CFG樁復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算在JCCAD中的實(shí)現(xiàn)

丁路通

（中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013）

CFG樁復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算在JCCAD中的實(shí)現(xiàn)

丁路通

（中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013）

對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)某一實(shí)際工程介紹了在JCCAD的實(shí)現(xiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)工程師處理此類(lèi)問(wèn)題有一定的參考價(jià)值。

CFG樁；復(fù)合地基；JCCAD；沉降

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.011

1 引言

當(dāng)天然地基土質(zhì)較差時(shí)，高層結(jié)構(gòu)的地基承載力及沉降很難滿足設(shè)計(jì)要求，此時(shí)常常進(jìn)行地基處理，CFG樁復(fù)合地基是一種常用的地基處理手段，適用于處理雜填土、新近沉積土等承載力較低、壓縮模量較小的土，在工程中已有廣泛應(yīng)用。但CFG樁復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算與天然地基有所不同，本文結(jié)合規(guī)范對(duì)其計(jì)算要點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)。目前設(shè)計(jì)院普遍采用JCCAD進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在使用JCCAD進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基計(jì)算時(shí)，必須以規(guī)范為依據(jù)，正確設(shè)置計(jì)算參數(shù)，才能得出準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果。本文通過(guò)某一實(shí)際高層剪力墻結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了CFG樁復(fù)合地基計(jì)算在JCCAD的實(shí)現(xiàn)。

2 工程實(shí)例概況

該工程位于河北省香河縣，剪力墻結(jié)構(gòu)，地上28層，地下2層，結(jié)構(gòu)高度78.4m，長(zhǎng)62.26m，寬15.6m，采用平板式筏板基礎(chǔ)，筏板厚900mm，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見(jiàn)圖1。該剪力墻結(jié)構(gòu)地下2～4層剪力墻厚為250mm、200mm，5～28層剪力墻厚200mm、180mm，地下2～8層剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，8～28層為C35。該工程設(shè)計(jì)使用年限50a，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防分類(lèi)為丙類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

經(jīng)地勘單位現(xiàn)場(chǎng)勘查，場(chǎng)地土層分布及其物理力學(xué)參數(shù)情況如表1所示?；A(chǔ)底面位于第4層粉質(zhì)黏土層，該土層承載力特征值為100kPa，地基承載力不滿足要求。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，本工程采用了CFG樁復(fù)合地基方案，共布置CFG樁383根，設(shè)計(jì)樁徑400mm，有效樁長(zhǎng)22m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，樁間距在1 500mm左右，采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，單樁承載力特征值為780kN，褥墊層厚度200mm，采用碎石或級(jí)配砂石，碎石最大粒徑不宜大于30mm。要求處理后復(fù)合地基承載力特征值（未經(jīng)修正）為390kPa，結(jié)構(gòu)整體傾斜值小于0.0025，考慮到地下管線的變形要求，提出最終沉降量不大于60mm。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

表1 地基土層主要物理力學(xué)參數(shù)表

3 CFG樁復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算要點(diǎn)

我國(guó)規(guī)范明確規(guī)定，復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)滿足建筑物承載力和變形要求。

3.1 CFG樁復(fù)合地基地基承載力計(jì)算

應(yīng)對(duì)軸心荷載和偏心荷載下的地基承載力分別進(jìn)行驗(yàn)算，具體公式見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]公式5.2.1當(dāng)軸心荷載作用時(shí)，應(yīng)特別注意：(1)對(duì)于CFG樁復(fù)合地基，當(dāng)考慮對(duì)地基承載力進(jìn)行深寬修正時(shí)，寬度不做修正，深度修正系數(shù)取1.0[2]，如式(1)所示；(2)對(duì)于主裙樓一體的結(jié)構(gòu)，確定主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋置深度時(shí)，宜將基礎(chǔ)地面以上的荷載作為兩側(cè)超載考慮，超載寬度大于兩倍基礎(chǔ)寬度時(shí)，將超載其折算為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，兩側(cè)超載不等時(shí)取小值。

式中，fa，fspk分別為修正和未經(jīng)修正的CFG樁復(fù)合地基地基承載力特征值，kPa;γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，kN/m3，地下水位以下土層取有效重度；d為基礎(chǔ)埋置深度，m。

3.2 CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算

復(fù)合地基的最終變形量計(jì)算按式（2）計(jì)算：

式中，s為復(fù)合地基最終變形量,mm，應(yīng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.4條變形允許值；ψsp為復(fù)合地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可按地區(qū)沉降觀測(cè)資料確定，無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表7.2.10確定；s′為復(fù)合地基計(jì)算變形量，mm，根據(jù)分層總和法計(jì)算，參見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5～5.3.8條。

應(yīng)特別注意：（1）處理后的土層壓縮模量按式（3）～（4）進(jìn)行計(jì)算，即處理后的土層壓縮模量按照承載力特征值提高倍數(shù)同倍提高；（2）對(duì)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都設(shè)有地下室，此時(shí)變形計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地基土回填變形量，具體計(jì)算見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.10條。

式中，Ei，Espi分別為復(fù)合地基處理前、后的第i層土層的壓縮模量,MPa；ξ為復(fù)合地基土層的壓縮模量提高系數(shù)；fak為基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值,kPa。

4 CFG樁復(fù)合地基計(jì)算在JCCAD中的實(shí)現(xiàn)

4.1 操作流程及重點(diǎn)參數(shù)

1）在SATWE中完成結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，注意計(jì)算時(shí)勾選“生成傳給基礎(chǔ)的剛度”一項(xiàng)，以便后續(xù)計(jì)算能夠考慮上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的共同作用，更準(zhǔn)確地反映實(shí)際受力情況。

2）在JCCAD“地質(zhì)資料輸入”模塊中輸入土層參數(shù)，根據(jù)地勘報(bào)告布置孔點(diǎn)，這是進(jìn)行復(fù)合地基變形計(jì)算的前提條件，本工程的土層參數(shù)按照表1輸入。

3）在“基礎(chǔ)人機(jī)交互輸入”模塊定義筏板基礎(chǔ)并設(shè)定基本參數(shù)，基本參數(shù)如圖2所示，重要參數(shù)有：（1）地基承載力特征值，應(yīng)填未經(jīng)修正的地基承載力特征值，本工程為390kPa；（2）修正系數(shù)，CFG樁復(fù)合地基只進(jìn)行深度修正，深度修正系數(shù)取1.0；（3）基礎(chǔ)埋置深度，本工程地下為兩層車(chē)庫(kù)大底盤(pán)，將車(chē)庫(kù)荷載及覆土折算為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，計(jì)算結(jié)果為3.47m。

4）進(jìn)入“樁筏筏板有限元計(jì)算”模塊，計(jì)算參數(shù)如圖3所示，重要參數(shù)有：（1）“基礎(chǔ)形式”，選為復(fù)合地基，選取后右下方復(fù)合地基相關(guān)參數(shù)選項(xiàng)被激活，“天然地基承載力特征值”是未處理前基礎(chǔ)底面土層的承載力特征值，本工程為100kPa，“復(fù)合地基承載力特征值”是未經(jīng)深度修正的復(fù)合地基承載力特征值，本工程為390kPa，“復(fù)合地基處理深度”為有效樁長(zhǎng)，本工程為22m；（2）選取“SATWE剛度”，考慮上下部結(jié)構(gòu)共同作用；（c）勾選“沉降計(jì)算考慮回彈再壓縮”，模量比可根據(jù)勘查資料確定，若無(wú)資料，可取2～5之間的值。

圖2 地基承載力參數(shù)設(shè)置

圖3 筏板有限元計(jì)算基本參數(shù)

4.2 結(jié)果分析

JCCAD可根據(jù)規(guī)范要求，自動(dòng)驗(yàn)算各種荷載組合下的地基承載力，實(shí)際工作中結(jié)構(gòu)工程師可根據(jù)此驗(yàn)算結(jié)果向地基處理單位提出處理后承載力要求。地基沉降量對(duì)筏板配筋量有顯著影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，JCCAD中地基平均沉降的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，在工程目錄下的GBCJ.OUT進(jìn)行查看，計(jì)算結(jié)果在“沉降試算”對(duì)話框中顯示，如圖4所示，根據(jù)此結(jié)果可快速判斷沉降是否滿足規(guī)范要求，滿足要求后進(jìn)行下一步筏板有限元計(jì)算，可得到詳細(xì)的沉降云圖，如圖5所示。結(jié)果顯示：1）最大沉降量為26.2mm＜200mm，滿足規(guī)范要求，同時(shí)也小于設(shè)計(jì)要求的60mm；2）結(jié)構(gòu)整體傾斜值為0.00021＜0.0025，滿足規(guī)范要求。

圖4 沉降試算結(jié)果

圖5 地基沉降圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了CFG樁復(fù)合地基的計(jì)算要點(diǎn)，并通過(guò)一實(shí)際工程，介紹了在JCCAD中的實(shí)現(xiàn)，JCCAD是PKPM系列軟件中最為紛繁復(fù)雜的，若不能正確掌握則不能得到正確計(jì)算結(jié)果，本文對(duì)于結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基計(jì)算有一定的參考價(jià)值。

【1】GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

【3】閻明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐（第二版）[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

Calculations of Bearing Capacity,Settlement of CFG Pile Composite Foundation in

JCCAD

DING Lu-tong

(China Building Technique GroupCo.Ltd,Beijing 100013,China)

This paper summarizes calculations of bearing capacity,settlement of CFG Pile composite foundation,and introduceshowtorealizethecalculationsinJCCADthroughanactualengineering.Thestudycanprovidereferencevalueto structureengineers.

CFGpile;compositefoundation;JCCAD;settlement

TU470;TU473.1+1

B

1007-9467(2016)07-0055-03

2016-03-12

丁路通（1988～），男，河南鹿邑人，助理工程師，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）dinglutong@163.com。