CFG桩复合地基沉降分析

陈晋中,白晓红,葛忻声,董晓强

(1.南京交通职业技术学院,南京211188;2.太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024)

CFG桩复合地基已经广泛应用于多种软弱地基的处理,近年来不少学者进行了广泛的研究,主要集中于对桩体材料性能的研究、土与桩共同受力的研究[1,2],而对CFG桩复合地基沉降研究不多,沉降经验系数直接取自规范[3],因为地区的不同,导致最终沉降计算结果与实际差异较大,所以研究适用于本地区的沉降经验系数具有重要的现实意义。本文通过太原地区9个CFG桩复合地基工程实例按照规范法进行沉降计算,总结了置换率、桩长对沉降的影响,并将沉降计算值与实测值综合对比后,得出了不同条件值下的沉降经验系数ψs。

1 有关参数的计算

1.1 置换率

正方形布置

等边三角形布置

式中：m为置换率;d为桩身直径,m;s为桩间距,m。

1.2 复合土层压缩模量

式中：Esp为复合土层的压缩模量,MPa;Es为天然地基压缩模量,MPa;f spk为现场试验测定的复合地基承载力特征值,k Pa;f ak为地质报告提供的天然地基承载力特征值,k Pa。

1.3 沉降深度范围内压缩模量的当量值

2 沉降计算及分析

按照《建筑地基设计规范》(GB50007-2002)[4]没有考虑沉降经验系数的计算公式如下：

将所有工程按上述方法进行计算,统计出各结果汇总于表1。

按照载荷试验过程中100,200,300,400,500 kPa实际观测到的沉降值分别与桩长、置换率绘制成不同桩长下荷载-沉降曲线(图1)和不同置换率下荷载-沉降曲线(图2)。横坐标为载荷值p(k Pa),纵坐标为沉降值S(mm)。

表1 工程实例相关参数汇总表

2.1 桩长与沉降的关系

由表1可以看出,2号、4号、9号桩置换率分别为0.087,0.087,0.092,桩长分别为15,11,12.25 m,它们置换率大致相等而桩长不同。从图1中可以看到,4号桩(L=11 m)荷载-沉降曲线位于最下方,2号桩(L=15 m)荷载-沉降曲线位于最上方,9号桩(L=12.25 m)荷载-沉降曲线居中,这说明当置换率相同时,沉降随桩长增加而减少。在相同荷载等级下,沉降均随着桩长的增长而减小,当 p=500 kPa桩长从11 m增长到12.25 m时,沉降从29 mm减小到17 mm,减小幅度很快;当桩长从12.25 m增长到15 m时,沉降从17 mm减小到12 mm,这说明当桩长增长到一定值时,沉降减少量趋于稳定,因此桩长对沉降的影响是有限度的。

图1 不同桩长下荷载-沉降曲线

2.2 置换率与沉降的关系

由表1可以看出,6号、7号、8号、9号桩长分别为12.5,12,11.8,12.25 m,置换率分别为0.174,0.060,0.072,0.092,它们桩长大致相等而置换率不同。从图2中可以看到,7号桩(m=0.060)荷载-沉降曲线位于最下方,9号桩(m=0.092)荷载-沉降曲线位于最上方,8号桩(m=0.072)荷载-沉降曲线居中,这说明当桩长相同时,沉降随置换率增加而减少,但减小幅度较慢,这充分说明,靠增加置换率而减少沉降幅度是有限的。

其中,5号、6号桩的荷载-沉降曲线为单桩载荷实验结果,它们位于其它复合地基荷载-沉降曲线的上方,这说明在相同荷载下复合地基比单桩沉降大,这可能是由于垫层本身的压缩和桩头向垫层内的刺入等原因造成的[5]。同时它们也遵循桩长与沉降的关系。

图2 不同置换率下荷载-沉降曲线

2.3 沉降计算经验系数

图3 沉降计算经验系数ψs

3 结束语

1)太原地区的CFG桩复合地基的沉降经验系数ψs按以下方式选取：当E s=5～9 MPa时,ψs=1.235-0.073;当=9～11 MPa时,ψs=0.6;当E s=11～17 MPa时,ψs=0.4。适用范围为太原市滨河东路以东,建设路以西,长风街以北,北大街以南。

2)当置换率相同时,CFG桩复合地基的沉降随着桩长的增加而减小,当桩长增长到一定值时,沉降减小量趋于稳定,因此桩长对沉降的影响是有限度的。

3)在桩长土质情况基本相同的条件下,CFG桩复合地基沉降随着置换率的增长而减小,但减小的幅度有限,不如桩长影响显著。

4)在相同荷载下复合地基比单桩沉降大,这是由于垫层本身的压缩和桩头向垫层内的刺入等因素造成的。

5)CFG单桩的沉降随着桩长和置换率的增加也呈减小的趋势。

[1] 葛忻声,温育琳,龚晓南.刚柔组合桩复合地基的沉降计算[J].太原理工大学学报,2002,33(6)：647-648.

[2] JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2002.

[3] GB50007-2002.建筑地基设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2002.

[4] 阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及其工程实践[M].北京：中国水利水电出版社,2001.