丁路通

（中國建筑技術(shù)集團有限公司，北京 100013）

CFG樁復合地基承載力及沉降計算在JCCAD中的實現(xiàn)

丁路通

（中國建筑技術(shù)集團有限公司，北京 100013）

對CFG樁復合地基承載力及沉降計算要點進行了總結(jié)，通過某一實際工程介紹了在JCCAD的實現(xiàn)，對結(jié)構(gòu)工程師處理此類問題有一定的參考價值。

CFG樁；復合地基；JCCAD；沉降

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

1 引言

當天然地基土質(zhì)較差時，高層結(jié)構(gòu)的地基承載力及沉降很難滿足設計要求，此時常常進行地基處理，CFG樁復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用。但CFG樁復合地基承載力及沉降計算與天然地基有所不同，本文結(jié)合規(guī)范對其計算要點及注意事項進行了總結(jié)。目前設計院普遍采用JCCAD進行地基基礎設計，在使用JCCAD進行CFG樁復合地基計算時，必須以規(guī)范為依據(jù)，正確設置計算參數(shù)，才能得出準確計算結(jié)果。本文通過某一實際高層剪力墻結(jié)構(gòu)，并詳細介紹了CFG樁復合地基計算在JCCAD的實現(xiàn)。

2 工程實例概況

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62.26m，寬15.6m，采用平板式筏板基礎，筏板厚900mm，標準層結(jié)構(gòu)平面圖見圖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層剪力墻混凝土強度等級為C40，8～28層為C35。該工程設計使用年限50a，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑抗震設防分類為丙類，設計地震分組為第一組，抗震設防烈度為8度（0.2g），場地類別為Ⅲ類，地基基礎設計等級為乙級。

經(jīng)地勘單位現(xiàn)場勘查，場地土層分布及其物理力學參數(shù)情況如表1所示?；A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?shù)亟?jīng)驗，本工程采用了CFG樁復合地基方案，共布置CFG樁383根，設計樁徑400mm，有效樁長22m，混凝土強度等級C25，樁間距在1 500mm左右，采用長螺旋鉆成孔管內(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，采用碎石或級配砂石，碎石最大粒徑不宜大于30mm。要求處理后復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 標準層結(jié)構(gòu)平面圖

表1 地基土層主要物理力學參數(shù)表

3 CFG樁復合地基承載力及沉降計算要點

我國規(guī)范明確規(guī)定，復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。

3.1 CFG樁復合地基地基承載力計算

應對軸心荷載和偏心荷載下的地基承載力分別進行驗算，具體公式見《建筑地基基礎設計規(guī)范》[1]公式5.2.1當軸心荷載作用時，應特別注意：(1)對于CFG樁復合地基，當考慮對地基承載力進行深寬修正時，寬度不做修正，深度修正系數(shù)取1.0[2]，如式(1)所示；(2)對于主裙樓一體的結(jié)構(gòu)，確定主體結(jié)構(gòu)的基礎埋置深度時，宜將基礎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寬度時，將超載其折算為土層厚度作為基礎埋深，兩側(cè)超載不等時取小值。

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

3.2 CFG樁復合地基沉降計算

復合地基的最終變形量計算按式（2）計算：

式中，s為復合地基最終變形量,mm，應滿足《建筑地基基礎設計規(guī)范》第5.3.4條變形允許值；ψsp為復合地基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，可按地區(qū)沉降觀測資料確定，無地區(qū)經(jīng)驗時可按《建筑地基基礎設計規(guī)范》表7.2.10確定；s′為復合地基計算變形量，mm，根據(jù)分層總和法計算，參見《建筑地基基礎設計規(guī)范》第5.3.5～5.3.8條。

應特別注意：（1）處理后的土層壓縮模量按式（3）～（4）進行計算，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）對于高層剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都設有地下室，此時變形計算時應考慮地基土回填變形量，具體計算見《建筑地基基礎設計規(guī)范》第5.3.10條。

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

4 CFG樁復合地基計算在JCCAD中的實現(xiàn)

4.1 操作流程及重點參數(shù)

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

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

3）在“基礎人機交互輸入”模塊定義筏板基礎并設定基本參數(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樁復合地基只進行深度修正，深度修正系數(shù)取1.0；（3）基礎埋置深度，本工程地下為兩層車庫大底盤，將車庫荷載及覆土折算為土層厚度作為基礎埋深，計算結(jié)果為3.47m。

4）進入“樁筏筏板有限元計算”模塊，計算參數(shù)如圖3所示，重要參數(shù)有：（1）“基礎形式”，選為復合地基，選取后右下方復合地基相關(guān)參數(shù)選項被激活，“天然地基承載力特征值”是未處理前基礎底面土層的承載力特征值，本工程為100kPa，“復合地基承載力特征值”是未經(jīng)深度修正的復合地基承載力特征值，本工程為390kPa，“復合地基處理深度”為有效樁長，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“沉降計算考慮回彈再壓縮”，模量比可根據(jù)勘查資料確定，若無資料，可取2～5之間的值。

圖2 地基承載力參數(shù)設置

圖3 筏板有限元計算基本參數(shù)

4.2 結(jié)果分析

JCCAD可根據(jù)規(guī)范要求，自動驗算各種荷載組合下的地基承載力，實際工作中結(jié)構(gòu)工程師可根據(jù)此驗算結(jié)果向地基處理單位提出處理后承載力要求。地基沉降量對筏板配筋量有顯著影響，設計時應重點關(guān)注，JCCAD中地基平均沉降的詳細計算過程，在工程目錄下的GBCJ.OUT進行查看，計算結(jié)果在“沉降試算”對話框中顯示，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，滿足要求后進行下一步筏板有限元計算，可得到詳細的沉降云圖，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，同時也小于設計要求的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

本文總結(jié)了CFG樁復合地基的計算要點，并通過一實際工程，介紹了在JCCAD中的實現(xiàn)，JCCAD是PKPM系列軟件中最為紛繁復雜的，若不能正確掌握則不能得到正確計算結(jié)果，本文對于結(jié)構(gòu)工程師進行CFG樁復合地基計算有一定的參考價值。

【1】GB 50007—2011建筑地基基礎設計規(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樁復合地基技術(shù)及工程實踐（第二版）[M].北京:中國水利水電出版社,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)工程設計與研究，（電子信箱）dinglutong@163.com。