一種“CFG+筏板”樁筏基礎(chǔ)設(shè)計改進算法研究

孫建飛 （無錫蘇源檀溪灣置業(yè)有限公司，江蘇 無錫 214000）

“CFG+筏板”是一種是一種常見的高層建筑技術(shù)形式，能夠有效提升地基承載力，從而達到地基承載力要求。在“CFG+筏板”基礎(chǔ)設(shè)計當中，沉降計算是較為重要的內(nèi)容，也是影響CFG樁布置的重要因素。目前階段對于CFG樁的沉降計算主要依據(jù)文克勒地基模型經(jīng)典計算方法，并沒有考慮上部結(jié)構(gòu)對地基沉降的影響。但是在實際當中上部結(jié)構(gòu)剛度會對基礎(chǔ)所施加的地基反力造成較大影響，進而影響到基礎(chǔ)沉降[1]。在文章當中以傳統(tǒng)文克勒地基模型為基礎(chǔ)，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)剛度對地基反力進行了適當調(diào)整，從而進一步滿足地基承載力的要求。該計算方法在實際工程中的應(yīng)用能夠有效克服傳統(tǒng)計算方法無法準確計算沉降值的缺陷，為工程設(shè)計提供新的依據(jù)。

1 “CFG+筏板”樁筏基礎(chǔ)設(shè)計改進算法

1.1 “CFG+筏板”樁筏基礎(chǔ)地基剛度調(diào)整方式

“CFG+筏板”樁筏基礎(chǔ)地基剛度調(diào)整方式主要有以下三種方式：①對于大底盤高層建筑，由于高層建筑底部荷載相對較大，因此，筏板厚度需要增大，同時，采用CFG樁進行地基加固，而裙房部分則采用天然地基，從而達到降低不均勻沉降的目的；②對于核心筒結(jié)構(gòu)，除了增大核心筒位置筏板厚度之外，外圍框架柱部分還可以通過減少CFG樁長與樁徑以及擴大間距的方式進行調(diào)整；③對于一般結(jié)構(gòu)形式，必須要保障平均基地壓力滿足要求，即在筏板范圍之內(nèi)CFG樁需要均勻布置[2]。

現(xiàn)代有限元計算軟件的發(fā)展，允許前兩種形式的基礎(chǔ)計算可以通過子筏板劃分的計算方式進行。計算機可以根據(jù)所輸入的工程地質(zhì)條件進行不同區(qū)域沉降計算，并考慮地基剛度的協(xié)調(diào)變形。在下文當中筆者將對第三種方式的改進算法進行分析。

1.2 改進算法

該改進算法主要針對非大底盤結(jié)構(gòu)與非核心筒結(jié)構(gòu)，其主要原理是通過基礎(chǔ)平面以及地質(zhì)條件的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)計算改進。首先，需要將不規(guī)則的筏板基礎(chǔ)進行等效處理，將其等效為矩形，矩形的寬度選擇原筏板大多數(shù)部位的寬度B，等效矩形的長度則選擇為S/B（S為筏板面積）。在進行地質(zhì)條件轉(zhuǎn)化時為了使得地基土的壓縮模量具有一定的代表性，對于低壓縮性土來說選擇最深標高勘探孔作為層頂標高，而其他土層則取平均值，地質(zhì)條件轉(zhuǎn)化之后的示意圖如圖1中所示[3]。

圖1 轉(zhuǎn)化之后的地質(zhì)剖面圖

分別按照式1～3計算轉(zhuǎn)化之后的等效矩形筏板在簡化之后的剖面地質(zhì)條件之下，地基處的土自重應(yīng)力以及附加應(yīng)力，在進行沉降計算時土體的壓縮模量依然選擇勘察報告中所提供的數(shù)據(jù)。

其中：γm—轉(zhuǎn)化之后矩形中心基底形心以上土層的加權(quán)平均重度，地下水位以下區(qū)浮重度。

d—基礎(chǔ)埋深；

γi—轉(zhuǎn)化之后矩形基底形心之下，第i土層的重度；Zi—轉(zhuǎn)化之后矩形基底形心之下，第i土層的厚度；

l與b—轉(zhuǎn)化之后矩形的長和寬的1/2.

則擴撒應(yīng)力應(yīng)該計算到的深度z為：

使用Excel表格中的函數(shù)調(diào)用功能，將式1～4編輯成表格，從而快速計算出基底中心處不同土層的自重應(yīng)力以及附加應(yīng)力，避免在計算時需要進行查表并需要進行大量計算。

2 工程案例

某高層住宅為23層，剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，基底標高-7.750m，地下水位為-10.000m，標準組合下基底平均反力值為418kPa，準永久組合下基底平均反力值為398kPa，轉(zhuǎn)化之后的地質(zhì)條件如下表中所示，在下表中壓縮模量即是根據(jù)筆者所制作的Excel表格得出的。

在本項目當中經(jīng)計算CFG樁長應(yīng)采用400mm，樁長15m，采用1.45m的正方形布樁方式。

在根據(jù)相關(guān)規(guī)范進行該項目當中的復合地基沉降計算時，筏板采用原始筏板尺寸，并將筏板范圍內(nèi)的所有勘探孔的數(shù)據(jù)輸入到軟件當中，復合地基范圍內(nèi)的土層壓縮模量取為轉(zhuǎn)化之后土層的 2.1 倍（ξ＝fspk/fak＝420/200＝2.1）[4]。同濟啟明星公司所開發(fā)的PILE2000軟件是通過文克勒地基模型進行CFG樁復合地基沉降計算，同時還能考慮異型筏板、筏板附加荷載以及不同土層厚度的影響，因此選擇PILE2000軟件進行本項目CFG樁復合地基沉降計算，并將沉降值乘以0.8的折減洗漱可以得到最終的地基變形值，如下圖2中所示。

轉(zhuǎn)化后的土層物理力學指標

圖2 該項目CFG復合地基沉降理論計算分布（單位：mm）

該項目實際沉降觀測結(jié)果如下圖3中所示（4號與18號點位因失效無法進行觀測），通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，上文中所論述的方法與實際沉降之間基本保持一致，具有一定的有效性[5]。

圖3 該項目CFG復合地基沉降實際觀測結(jié)果分布（單位：mm）

3 結(jié)語

文章提出了一種同時考慮相互影響以及不同土層厚度影響的計算方法，該方法與實際觀測結(jié)果無明顯差異，在實際工程中的應(yīng)用較為簡單，同時也復合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，可以作為工程設(shè)計人員的參考依據(jù)[6]。