摘要：本文根據(jù)沉降控制樁的原理及CFG樁相對(duì)于樁基的優(yōu)點(diǎn)，提出了用CFG樁沉降控制樁的觀點(diǎn)，并對(duì)CFG樁與樁基受力性能進(jìn)行了比較，研究了CFG樁的變形特性及沉降計(jì)算，最終得出了CFG樁沉降控制樁設(shè)計(jì)過(guò)程及根據(jù)n~s曲線確定布置樁數(shù)n的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：CFG樁;沉降控制;樁基;樁間土的承載力

0.引言

地基基礎(chǔ)沉降是地基基礎(chǔ)工程的三大難點(diǎn)之一，至今還沒(méi)有得到有效地解決。隨著建筑規(guī)模的擴(kuò)大，樁基礎(chǔ)領(lǐng)域發(fā)展迅速，樁基礎(chǔ)在減少建筑物沉降，提高地基承載力方面有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用，其中，CFG樁具有普通樁基不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

在工程中采用樁基礎(chǔ)主要有兩個(gè)原因：一是提高地基承載力;二是減小工后沉降。就目前而言，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)時(shí)都假設(shè)絕大多數(shù)荷載由樁承擔(dān)，而樁間土只承擔(dān)一小部分或不承擔(dān)荷載。鑒于實(shí)際工程中存在大量天然地基的承載能力充足，但若采用常規(guī)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，沉樁數(shù)量增多會(huì)使地基產(chǎn)生過(guò)大的沉降(超過(guò)容許沉降量)，且基礎(chǔ)工程造價(jià)過(guò)高。因此產(chǎn)生了一種新型基礎(chǔ)形式——沉降控制樁基礎(chǔ)，它以沉降控制為基礎(chǔ)，用于天然地基承載力能滿足設(shè)計(jì)荷載要求但沉降卻過(guò)大的情況。在這種基礎(chǔ)形式中，樁可視為減少沉降的措施或減少沉降的構(gòu)件來(lái)使用。與傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法相比，沉降控制樁基礎(chǔ)具有樁間距大、用樁數(shù)量少的特點(diǎn)。

1. 沉降控制樁的原理

沉降控制樁基礎(chǔ)是指按控制地基沉降的原則設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)，其核心思想是根據(jù)建筑物允許產(chǎn)生一定沉降的觀點(diǎn)，利用樁間土的承載能力，使單樁承受的荷載超過(guò)承載力設(shè)計(jì)值，進(jìn)而減少一部分樁數(shù)，使建筑物的沉降量控制在合理的范圍內(nèi)，也即在設(shè)計(jì)時(shí)由基礎(chǔ)的沉降控制值來(lái)確定樁數(shù)和樁長(zhǎng)。若

基礎(chǔ)的沉降量比較大，則可以通過(guò)調(diào)整樁的數(shù)量使得基礎(chǔ)的沉降量控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。究其根本為根據(jù)基礎(chǔ)沉降控制的要求來(lái)確定樁數(shù)和樁長(zhǎng)。

2. CFG樁與樁基的受力性能比較

普通樁基與CFG樁復(fù)合地基中樁、土的受力特性的不同如下。

普通樁基，基礎(chǔ)直接與樁和樁間土接觸，在給定荷載作用的情況下，樁承受較多的荷載，但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，樁發(fā)生的沉降大于承臺(tái)發(fā)生的沉降，最終導(dǎo)致承臺(tái)下土承擔(dān)的荷載增加，而樁承擔(dān)的荷載減少，也即形成了一個(gè)樁承擔(dān)的荷載逐漸向承臺(tái)下地基土轉(zhuǎn)移的過(guò)程。

CFG樁復(fù)合地基，當(dāng)承受荷載作用時(shí)，樁和樁間土均要發(fā)生變形，因樁的模量要遠(yuǎn)大于土的模量，使得樁的變形要小于土的變形。并且借助于褥墊層的調(diào)整作用，可保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作。在給定荷載作用下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，盡管樁間土表面的變形不斷增加，但是樁和土的荷載分擔(dān)不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化。

普通樁基，隨著荷載的增加，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸減小，土承擔(dān)的荷載則相反。

CFG樁復(fù)合地基，隨著荷載的增加，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸增加，土承擔(dān)的荷載相反。

普通樁基，樁與承臺(tái)一般為剛性連接。垂直荷載作用下，樁頂、樁間土表面以及承臺(tái)三者的沉降均相等。樁的最大軸力發(fā)生在樁的頂部。

CFG樁復(fù)合地基，在任一荷載作用下，樁頂、樁間土表面以及承臺(tái)三者的沉降均不相等，如圖1示。CFG樁復(fù)合地基最大軸力發(fā)生在中性點(diǎn)處。

圖1 樁、土及基礎(chǔ)p-s曲線

3. CFG樁的優(yōu)點(diǎn)

相較于常規(guī)樁基礎(chǔ)，沉降控制樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)為：按極限承載力設(shè)計(jì)單樁，使樁的承載能力得到充分的發(fā)揮;樁控制基礎(chǔ)沉降的能力得到充分的利用;減少用樁數(shù)量(約可減少30%以上)，降低基礎(chǔ)工程的造價(jià);減少對(duì)周圍環(huán)境的不利影響;質(zhì)量控制可得到較好的保證。由以上各優(yōu)點(diǎn)可以看出，沉降控制樁基礎(chǔ)具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

而相較于普通樁基，CFG樁的優(yōu)點(diǎn)為：CFG樁為素混凝土樁，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰來(lái)作為摻加料，而普通樁基為鋼筋混凝土樁，且CFG樁相較于普通樁基其樁徑小、樁長(zhǎng)短，可節(jié)約造價(jià);普通樁基傳遞水平荷載的能力遠(yuǎn)小于其傳遞垂直荷載的能力，因此讓其承受水平荷載為用其短處，而CFG樁通過(guò)褥墊層將樁與承臺(tái)斷開，充分利用樁間土承擔(dān)水平荷載的承載能力，使得樁僅用來(lái)承受一小部分的水平荷載;CFG 樁首先利用樁間土的承載能力，不足的部分由樁來(lái)承擔(dān)，而普通樁基則完全利用樁的承載能力，可以看出CFG樁的數(shù)量會(huì)大大減少，從而大大節(jié)約了工程造價(jià)。

鑒于以上常規(guī)樁基礎(chǔ)與沉降控制樁基礎(chǔ)的比較以及普通樁基與CFG樁的比較，可以看到， 采用CFG樁沉降控制樁樁長(zhǎng)、樁數(shù)會(huì)大大減少，節(jié)約工程造價(jià)。因此，在實(shí)際工程中，用CFG樁沉降控制樁基礎(chǔ)來(lái)處理天然地基承載力滿足要求而沉降不滿足要求的地基基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4. CFG樁復(fù)合地基的變形特性

在相同的地質(zhì)條件下，當(dāng)荷載一定時(shí)，樁越長(zhǎng)，樁間土的荷載分擔(dān)比越小，其所受荷載越小，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮量越小，下臥層的壓縮量越小，總的壓縮量越小，樁越短則完全相反。

同一樁長(zhǎng)下，加固區(qū)的壓縮量和下臥層的壓縮量占總壓縮量的比例隨著荷載的增加，幾乎沒(méi)有大的變化。同一荷載下，加固區(qū)的壓縮量占總壓縮量的比例隨著樁長(zhǎng)的增加而增加，下臥層的壓縮量則正好相反。

樁會(huì)對(duì)樁間土變形產(chǎn)生一定的影響，如下：

①由于樁的存在，使得樁間土的變形受到樁的約束，即側(cè)向變形受到限制，最終導(dǎo)致土的垂直變形減小。且樁對(duì)樁間土的約束與樁的數(shù)量有很大關(guān)系，樁數(shù)越多，約束作用越大。

②由于褥墊層的設(shè)置，樁存在一個(gè)負(fù)摩擦區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，樁對(duì)樁間土產(chǎn)生向上的作用，阻止樁間土的變形。荷載較小時(shí)，因主要是樁側(cè)阻力的發(fā)揮，導(dǎo)致應(yīng)力面積的總和為負(fù)值，其總體效應(yīng)使得樁間土的變形減小。荷載較大時(shí)，樁端阻力發(fā)揮較大，應(yīng)力面積總和為正值，其總體效應(yīng)使樁間土變形加大。

5. CFG樁沉降計(jì)算

CFG樁地基的變形包括三方面：加固區(qū)范圍內(nèi)的壓縮變形;樁端下臥層變形;褥墊層的變形，其中，褥墊層的變形較小，可忽略不計(jì)。

CFG樁復(fù)合地基變形的假設(shè)：

①?gòu)?fù)合地基的應(yīng)力分布按半無(wú)限空間彈性體計(jì)算;

②樁間土的變形由樁間土所受的荷載引起;

③樁間下臥層的變形由復(fù)合地基的總荷載引起。

復(fù)合地基的總變形包括兩部分：樁長(zhǎng)范圍內(nèi)樁間土的變形，下臥層的變形。

CFG 樁的最終沉降計(jì)算公式：

式中，x為加固區(qū)土的模量提高系數(shù)。

計(jì)算過(guò)程中應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：

①變形模量的選取。復(fù)合地基應(yīng)按照復(fù)合模量來(lái)計(jì)算。

②附加壓力的計(jì)算。計(jì)算樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁間土的變形時(shí)，將樁間土的平均應(yīng)力作為基底的附加應(yīng)力。

6. CFG樁沉降控制樁設(shè)計(jì)過(guò)程

根據(jù)上述分析過(guò)程可得出，CFG樁的沉降量與樁長(zhǎng)有密切關(guān)系。CFG樁沉降控制樁的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：先假定基本設(shè)計(jì)參數(shù)，如樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體強(qiáng)度、褥墊層的厚度等，將樁長(zhǎng)設(shè)定為變量，通過(guò)調(diào)整這一變量來(lái)調(diào)整樁數(shù)。實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)樁數(shù)n進(jìn)行循環(huán)，得出樁數(shù)n與沉降量s的關(guān)系，即n~s曲線，如圖2所示。根據(jù)此曲線確定該工程的布置樁數(shù)n。

圖2 樁數(shù)n與沉降量s的關(guān)系曲線

7. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面的分析，得出以下結(jié)論：

①CFG樁沉降控制樁在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)建筑物允許產(chǎn)生一定沉降的觀點(diǎn)，由沉降控制值來(lái)確定樁數(shù)和樁長(zhǎng)，并充分利用了樁間土的承載能力，減少樁數(shù)，節(jié)約工程造價(jià);

②CFG樁沉降控制樁與沉降控制樁基礎(chǔ)相比，樁長(zhǎng)、樁數(shù)大大減少，節(jié)約工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張東剛. CFG樁復(fù)合地基變形計(jì)算分析[J].建筑科學(xué)，1993, (4).

[2] 陳晉中，白曉紅，葛忻聲，董曉強(qiáng). CFG樁復(fù)合地基沉降分析[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,41(4).

[3] 閻明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及其工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[4] GB50007--2002.建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[5] JGJ79-2002.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

---

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/jixielw/19206.html