，在一定程度上影響了其發展。

1.2 CFG樁復合地基承載力計算公式分析

復合地基承載力的計算不能夠由天然地基承載能力與復合樁承載能力直接疊加得到，而是必須綜合考慮相關的因素，比如：（1）樁之間的巖土是否由于工程的進展而導致土層變形或者減少；（2）施工時是否會對樁之間的巖土承載力產生影響，如果有影響是降低還是升高；（3）CFG復合地基中樁的承載力比自由單樁高很多；（4）樁之間巖土的承載能力都與形變有關系，變形比較小時樁與土層的承載能力都無法充分發揮；（5）樁和土層的承載力的發揮和褥墊層薄厚有關系。

綜合上述各種因素，并結合實際經驗，可以用以下公式來驗證CFG樁復合地基的承載力：

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式中：fspk代表修正之后復合地基的承載能力值；m代表面積置換率；Ra代表單樁承載力值；β代表天然地基承載能力值。

2 CFG樁復合地基承載力的計算方法

2.1 復合地基深度修正問題

2.1.1 地基承載力深度修正的要素。（1）超載的壓重作用體現了CFG樁復合地基承載力的深度修正。在實際的操作中，施工人員通過用土填埋和將其他的重量轉換為土重來實現對于地基承載力的深度修正，這些方法都能夠對抗土體的向上運動；（2）地基承載力的計算公式對于超載的連續性具有一定的要求，超載的作用力必須分布在滑動體的表面。用土填埋的方式中作用力是均勻分布的，而其他的重量轉換為土重的作用力不一定是連續均勻的；（3）建筑物的地基的最薄弱的部位比較容易發生破壞，因此操作人員可以通過地基的最小值來進行深度修正。

2.1.2 特殊情況下的深度修正。（1）當建筑物具有核心筒時，核心筒的基礎地板的厚度為一倍時是不能進行深度修正的。核心筒的建筑物的深度修正的基礎地板的厚度必須在2.5倍；（2）如果結構給予復合地基承載力一定的特征值時，那么地基承載力也不能進行深度修正；（3）在地基承載力進行深度修正之后，CFG樁必須進行加長。

2.2 CFG樁復合地基承載力的計算公式的提出

地基的處理具有一定的局限性，而天然地基具有一定的延伸性，不可能發生整體的破壞，因此操作人員需要通過土的強度指標來對地基承載力進行寬度和深度的修正。針對處理后和原狀土的地基土的強度指標的修正系數的問題，CFG樁復合地基承載力的計算公式的提出有效地解決了這一問題。

式中：如果深度修正的寬度大于3米或者深度超過0.5米時，操作人員可以通過一些方法來確定地基承載力的特征值。

2.3 CFG樁復合地基變形計算方法

2.3.1 現行變形計算方法的缺點。（1）目前的計算方法在變形模量的取值上存在著一定的問題。勘察中的土樣使得試驗產生了一定的誤差，這造成了計算結果的不準確；（2）計算方法是在地基不發生側向膨脹的情況下進行的，而在實際過程中土層會發生側向的變形，這也會導致計算結果不準確。

2.3.2 修正后變形計算方法。目前，粘黏土和粉土主要通過壓縮試驗來測定，砂土和碎石土通過標貫試驗來進行測定。

操作人員在試驗的過程中對于土樣的搬運和加工會產生土體的擾動，這使得試驗中的壓縮模量比實際中的要小。從理論上來說，黏性土和粉土比較堅硬，倍數小，不容易受擾動。而砂土和碎石土的靈敏度高，倍數大，容易受擾動。

3 CFG樁復合地基計算方法的數值分析

在對CFG樁進行復合研究時，研究復雜巖土的模擬數值有重要參考價值，通過對模擬數值的簡單分析，排除一些限制性因素，如果模型設計正確，參數科學合理，便可以得出正確結論。還可以任意改變其他各項指標，模擬不同狀況下的敏感性指標，為建立CFG樁復合地基公式提供可靠依據。本文利用LAC3D分差程序研究CFG復合樁。通過分析比較不同的參數，針對常用的雙重控制條件復合地基計算數據，可能會造成不必要的浪費，著重討論不同承載力的計算公式下復合地基的沉降，在以往的基礎上改善CFG樁復合地基的計算方法，從而優化CFG樁的地基設計，以得到實用的結論。

3.1 FLAC3D理論背景

巖土工程結構的數值需要建立在基本方程和邊界條件下進行推導。由于基本方程和邊界條件多是微分方程形式出現，為此可以用差分方程代替基本方程表示，從而將求微分方程的問題改換成求解代數方程的問題。

FLAC3D求解采用了以下三種計算方法：（1）有限差分法。利用變量中空間和時間的導數均可以使用有限差分來計算；（2）離散模型法。它將連續的介質分離開來，分為3個主要三維單元，單元間有節點相連，所有荷載都集中在介質代表網格中；（3）動態松弛法。應用支點較為松弛，采用運動方程解答，在逐步計分的過程中添加臨界阻尼，并通過臨界阻尼保持系統平衡。

采用以上三種方法，可以將運動方程轉變為離散形式的節點式的方程，然后再采用分差的計算方法得到答案。

3.2 本構模型的選取

土的本構關系是整理分析實驗結果分析得出的。使用壓縮儀、平面應變儀、真三軸等儀器進行試驗，得出土的應變力和應變關系。實驗受到一些因素的干擾，例如：土的應力狀況和土的形成過程又是千變萬化的，有些因素在實驗中是體現不出來的，為此有必要在實驗基礎上提出某些數學模型，把這些模型叫做土體的本構模型。

本文采用FLAC-3D程序對豎向荷載CFG進行模擬。地基土與墊層采用Morh-Coulomb彈塑性模型，樁與基礎承臺采用相同的模型，用樁土模擬面來模擬移動，按照《建筑地基基礎設計規范》進行模擬計算：

Fa=fak+0.3y（b-3）+1.6ym（d-0.5）=312klPa4 CFG樁復合地基承載力的驗證

隨著時代的不斷進步與科技的不斷創新，相應的計算機模擬軟件技術也受時代的影響與促進得到更好的發展。很多傳統的驗算方式與觀測方式已經不能滿足對沉降的可靠預測，因此為了保證驗證假設的科學性與合理性，必須收集全部施工過程的監測數據，并對數據的真實性與可靠性進行相應的驗證，如此方能確保對CFG樁復合地基承載力驗證的科學性、合理性、實用性、可靠性以及精準性。

4.1 分析CFG樁復合地基工程的實例

4.1.1 工程概述。所驗證工程實例擬建物均使用的是鋼筋混凝土建設的剪力墻架構系統。具體情況如下：樓號：1；建筑面積：11968平；所屬層數：10/1；基礎形式：筏板；±0.000：47.55；fsk（kPa）：110；fak（kPa）：240；備注；無。

4.1.2 工程建設的地質條件。按照地質的沉積年代能夠將其分成五種地質層類，分別是白堊紀泥灰巖、第三紀礫巖、一般第四紀沉積層、新近沉積層以及最頂上的人工堆積層等；按照巖性質地或是工程特點區分包含13個亞層與8個大層。具體詳述如下：（1）人工堆積層是顯露在外的地表層，主要是人工堆積的素填土層、雜填土以及淤泥層；（2）新近沉積層是低于人工堆積層的粉質黏土，主要是粉質黏土層、重粉質黏土層、砂質粉土層、中砂或粗砂層；（3）一般第四紀沉積層是在新近沉積層之下，主要是粉質黏土層、黏質粉土層、砂質粉土層、黏質粉土層、粉質黏土層、粉砂細砂層、砂質粉土層、重粉質黏土層、中砂層、圓礫卵石層、粗砂或細砂層；（4）白堊紀泥灰巖與第三紀礫巖是在一般第四紀沉積層以下，主要是以強風化泥灰巖層為主。

4.1.3 工程建設的水文條件。鉆孔探測地下水位，可根據其深度分為三種水文條件，分別是淺水層、承壓水、承壓靜止水。

4.2 分析與結論

經測試，修正壓縮模量后沉降的結果符合實測結果。

5 結語

我國對CFG樁復合地基的運用已有將近30年的歷史經驗，與樁基進行對比，CFG樁復合地基所采用的材料，可以添加其他的工業材料，如工業廢料粉煤灰等，而其承載能力不會受其他材料的運用而造成能力影響，能夠最大化地發揮其承載力，具有非常明顯的經濟效益與社會效益，現已成為我國對地基進行處理的一種比較廣泛的應用技術。

參考文獻

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[2] 范偉霞，周建，俞亞南，劉克萍.CFG樁復合地基承載力公式β參數取值分析[J].工業建筑，2006，（3）.

作者簡介：紀輝（1970-），男，北京人，河北中色華冠巖土工程有限公司工程師，研究方向：工業及民用建筑、市政工程等巖土工程勘察設計、地基處理設計、基坑工程設計等。

（責任編輯：小 燕）