【doc】CFG桩复合地基承载力计算方法分析

【doc】CFG桩复合地基承载力计算方法分析 CFG桩复合地基承载力计算方法分析 第1卷第3期华北科技学院2004年9月 CFG桩复合地基承载力计算方法分析? 齐宏伟?l,王印2 (1.华北科技学院建工系,北京东燕郊101601;2.保定市房产局 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 处,河北保定071000) 摘要:通过工程实例计算,分析了公式法计算CFG桩复合地基承载力的可行性与存在问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,指出在计算 复合地基承载力时应综合考虑各种因素的影响及各因素问的相互作用,积累丰富的实测资料,利于准确计算 复合地基承载力. 关键词:CFG桩;复合地基;复合地基承载力;承载力计算 中图分类号:TU472文献标识码:A文章编号:1672—7169(2004)03—0046—04 水泥粉煤灰碎石桩(CementFly—ashGravel, 简称CFG)复合地基处理技术具有适应性广,承 载力高,经济合理等特点,但其理论研究仍落后于 实践,尤其是复合地基承载力的计算方法还有许 多不完善的地方.由于影响复合地基承载力的因 素众多,各因素又互相作用,完全靠理论分析方法 很难得出准确的计算公式,现在设计界广泛使用 的《规范》公式和其他理论公式是借助于试验基础 上的半经验半理论公式,经验系数的取值对承载 力的计算结果产生很大影响.在实际工程中,设 计往往偏于保守,与静载荷试验数据比较,复合地 基承载力设计值与 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 值误差普遍较大.因此, 合理确定复合地基承载力已成为CFG桩复合地 基设计的重要问题. 1CFG桩复合地基作用机理及加固作用 CFG桩是以特殊机械成孔,用一定级配的碎 石,石屑,砂,粉煤灰掺适量水泥加水拌合制成的 桩.CFG桩复合地基是由CFG桩,桩间土和褥 垫层共同组成.褥垫层将上部基础传来的基底压 力通过适当变形以一定比例分配给桩和桩间土, 使二者共同受力,并通过褥垫 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的变形,协调桩 间土产生的固结沉降,使桩间土通过褥垫层始终 与基础底面保持接触,从而保证桩土共同工作. CFG桩复合地基的加固作用主要体现在三个方 面: 1.1桩体置换作用 CFG桩桩体是具有一定粘结强度的混合料 的桩体.在CFG桩复合地基中,CFG桩承担荷 载远大于桩间土承担荷载,土被CFG桩置换是复 合地基承载力得到提高的主要原因之一. 1.2挤密效应 CFG桩复合地基一般采用振冲沉管法施工, 由于振动和冲击的挤压作用使桩间土得到一定程 度的挤密.对松散的单粒结构(松散砂,松散土 体),颗粒间孔隙较大,位置不稳定,在振冲荷载作 用下,可使单粒,松散结构变成密实的稳定结构, 土体物理力学性质得到改善,从而提高地基承载 力. 1.3排水效应 CFG桩由于在普通混凝土拌合料中掺人粉 煤灰,因此具有很强的渗透性,桩体相对于土体构 成了渗透性很好的竖向排水,减压通道.可以有 效地消散振冲产生的超孔隙水压力的增高,加速 土体的排水和固结,有效提高土体强度,土体强度 还会随着时间增加而增强. 另外,CFG桩复合地基采用振冲法施工,还 可大大增强粉,细砂土的抗液化能力. 2CFG桩复合地基承载力计算方法分析 2.1《建筑地基处理技术规范》【1]jGJ79—2002 计算方法 《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2002专家 组经过大量的理论计算和试验数据分析,综合考 虑复合地基承载力的各个影响因素,得出CFG桩 复合地基承载力计算公式为: fsp,k=1TI.Ra/,+(1一m)fs,k(1) 式中:fsp,k——复合地基承载力特征值(kPa); m——面积置换率; ?收稿日期:2004—07—10 ?作者简介:齐宏伟(197O一),女,河北承德人,硕士,华北科技学院建筑工程系讲师. 46 第3期齐宏伟等:CFG桩复合地基承载力计算方法分析 —— 单桩竖向承载力特征值(kN); —— 桩的截面面积(m2); 桩间土承载力折减系数,易按地区经 验取值.如无经验时可取0.75, 0.95.天然地基承载力较高时取大值; f——处理后桩间土承载力特征值(kPa), 易按地区经验取值,如无经验时,可 取天然地基承载力特征值; ,当采用单桩载荷试验时,应将单桩竖向极 限承载力R除以安全系数2,当无单桩静载荷试 验资料时,按照下式估算: Ra=Up?(1siLi+qp(2) 式中:u——桩的周长(m); ,q.——桩侧第i层土的侧阻力,端阻力特 征值(kPa); Li——第i层土的厚度(m). 在公式中,复合地基承载力大小实质上为单 桩承载力和桩间土承载力之和.考虑到二者共同 工作的特点,用系数进行修正.在公式中众多的 计算参数中,除了面积置换率rn和桩的几何尺寸 ,L是可确定的参数外,其他参数均存在不确定 性.Ra,{sk应根据施工结束后的静载荷试验结果 确定,p则与土性参数有关,但这些参数在设计前 不可能得到准确数据,根据经验估算的参数离散 性很大,如果经验参数误差较大,就会大大降低承 载力计算值的准确性. 实际上,影响复合地基承载力的因素很多,除 规范公式中的定量参数:面积置换率,桩的几何尺 寸以外,土的物理力学特性,褥垫层厚度和施工工 艺等均对复合地基承载力产生较大影响.其中. 土的物理力学特性包括桩端土承载力,桩周土承 载力,土的密实度与土体挤密性,含水量和液性指 数,压缩模量ES,土的灵敏度和触变性等参数. 各因素之间相互关联,相互影响.如不同的施工 工艺,不同的土质,决定复合地基承载力能否有效 提高,尤其是桩间土承载力提高幅度.如振动沉 管施工工艺属于非排土成桩工艺,承载力的提高 除与置换作用有关外,还对桩间土产生振动,挤密 作用,但不同性质的土体振动效果不同.松散的 粉砂层振动效果比较显着,可由松散状态变为中 密并接近密实状态;塑性指数较大的粉粘土的物 理力学指标也有所改善;对于灵敏度较高的土和 密实度较高的土,振动会破坏土的结构强度,减小 密实度,承载力下降.长螺旋钻管内泵压施工工 艺属于排土成桩工艺,承载力的提高只与置换作 用有关,对桩间土不产生挤密作用. 在采用《规范》[]公式进行复合地基承载力 设计中,各种因素对复合地基承载力的影响表现 在设计参数取值上,如果参数取值合理,就会得到 较准确的计算值.但是经验参数的取值必须综合 考虑影响复合地基承载力的各个因素,对复合地 基承载力的提高作用,不仅要考虑置换作用,还需 综合考虑挤密,排水,时间效应等因素.合理的经 验参数取值必须积累足够的实测数据样本. 2.2考虑负摩阻力的CFG桩复合地基承载力计 算方法 文献_2J提出的考虑负摩阻力的CFG桩复合 地基承载力计算公式为: fsp.k=oqnpRk+(1一rn)kfs.kl(3) 式中:fsp,k——复合地基承载力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值(kPa); a——单桩承载力发挥系数,当桩端为硬土 层,承载力较高时,取0.85,0.95: 当桩端为相对软弱土层时,取0.95 , 1.0: nn——每平方米复合地基内含有的CFG桩 的根数; Rk——CFG桩单桩承载力标准值(kN),原 公式符号为fD.k; Rk=Rl】/k(4) R=uDLi+qpkAp(5) 式中:qsik",qpk——桩侧第i层土的极限侧阻力,极 限端阻力(kPa); k——安全系数.取2.0. —— 桩间土承载力发挥系数,与置换率, 桩体材料等因素有关.一般取0.5, 1.0,置换率大,桩体强度高的取小 值.当桩端阻力发挥较大,已明显表 现出端阻效应时,可取小于0.5的 值; m一面积置换率: K——由CFG改良而使天然地基承载力提 高的系数; 47 第1卷第3期华北科技学院2004年9月 fl——天然地基承载力标准值(kPa),原 公式符号为f. 公式3是在《建筑地基处理技术规范》_3J 91公式基础上,考虑到土体性质,尤其是 GBJ79— 桩端土层硬度对单桩承载力发挥程度的影响,即 负摩阻力的存在对单桩承载力的降低作用. 复合地基中CFG桩的受力特点与普通桩有 所不同,主要表现在两个方面.其一,为土体挤密 作用增大了桩的侧应力,改善了桩的受力性能,提 高了桩的延性和承载力;其二,表现为负摩阻力的 存在降低了CFG单桩承载力.由于土体挤密效 应对CFG桩承载力的提高作用较小,文献[2]考 虑到负摩阻力的存在,在公式中将单桩承载力乘 以降低系数. 3工程实例 公式3中,n.可以换算为rn,a2相当于公 式1中的l3值,kfs.kl相当于公式1中的fs,k值.为 验证计算公式的准确性与合理性,下面以一工程 实例说明. 北京某小区一栋地上32层,地下2层的住宅 楼,该楼为框剪结构,基础为片筏基础,采用CFG 桩基加固处理地基.CFG桩强度C'25,桩径400 ITIlTI,有效桩长18rn,桩土置换率rn=0.052.天 然土层物理力学性质指标见表1,设计选取第? 层:粉质粘土层为筏基持力土层,第?层:中砂层 为桩端持力层. 作者分别利用公式1--3对复合地基承载力进 行了计算,并与静载荷试验结果进行了对比分析. 静载荷试验结果见表2,对比计算结果见表3. 表1天然土层物理力学性质 天然地基极限极限端土层平均 土层名称承载力侧阻力阻力厚度 fk(Kpa)k(Kpa)%k(Kpa)(m) 粉质粘土?17060688 粉质粘土?18060426 粉质粘土?一1180603.98 粉细砂?一2250702.0 中砂(含圆粒)?30o90l8o04.56 表2静载荷试验结果 单桩竖向极限加固后桩间土承载力复合地基承载力 承载力检测值R检测值(特征值)检测值(特征值) 1500KN300Kpa582Kpa 表3公式计算值与检测值对比结果 静载荷试验项目计算方法计算参数计算结果与检测值误差 结果 单桩 承载力公式5:R=Up?kLiqpk,Up=1256m,,=0.1256m21641KN1500KN+9.4% 《规范》【l公式法f,k=170Kpa,p0.85477Kpa一18% ,kmR/,+p(1一m)Is,kfc.k=300Kpa,p=085581Kpa一0.2% 复合地基fkl=170Kpa,k=1,al=0.9,Cl2=0.9450—22.6% 582Kpa承载力 文献[计算公式f.kl=170Kpa,k=1,1=0.9,a2=0.7419Kpa一28% f, kCl1npRk+a2(1一m)kIs.k1kfs.kl=300Kpa,Cl1=09,a2=09562—34% kf.. k1=300Kpa,al=09,a2=07505Kpa一132% 在公式中,f_kl,fs,k分别为加固前,后桩间土 承载力特征值(或承载力标准值),k是由CFG桩 的加固作用而使天然地基承载力提高的系数,即 fs, k=kfs.kl.规范ljJGJ79—2002规定,fs. k易按地 区经验取值,如无经验时,可取天然地基承载力特 征值.而加固后和加固前桩间土承载力相比,承 载力能否提高,以及承载力提高幅度,应综合考虑 加固土体性质,桩的布置和施工工艺的影响,k值 48 也是众多计算参数中最难确定的值,《规范》[0] GBJ79—91曾规定,挤土成孔时,一般粘性土和粉 土可取1.0,1.2. 计算中主要做了两组计算方法的对比,一组 数据采用天然地基承载力作为加固后桩间土的承 载力,即f, k=170Kpa(公式1),kf-kl=170Kpa (公式3,令k=1);一组数据采用加固后的桩间土 承载力检测值,即f,k=300Kpa(公式1),kf-kl= 第3期齐宏伟等:CFG桩复合地基承载力计算方法分析 300Kpa(公式3,令k=1.76).其他计算系数的 取值方法如下: 公式1,因天然地基持力层为粉质粘土层,承 载力较高,所以取J3=0.85.公式3,因桩端持力 层为中砂层,持力层承载力较高,根据文献[2]对 计算参数的选择方法,分别取两组参数进行计算: l=0.9,oc2=0.7和l=0.9,oc2=0.9. 其中Ra=Rk=Ru/2. 通过对比计算分析可知,CFG桩复合地基承 载力设计估算值的准确性与公式中各参数的合理 取值有关,尤其是地基加固处理后桩间土承载力 fs的取值,对计算结果的准确性起到关键作用.,k 如果fs取为加固后桩间土实际承载力,则计算误,k 差仅为一0.2%和一3.4%;但当fs取为原天然地基承载力时,计算误差分别为一 18,%k 和一22.6%. 采用公式3计算时,oc2的取值不同,对计算结果 影响也较大,计算误差分别为一22.6%,一28%和 一 3.4%,一13.2%,而且计算结果偏低. 4结论 形式确定的情况下,综合考虑加固土体性质,施工 工艺等因素的影响,合理估算加固后桩间土承载 力提高幅度,是准确计算复合地基承载力的必要 条件.但是,一般在设计前很难做到这一点.所 以,尽管规范中的计算公式非常合理,但为实际工 程设计的可操作性增加了难度,使得许多工程的 复合地基承载力设计值更偏于保守,与静载荷试 验结果比较误差较大. 采用公式计算复合地基承载力,要求设计和 检测单位积累大量的不同布桩,不同施工工艺条 件下,原状土和加固后桩间土的物理力学性质变 化数据及复合地基静载荷试验数据,为设计提供 合理的地区经验值,就会大大提高CFG桩复合地 基承载力设计值的准确性. 参考文献: [1]JGJ79—2002,建筑地基处理技术规范[S]. [2]张尚东,等.CFG桩复合地基特性分析及承载 力计算[J].石家庄铁道学院,2000,(9). [3]G_BJ79—91,建筑地基处理技术规范[S]. 工程计算结果表明,在CFG桩的参数,布桩 AnalysisonCalculationMethodofVerticalBearing CapacityofCFGPilesCompositeFoundation QJHong-wei,WANGYin (1.DebutantofavilEIn?eng,North(NnaInstituteofScienceandTechno1%:2~,YanjiaoBeijing-East101601; 2.theDesignBureauofHouseManagesinBaoDingCity,BaodingHeibei071000) Abstrct:AccordingtOprojectcounting,thepaperanalyzestheactivityandproblemsontheca lculationmethodofverticalbearing capacityofCFGpilescompositefoundation.Pointoutweshouldthinkaboutallkindsofinfluencefactorsandtheirrelationship andaccumulateplentyofengineeringdatum,itwillbeusefulforcountingtheve~icalbearingcapacityaccurately. KeyWords:CFGPiles;CompositeFoundation;VerticalBearingCapacityofCompositeFoundation;CalculationofVerticalBear— ingCapacity 49