浅圆仓CFG桩理论沉降值计算与实测值分析

郑 培，梁彩虹，王建声，孟庆婷

（1.河南工大设计研究院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学 土木工程（建筑）学院，河南 郑州 450001）

浅圆仓是筒仓的一种，同时具备筒仓和平房仓的某些优点[1-2]。其具有机械化程度高、占地面积小、仓内有效容积大、密闭性能好、结构受力合理、抗震性能好等优点，是粮库建设中的重要仓型。浅圆仓作为工业建筑，与其他民用建筑的主要区别就在于粮食产生的大面积地面堆载，考虑到粮仓建设的经济性，装粮高度不宜过低，一般不低于20 m，导致表层地基土需提供近200 kPa的承载力，同时，依据《钢筋混凝土筒仓设计标准》（GB 50077）第5.4.3条第2款“筒仓的平均沉降量不应大于200 mm，倾斜率不应大于0.004”，需要控制筒仓的（压缩）沉降量和倾斜率，但我国大部分地区地基土的承载能力和压缩性不能满足现有规范要求。

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，桩、柱间土和褥垫层一起构成复合地基。它适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的杂填土地基。CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，适用于浅圆仓地基处理。

根据《粮食立筒库设计规范》[3]要求，应对浅圆仓初始装粮进行沉降观测。本文以河北省某粮库新建浅圆仓为例，依据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》[4]计算理论沉降值，同时收集初始装粮阶段浅圆仓沉降数据，对二者数据进行比较和分析。

1 项目概况

河北某粮库新建浅圆仓项目，共新建6座，每座浅圆仓仓壁落地，内径25 m，仓壁厚度为280 mm，设计装粮高度22.5 m，仓顶板采用150 mm现浇钢筋混凝土锥壳，装粮品种为小麦（容重8.0 kN/m3），单仓仓容量8 280 t，总仓容量4.97万t。6座浅圆仓的相对位置关系见图1，每座浅圆仓仓顶设置钢栈桥将所有浅圆仓连接在一起，钢栈桥上支撑皮带机帮助浅圆仓实现进粮作业。仓与仓之间的钢栈桥设置变形缝，避免相邻浅圆仓不同时装粮或装粮数量不同而引起的两端不均匀沉降造成钢栈桥拉裂。浅圆仓设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，基础形式为墙下钢筋混凝土条形基础。设防烈度为7度，地震加速度0.1×g，地震分组第二组，场地类别Ⅲ类，特征周期0.55 s，建设在一般地段。当地基本风压0.35 kN/m2（50年），基本雪压0.30 kN/m2（50年）。浅圆仓布置CFG桩时考虑到方便施工，将墙下钢筋混凝土环形基础下部CFG桩和仓心CFG桩桩顶标高一致[5]，浅圆仓CFG桩平面布置图及基础剖面图分别见图2、图3。

图1 6座浅圆仓平面布置图（图中尺寸单位均为m）

图2 CFG桩平面布置图（图中尺寸单位均为mm）

图3 基础剖面图

2 土质及地下水情况

项目所在地地处太行山东麓，山前冲洪积扇的中上部，为山前倾斜平原。场地地貌单一，地形平坦，除杂填土层和新近堆积黄土状粉土层外，地基土成因类型为第四纪山前冲洪积扇沉积物，沉积环境较稳定，沉积韵律比较明显。自上而下土层分布、埋藏及工程地质特征：

（1） 杂填土：杂色，稍湿，松散，主要由粉质黏土及粉土组成，局部含砂粒及砖块、灰碴、水泥块等建筑垃圾。

（2） 黄土状粉土：浅黄褐或褐黄色，稍湿，中密或密实，土质较均匀，可见云母，含砂粒。无光泽反应，摇振反应中等，干强度低，韧性低，局部夹黄土状粉质黏土及粉细砂层或透镜体。

（3） 层细砂：灰黄或灰白色，稍湿，松散或稍密，矿物成分主要为石英、长石，含少量云母。磨圆度较好，分选性中等。该层局部夹中砂及粉土薄层或透镜体。

（4） 层中砂：灰白色，稍湿，松散或稍密，砂质较纯，矿物成分主要为长石、石英，含少量云母。颗粒分选性较差，磨圆度中等，夹细砂薄层。

（5） 层粉质黏土：黄褐色，可塑或硬塑。土质不均匀，局部含少量钙质结核及铁锰氧化物。切面稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层局部夹细砂及粉土薄层或透镜体。

（6） 层细砂：灰黄或灰白色，稍湿，中密，矿物成分主要为石英、长石，含少量云母。磨圆度较好，分选性中等。该层局部夹中砂及粉质黏土薄层或透镜体。

（7） 层粉质黏土：黄褐色，可塑或硬塑。土质不均匀，含少量钙质结核及铁锰氧化物。切面稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层局部夹粉土及细中砂薄层或透镜体。

（8） 粉土：浅黄褐或褐黄色，稍湿，中密或密实，土质较均匀，可见云母。无光泽反应，摇振反应中等，干强度低，韧性低。该层局部夹粉质黏土薄层或透镜体。

土层主要设计参数见表1。本次勘察最大钻孔深度为20.0 m，未见地下水。由于地下水埋藏较深，可不考虑其对工程的影响。未在该场地及其附近发现不良地质作用。

表1 土层参数

3 复合地基承载力计算

根据地勘报告，整个厂区场地平整，土层厚度连续，变化很小。本文选用具有代表性勘探孔2-2剖面中的孔号1计算CFG桩单桩承载力和复合地基承载力，其中，桩径400 mm，桩间距1.8 m，正方形布桩，桩端进入第7层粉土5 m。依据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》第7.1.5条，估算单桩竖向承载力特征值并按有黏结强度增强体估算复核地基的地基承载力特征值（详见表2），单桩承载力发挥系数取0.8，经计算，单桩承载力特征值为504 kPa，复合地基的承载力特征值为227 kPa（详见表3）。同时依据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》第7.1.6条估算有粘结强度复合地基增强体桩身强度，桩身强度为785 kN，桩身强度大于单桩竖向承载力特征值，满足规范要求。

表2 CFG桩单桩承载力特征值

表3 复合地基承载力特征值

4 仓心沉降估算

复合地基的沉降计算目前仍以经验方法为主，按照分层总和法计算地基土沉降量。依据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》第7.1.7条，复合地基土层的分层与天然地基相同，各复合地基的压缩模量等于天然地基压缩模量的ζ倍。作用在CFG桩顶的附加压力为Po为184.2 kN/m2，复合地基压缩模量修正系数ζ为2.75，压缩模量的当量值为42.4 MPa，查JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》第7.1.8条可知ψs=0.2，沉降计算：s=0.2×60.8=12.16 mm。计算过程的相关数据见表4。浅圆仓实际沉降量观测值见表5。由表5可以看出，最大沉降量出现在4#仓，为9.69 mm，目前已装粮两年整，初始装粮阶段即压仓阶段是浅圆仓的快速沉降期，后期沉降量越来越小，一般装粮6个月后沉降趋于稳定。根据地勘报告提供的土层参数和现行国家规范，理论计算出的最终沉降量为12.16 mm，实测值与理论计算值接近。

表4 仓心沉降计算

表5 浅圆仓沉降量统计

5 结 论

浅圆仓是存在大面积堆载的构筑物，装粮高度常在20 m以上，地面堆载200 kPa左右，在堆载作用产生的附加压力下，仓内地面会出现不同程度的沉降。《钢筋混凝土筒仓设计标准》（GB 50077—2017）以强制性条款的形式明确了浅圆仓的平均沉降量和倾斜率限值，这需要所有工程设计人员引起足够的重视，不仅要计算浅圆仓所建场地地基土的承载能力，更不能忽视地基土的沉降。本文以河北省某实际工程为例，依据国家现行规范估算了浅圆仓的沉降量，同时，对新建浅圆仓追踪建设两年后的实际沉降量，就目前工程经验，浅圆仓90%的沉降出现在建成后压仓的半年内，本工程理论最终沉降量为12.16 mm，新建浅圆仓两年后的最大实际沉降量为9.69 mm，二者数据比较吻合，说明依据现行规范估算浅圆仓的沉降量是可行的。浅圆仓的沉降是一个长期的过程，持续关注浅圆仓的后续阶段的沉降情况是十分必要的。工程设计人员需做到定期回访，分析异常数据，理论联系实际，积累相关工程经验，更好地服务于粮库建设。