CFG樁復(fù)合地基褥墊層作用機(jī)理分析

摘要:本文利用有限差分法軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值分析，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對(duì)CFG樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力的影響，得出了褥墊層厚度及模量對(duì)樁土荷載的分配具有良好的調(diào)節(jié)作用，最佳褥墊層厚度為0.1~0.3米，及選取中粗砂作為褥墊層材料比較合適等結(jié)論。

關(guān)鍵字:褥墊層 FLAC 應(yīng)力

1 引言

CFG樁復(fù)合地基是復(fù)合地基的一種，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間士、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過褥墊層與基礎(chǔ)連接，無論樁端落在一般土層還是堅(jiān)硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形減小，由于CFG樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價(jià)。

褥墊層是CFG復(fù)合地基中解決地基不均勻得一種方法。如建筑物一邊在巖石地基上，一邊在粘土地基上時(shí)，采用在巖石地基上加褥墊層(級(jí)配砂石)來解決。

本文通過有限差分法軟件FLAC3D，考慮復(fù)合地基中各種材料的非線性特性，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對(duì)CFG樁復(fù)合地基的影響，從而分析CFG樁復(fù)合地基褥墊層的作用機(jī)理。

2 褥墊層作用機(jī)理概述

褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分?jǐn)偨o樁及樁間土，使二者共同受力，形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部傳來的荷載。由于樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁間土應(yīng)力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應(yīng)減少樁間土承擔(dān)的荷載。這樣，由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，沉降變形減小，并同時(shí)提高了土體的抗剪強(qiáng)度，亦可使CFG樁避免產(chǎn)生刺入破壞的可能。

褥墊層在復(fù)合地基中具有如下的作用:

保證樁、土共同承擔(dān)荷載，它是水泥粉煤灰碎石樁形成復(fù)合地基的重要條件。

通過改變?nèi)靿|厚度，調(diào)整樁垂直荷載的分擔(dān)，通常褥墊越薄樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比越高，反之亦然。

減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。

調(diào)整樁、土水平荷載的分擔(dān)，褥墊層越厚，土分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越大，樁分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越小。

3 FLAC3D數(shù)值分析

本次模擬重點(diǎn)分析了不同褥墊層厚度及模量對(duì)復(fù)合地基應(yīng)力的影響，模型圖及應(yīng)力示意圖見圖3.1。

3.1 褥墊層厚度的影響

改變?nèi)靿|層厚度對(duì)復(fù)合地基應(yīng)力的影響見表3.1、圖3.2。

由表3.1和圖3.2可以看出，隨著墊層厚度的增加，樁頂應(yīng)力在逐漸減小，樁周土應(yīng)力在逐漸增大，樁端應(yīng)力也逐漸減小，因此，褥墊層厚度對(duì)樁土荷載的分配具有良好的調(diào)節(jié)作用。從圖3.2可以看出，隨著墊層厚度的增加，一味增加褥墊層厚度，其調(diào)節(jié)效果大大降低，過厚的褥墊層勢(shì)必會(huì)造成材料的浪費(fèi)，由圖可以判斷，最佳褥墊層厚度在0.1~0.3米左右。

3.2褥墊層模量的影響

由表3.2和圖3.3可以看出，隨著褥墊層模量的增加樁頂應(yīng)力急劇減小，而后趨于平穩(wěn)，樁周土應(yīng)力在逐漸增大，樁端應(yīng)力也逐漸減小，由圖3.3可以看出，褥墊層模量在10~30Mpa的范圍內(nèi)各個(gè)應(yīng)力分擔(dān)趨于平穩(wěn)，可以看出，選取適當(dāng)?shù)娜靿|層模量對(duì)消除應(yīng)力集中，調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比有重要作用，其有效范圍為10~30Mpa。

因?yàn)槿靿|層要求散體材料，而中粗砂的模量在此范圍內(nèi)，因此，中粗砂作為褥墊層材料比較合適。

4 結(jié)語

本文利用有限差分法軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值分析，分析不同褥墊層厚度、模量等因素對(duì)CFG樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力的影響，探討了CFG樁復(fù)合地基褥墊層的作用機(jī)理，得到了以下結(jié)論:

1、褥墊層厚度對(duì)樁土荷載的分配具有良好的調(diào)節(jié)作用，最佳褥墊層厚度在0.1~0.3米左右。

2、褥墊層模量對(duì)消除應(yīng)力集中，調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比有重要作用，其有效范圍為10~30Mpa。

3、中粗砂作為褥墊層材料比較合適。

參考文獻(xiàn):

1.閻明禮，楊軍，CFG樁復(fù)合地基的褥墊技術(shù)，地基處理，1996年3期，1-7

2.吳春林，閻明禮，CFG樁復(fù)合地基承載力簡(jiǎn)易計(jì)算方法，巖土工程學(xué)報(bào).1993-3

3.龔曉南，復(fù)合地基，浙江大學(xué)出版社，1992

4.魏平，殷剛，CFG樁復(fù)合地基褥墊層設(shè)計(jì)的優(yōu)化，山西建筑，2006年32卷22期，111-112