CFG樁復(fù)合地基用于地鐵車站的數(shù)值分析

馬 玉 會(huì)

(1.武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065； 2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

CFG樁復(fù)合地基用于地鐵車站的數(shù)值分析

馬 玉 會(huì)1，2

(1.武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065； 2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

依據(jù)北京地鐵十四號(hào)線平樂園站的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立了有限元模型，對(duì)CFG樁應(yīng)用于地鐵車站進(jìn)行了數(shù)值分析，并與樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，將CFG樁用于地鐵車站中，可改善地基，能達(dá)到控制基礎(chǔ)沉降的作用，且車站底板彎矩較小，相比樁基礎(chǔ)單獨(dú)作用有一定的優(yōu)勢(shì)。

CFG樁復(fù)合地基，地鐵車站，數(shù)值分析，變形

1 工程概況

北京地鐵十四號(hào)線平樂園站是北京市地鐵十四號(hào)線工程的一個(gè)中間站，車站主體結(jié)構(gòu)為三層三跨框架結(jié)構(gòu)，采用蓋挖逆筑法施工。車站有效站臺(tái)長(zhǎng)度為138 m，車站中心覆土約為3.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為22.9 m，設(shè)計(jì)最大樁長(zhǎng)為28.5 m。車站典型橫剖面見圖1。

車站基坑邊坡土層按其沉積年代及工程性質(zhì)可分為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層。中間樁基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土層，地基承載力為330 kPa。

2 樁基礎(chǔ)性狀分析

原設(shè)計(jì)方案為鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為28.5 m，樁徑為2 m，樁間距為橫向5.6 m，縱向7.66 m。建立有限元分析模型進(jìn)行變形與內(nèi)力分析，結(jié)果如下。

2.1 變形分析

車站整體沉降圖見圖2。

1)車站整體沉降呈“盆”狀，且在距離車站跨中一定范圍內(nèi)變形較平緩。

2)底板變形最大值在縱向跨中橫向跨邊位置，變形最小值位于底板四角處。

2.2 內(nèi)力分析

主要分析各板所受彎矩(見圖3)，計(jì)算結(jié)果表明車站底板的彎矩最大。由板的彎矩圖可以看出，車站各板中跨跨中彎矩的變化曲線為鋸齒形，其峰值對(duì)應(yīng)板與樁柱端結(jié)合處，因而需注意板、樁柱結(jié)合處由于剪力和彎矩過大而產(chǎn)生剪切破壞。

對(duì)于地鐵車站變形及內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果符合已有規(guī)律，說明模型可用。并計(jì)算了樁長(zhǎng)變化對(duì)于基礎(chǔ)沉降和底板彎矩的影響，計(jì)算結(jié)果顯示：增加樁長(zhǎng)可以有效控制基礎(chǔ)沉降；同時(shí)，隨著樁長(zhǎng)的增加，底板彎矩也會(huì)隨之增加；樁越長(zhǎng)，板與樁柱結(jié)合處的應(yīng)力集中越明顯。

3 CFG樁復(fù)合地基性狀分析

CFG樁復(fù)合地基各設(shè)計(jì)參數(shù)中樁數(shù)(樁間距)、樁長(zhǎng)對(duì)復(fù)合地基的作用效果影響最明顯，且直接關(guān)系到工程造價(jià)。為達(dá)到控制基礎(chǔ)沉降的目的，對(duì)主要控制參數(shù)(樁間距、樁長(zhǎng))對(duì)地鐵車站基礎(chǔ)變形和內(nèi)力的影響進(jìn)行分析，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

3.1 樁間距的影響

考慮到樁長(zhǎng)及樁體模量等的影響，在此CFG樁長(zhǎng)取為21.8 m，即復(fù)合地基加固區(qū)厚度為21.8 m。樁徑取為0.6 m，樁間距分別取為H=2 m，3 m，4 m，樁孔位采用正方形布置，樁間距的變化對(duì)于車站底板變形和內(nèi)力的影響如圖4，圖5所示。可以看出，樁間距越小，底板變形與差異變形越小，且底板彎矩減小。

3.2 樁長(zhǎng)的影響

為分析CFG樁樁長(zhǎng)對(duì)基礎(chǔ)性狀的影響，選取樁徑為0.6 m，樁間距為3 m，樁長(zhǎng)分別為L(zhǎng)=7.5 m，11.5 m，16.4 m，21.8 m，進(jìn)行數(shù)值分析，樁長(zhǎng)變化對(duì)于底板變形及內(nèi)力的影響見圖6，圖7，可以看出，增加CFG樁樁長(zhǎng)，基礎(chǔ)沉降與底板差異變形減小，對(duì)于底板彎矩影響較小。

4 CFG樁與樁基礎(chǔ)共同作用

為更明顯的表現(xiàn)CFG樁復(fù)合地基對(duì)車站基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)對(duì)樁基礎(chǔ)和CFG樁復(fù)合地基對(duì)于地鐵車站的影響分析，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基共同作用的車站基礎(chǔ)與地基形式。

為方便比較，選取方案1為單獨(dú)樁基礎(chǔ)作用方案：樁長(zhǎng)7.5 m，樁徑2 m，樁間距7.66 m。方案2為樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基共同作用方案：樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與方案1相同，CFG樁復(fù)合地基各設(shè)計(jì)參數(shù)為：CFG樁間距3 m，樁長(zhǎng)11.5 m，樁徑0.6 m。建立模型，計(jì)算結(jié)果如下:1)底板變形。圖8給出了樁基礎(chǔ)方案和樁基礎(chǔ)與CFG樁共同作用方案的底板中跨跨中沿車站縱向和沿車站橫向的變形曲線。由圖可以看出，共同作用方案下基礎(chǔ)沉降最大值為14.78 mm，樁基礎(chǔ)方案下基礎(chǔ)沉降最大值為15.85 mm，沉降減小百分比為7.2%。2)底板彎矩。圖9給出了兩種方案下底板中跨跨中彎矩沿車站縱向的變化曲線，可以看出：共同作用方案相比樁基礎(chǔ)方案，底板彎矩有減小的趨勢(shì)，因?yàn)椴捎脧?fù)合地基增加了地基剛度，可減小底板的內(nèi)力分配。

5 結(jié)論與建議

以北京地鐵十四號(hào)線平樂園站為依據(jù)，利用MIDAS/GTS有限元軟件建立地鐵車站的計(jì)算模型，分別對(duì)樁基礎(chǔ)方案、CFG樁復(fù)合地基方案、樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基共同作用方案進(jìn)行了分析，通過大量的模型計(jì)算，得到了以下結(jié)論：

1)采用樁基礎(chǔ)方案時(shí)：在其他條件不變時(shí)，增大基樁樁長(zhǎng)，不僅可以大大減小基礎(chǔ)的平均沉降，同時(shí)可以顯著減小基礎(chǔ)的差異沉降，但增大樁長(zhǎng)對(duì)底板彎矩的影響較大，使得底板彎矩增加且應(yīng)力集中明顯。

2)采用CFG樁復(fù)合地基方案時(shí)：樁間距、樁長(zhǎng)都能夠改變復(fù)合地基的工作性狀，減小樁間距、增大樁長(zhǎng)能夠增大地基剛度，可以有效減小基礎(chǔ)沉降，且樁間距、樁長(zhǎng)變化對(duì)底板內(nèi)力影響甚微。

3)相比較樁基礎(chǔ)方案和CFG樁復(fù)合地基方案，利用CFG樁復(fù)合地基可有效減小車站底板的受力和應(yīng)力集中。

4)充分利用樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基各自的優(yōu)勢(shì)，樁基礎(chǔ)與CFG樁共同作用時(shí)，利用CFG樁技術(shù)加固地基，樁基礎(chǔ)的基樁長(zhǎng)度較小時(shí)即能滿足基礎(chǔ)沉降要求，且能夠減小樁長(zhǎng)增加引起的應(yīng)力集中。

5)在地鐵車站建設(shè)中，可用CFG樁復(fù)合地基改善地基性狀，減小樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度，降低造價(jià)。

[1] 王志紅.北京地鐵平樂園站蓋挖逆筑深基坑設(shè)計(jì)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012,34(sup):699-704.

[2] 蔣 力,毛海和,王 偉.杭州地鐵車站縱向沉降及地基處理分析[J].都市快軌交通，2010,23(6):75-78.

[3] 婁國(guó)充,馮 濤.CFG樁復(fù)合地基的有限元分析[J].路基工程，2000(3):53-55.

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Numerical analysis of CFG pile composite foundation in subway station

Ma Yuhui1，2

(1.WuhanVocationalCollegeofTraffic,Wuhan430065,China； 2.BeijingUniversityofCommunication,Beijing100044,China)

The thesis establishes finite element model according to Pingleyuan station design data of Beijing subway line No.14, carries out numerical analysis of subway station with CFG pile, and compares it with pile foundation scheme. Results show some merits of applying CFG pile in subway station, such as improving foundation, controlling foundation subsidence, reducing bottom subway station bending moment， compared with the separate effect have the advantage of pile foundation.

CFG pile composite foundation, subway station, numerical analysis, deformation

1009-6825(2015)07-0082-03

2014-12-23

馬玉會(huì)(1986- )，女，碩士，助理工程師

TU473.1

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