D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.04004 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 淤泥质土地区CG桩复合地基沉降 朱瑞钧高谦)袁爱平)齐干) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国矿业大学力学与建筑工程学院，北京100083 摘要运用FLAC软件对杭州开发区某办公楼复合地基沉降进行数值模拟，结合工程实际对FLAC模拟结果进行了位移矢 量和沉降分析，并将数值模拟结果和实测沉降值进行对比·在对数值模拟结果和实测数据进行深入分析的基础上，总结出影 响C℉G桩复合地基沉降的主要因素，分析发现桩土相互作用、桩的设置、载荷时间关系和土层应力分布对复合地基沉降影响 显著： 关键词CFG桩：沉降：复合地基；数值模拟 分类号TU473 复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强 S。=Sa 体，并由土体和增强体共同承担上部荷载的一种人 假定桩端处土的位移为S,由图1可知：桩间 工地基，是处理软弱地基土的有效手段，已在软弱土 土上部变形量为S.=S。一Sa,桩间土下部变形量为 地区得到广泛应用山，水泥土搅拌桩复合地基在 S=Sp一S,桩长Za范围内土体的压缩变形量 20世纪40年代最初由美国研制而成，1974年日本 S1=Su十Sa=S。一S,CFG桩复合地基下卧层的 港湾技术研究所等单位又合作开发研制出水泥搅拌 压缩变形量S2=S。一S1,褥垫层的压缩变形量 固化法，用于加固钢铁厂刊矿石堆场地基、70年代以 S3=H。一H。,其中H。为受载前垫层厚度，H。为 后混合掺料搅拌桩处理软弱地基土技术相继出现， 受载后垫层厚度，地基基础总的沉降量S=S1十 世界各地大量涌现处理软弱土的各类复合地基工 S2+S3. 程，CFG桩是由碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量水 泥加水搅拌而成，由中国建筑科学研究院地基研究 (a) (b) 所研制成功，大量工程实践证明，CFG桩复合地基 P>o 工程具有造价低、易于取材、技术可靠的特点，广泛 用于处理高层建筑软弱地基，复合地基的设计原则 是要同时满足强度控制和沉降变形要求，复合地基 理论和实践的发展将进一步促进地基处理水平的提 高[.本文结合工程实践对CFG桩复合地基沉降 进行了详细的分析， 图1复合地基沉降示意图 1CFG桩复合地基沉降原理 Fig-I Settlement of composite foundation CFG桩复合地基变形原理见图1.图1(a)为荷 载P=0时的变形状态].当地基加载后(P>0), 2工程实例 假设桩顶发生的沉降量为S。,地基土表面发生沉降 2.1工程概况 为S。,桩端处桩的沉降为S。·由于桩的弹性模量远 本工程办公楼位于杭州市开发区，占地面积 比土的模量大，所以桩比土的变形小[.在通常条 4700m2,上部结构设计为10层.建筑场地内土层 件下，竖向荷载引起桩体的压缩变形可忽略不计，可 以第四系浅海相沉积淤泥质土为主，地下水位为 认为桩任一断面处的位移与桩顶位移相等，即有 一1.0m,土体的物理力学指标见表1.由于下部土 收稿日期：2005-12-22修回日期：2006-04-04 层较软弱，不符合承载力要求，必须要进行地基处 基金项目：国家“十五“科技攻关项目(Na,200117) 理，设计单位经综合考虑，本工程地基处理采用 作者简介：朱瑞钧(1976一)，男，博士研究生；高谦(1956一)，男， CFG桩方案，桩长设计为16.5m,桩径为400mm, 教授，博士生导师
淤泥质土地区 CFG 桩复合地基沉降 朱瑞钧1） 高 谦1） 袁爱平1） 齐 干2） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 2） 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 摘 要 运用 FLAC 软件对杭州开发区某办公楼复合地基沉降进行数值模拟结合工程实际对 FLAC 模拟结果进行了位移矢 量和沉降分析并将数值模拟结果和实测沉降值进行对比．在对数值模拟结果和实测数据进行深入分析的基础上总结出影 响 CFG 桩复合地基沉降的主要因素．分析发现桩土相互作用、桩的设置、载荷时间关系和土层应力分布对复合地基沉降影响 显著． 关键词 CFG 桩；沉降；复合地基；数值模拟 分类号 TU473 收稿日期：20051222 修回日期：20060404 基金项目：国家“十五”科技攻关项目（No．200117） 作者简介：朱瑞钧（1976—）男博士研究生；高 谦（1956—）男 教授博士生导师 复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强 体并由土体和增强体共同承担上部荷载的一种人 工地基是处理软弱地基土的有效手段已在软弱土 地区得到广泛应用［1］．水泥土搅拌桩复合地基在 20世纪40年代最初由美国研制而成．1974年日本 港湾技术研究所等单位又合作开发研制出水泥搅拌 固化法用于加固钢铁厂矿石堆场地基．70年代以 后混合掺料搅拌桩处理软弱地基土技术相继出现 世界各地大量涌现处理软弱土的各类复合地基工 程．CFG 桩是由碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量水 泥加水搅拌而成由中国建筑科学研究院地基研究 所研制成功．大量工程实践证明CFG 桩复合地基 工程具有造价低、易于取材、技术可靠的特点广泛 用于处理高层建筑软弱地基．复合地基的设计原则 是要同时满足强度控制和沉降变形要求．复合地基 理论和实践的发展将进一步促进地基处理水平的提 高［2］．本文结合工程实践对 CFG 桩复合地基沉降 进行了详细的分析． 1 CFG 桩复合地基沉降原理 CFG 桩复合地基变形原理见图1．图1（a）为荷 载 P＝0时的变形状态［3］．当地基加载后（ P＞0） 假设桩顶发生的沉降量为 Sa地基土表面发生沉降 为 So桩端处桩的沉降为 Sp．由于桩的弹性模量远 比土的模量大所以桩比土的变形小［4］．在通常条 件下竖向荷载引起桩体的压缩变形可忽略不计可 认为桩任一断面处的位移与桩顶位移相等即有 Sp＝Sa． 假定桩端处土的位移为 Ss．由图1可知：桩间 土上部变形量为Su＝So— Sa桩间土下部变形量为 Sd＝Sp — Ss桩长 Za 范围内土体的压缩变形量 S1＝Su＋ Sd＝ So— SsCFG 桩复合地基下卧层的 压缩变形量 S2＝ So — S1褥垫层的压缩变形量 S3＝ Ho— Hs．其中 Ho 为受载前垫层厚度Hs 为 受载后垫层厚度．地基基础总的沉降量 S ＝ S1＋ S2＋S3． 图1 复合地基沉降示意图 Fig．1 Settlement of composite foundation 2 工程实例 2∙1 工程概况 本工程办公楼位于杭州市开发区占地面积 4700m 2上部结构设计为10层．建筑场地内土层 以第四系浅海相沉积淤泥质土为主地下水位为 —1∙0m土体的物理力学指标见表1．由于下部土 层较软弱不符合承载力要求必须要进行地基处 理．设计单位经综合考虑本工程地基处理采用 CFG 桩方案．桩长设计为16∙5m桩径为400mm 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．004
,364 北京科技大学学报 第29卷 在建筑条形基础下布设双排桩，桩的纵向间距为 用长螺旋压灌法成桩，根据上部建筑使用要求，复 1.2m,桩的横向间距2.0m,基础埋深为1.2m,采 合地基沉降应控制在100mm以内， 表1土体的物理力学指标 Table 1 Physical and mechanical indexes of the soil 土层厚 密度/ 内聚力/ 内摩擦 压缩模 承载力特 层号 地层名称 度/m (kg'm3) kPa 角/() 量/MPa 征值/kPa 1 杂填土 0.60 19.0 4.0 0.0 22.3 2 粉质粘土 1.45 18.2 8.0 7.0 18.4 90 3 淤泥质土 12.40 17.5 6.0 4.0 29.6 65 4 粉质粘土 4.50 18.6 11.5 18.4 19.3 150 5 粘土夹砂 9.25 18.8 10.3 16.5 20.2 170 6 粉质粘土夹粉土 7.62 18.5 10.9 15.2 20.7 125 2.2复合地基沉降监测 筑物上布设了12个观测点，并连续进行了为期5个 由于本工程地基土较软弱且淤泥质土分布较 月的复合地基沉降监测，详细沉降观测数据见表2. 厚，为全面了解地基处理后复合地基沉降情况，在建 表2复合地基沉降观测数据 Table 2 Measured data of composite foundation settlement 观测时间/d 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 观测沉降值/mm 8.2 16.3 25.1 33.3 44.8 55.6 58.4 59.2 60.3 61.2 层厚度达12.5m,复合地基受载后附加应力沿深度 3数值模拟及结果分析 不断扩散，到下部土层时附加应力已很小，因此发生 3.1模型的构建 的沉降很小， 本研究采用FLAC]来模拟CFG桩复合地基 沉降.目标模型为复合地基土和C℉G桩体，地基土 是塑性体，模拟时选用摩尔一库伦准则，桩体为弹性 体，为了能较真实地模拟CFG桩复合地基受力沉 降，模型区域设定为宽度30m,深度40m,由于建筑 地基为条形基础，地基下布设的是双排C℉G桩，模 拟的C℉G桩取纵向双排桩，土体参数的选取按表1 所示，CFG桩体的参数为密度为20kgm一3，桩径为 400mm,桩间距按纵向间距1.2m,桩长为16.5m, 上部均布荷载为P=1.0MPa,模型两侧限制水平 图2复合地基位移矢量场 位移，底端固定. Fig-2 Displacement vector field of composite foundation 3.2复合地基位移矢量模拟 受载后复合地基位移矢量场模拟结果见图2， 3.3复合地基沉降模拟 地基土最大沉降为48.5mm,桩间土的沉降为 由图3可见，复合地基受载后最大沉降位于桩 20.6mm.受载后复合地基土两侧淤泥质土层的位 外侧地基土层，最大沉降量为48.5mm,而且发生的 移矢量变化明显，桩间土位移矢量变化较小，只在 沉降主要由淤泥质土层压缩变形引起.，桩间土的沉 2.2m深度范围有小幅度变化，这与工程实际较为 降量为20.6mm,CFG桩体沉降最小，只有 接近，本工程淤泥质土层埋深浅，厚度大，土体软 12.1mm.桩间土的沉降量只为外侧地基土的 弱，压缩性大，两侧土体受桩体挤密较轻，相对于桩 42%,桩间土的沉降远小于桩外土层，主要是由以 间土受力大得多，因此发生的沉降较大.图2可见， 下因素造成：经过地基处理后，桩间土受到振动，土 淤泥质土下部土层位移矢量变化很小，因为淤泥土 颗粒重新排列，使桩间土得以挤密[]，土体的压缩
在建筑条形基础下布设双排桩桩的纵向间距为 1∙2m桩的横向间距2∙0m基础埋深为1∙2m采 用长螺旋压灌法成桩．根据上部建筑使用要求复 合地基沉降应控制在100mm 以内． 表1 土体的物理力学指标 Table1 Physical and mechanical indexes of the soil 层号 地层名称 土层厚 度／m 密度／ （kg·m —3） 内聚力／ kPa 内摩擦 角／（°） 压缩模 量／MPa 承载力特 征值／kPa 1 杂填土 0∙60 19∙0 4∙0 0∙0 22∙3 — 2 粉质粘土 1∙45 18∙2 8∙0 7∙0 18∙4 90 3 淤泥质土 12∙40 17∙5 6∙0 4∙0 29∙6 65 4 粉质粘土 4∙50 18∙6 11∙5 18∙4 19∙3 150 5 粘土夹砂 9∙25 18∙8 10∙3 16∙5 20∙2 170 6 粉质粘土夹粉土 7∙62 18∙5 10∙9 15∙2 20∙7 125 2∙2 复合地基沉降监测 由于本工程地基土较软弱且淤泥质土分布较 厚为全面了解地基处理后复合地基沉降情况在建 筑物上布设了12个观测点并连续进行了为期5个 月的复合地基沉降监测．详细沉降观测数据见表2． 表2 复合地基沉降观测数据 Table2 Measured data of composite foundation settlement 观测时间／d 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 观测沉降值／mm 8∙2 16∙3 25∙1 33∙3 44∙8 55∙6 58∙4 59∙2 60∙3 61∙2 3 数值模拟及结果分析 3∙1 模型的构建 本研究采用 FLAC ［5］ 来模拟 CFG 桩复合地基 沉降．目标模型为复合地基土和 CFG 桩体地基土 是塑性体模拟时选用摩尔—库伦准则桩体为弹性 体．为了能较真实地模拟 CFG 桩复合地基受力沉 降模型区域设定为宽度30m深度40m．由于建筑 地基为条形基础地基下布设的是双排 CFG 桩模 拟的 CFG 桩取纵向双排桩．土体参数的选取按表1 所示CFG 桩体的参数为密度为20kg·m —3桩径为 400mm桩间距按纵向间距1∙2m桩长为16∙5m 上部均布荷载为 P＝1∙0MPa．模型两侧限制水平 位移底端固定． 3∙2 复合地基位移矢量模拟 受载后复合地基位移矢量场模拟结果见图2． 地基土最大沉降为 48∙5mm桩间土的沉降 为 20∙6mm．受载后复合地基土两侧淤泥质土层的位 移矢量变化明显桩间土位移矢量变化较小只在 2∙2m 深度范围有小幅度变化．这与工程实际较为 接近．本工程淤泥质土层埋深浅厚度大土体软 弱压缩性大两侧土体受桩体挤密较轻相对于桩 间土受力大得多因此发生的沉降较大．图2可见 淤泥质土下部土层位移矢量变化很小因为淤泥土 层厚度达12∙5m复合地基受载后附加应力沿深度 不断扩散到下部土层时附加应力已很小因此发生 的沉降很小． 图2 复合地基位移矢量场 Fig．2 Displacement vector field of composite foundation 3∙3 复合地基沉降模拟 由图3可见复合地基受载后最大沉降位于桩 外侧地基土层最大沉降量为48∙5mm而且发生的 沉降主要由淤泥质土层压缩变形引起．桩间土的沉 降量 为 20∙6 mmCFG 桩 体 沉 降 最 小只 有 12∙1mm．桩 间 土 的 沉 降 量 只 为 外 侧 地 基 土 的 42％．桩间土的沉降远小于桩外土层主要是由以 下因素造成：经过地基处理后桩间土受到振动土 颗粒重新排列使桩间土得以挤密［6］土体的压缩 ·364· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第4期 朱瑞钧等：淤泥质土地区CFG桩复合地基沉降 ,365 性降低：其次，复合地基中桩与桩间土存在负摩阻 部分沉降发生于淤泥质土层，因为本工程淤泥质土 力，使得桩间土的横向变形受到桩的约束，沉降受到 层分布较厚，土体压缩性强，应力分布较集中，因此 限制，表2中，复合地基最大沉降监测值为 发生的沉降较大，图3中，淤泥质土底部土层沉降 61.2mm,FLAC数值模拟最大沉降值为48.5mm· 很小，下部粉质粘土层和粘土夹砂层的沉降量分别 比较发现两者偏差较小，说明FLAC模拟结果与工 为淤泥质土层的28%和19%.因为加载时土体中 程实际沉降较为吻合 的附加应力随深度逐渐扩散，加之本工程淤泥质土 FLAC(Version3.3) 层较厚，扩散到底层土时附加应力已很小，因此沉降 Step 1 100 40 Y-displacement 很微弱，可见，土层应力分布是影响CFG桩复合地 contours 基沉降的重要因素， 35× 120 20 100 ◆◆◆ + 55 80 60 一×一沉降曲线 10 0 40 一◆一载荷曲线 2 15 25 m 0&-306090120150 -2 薹 -40 ×一×时间d -60 ×一×一×一×一× 图3复合地基沉降图（单位：m) -80L Fig-3 Settlement of composite foundation(unit:m) 图4加载沉降时间关系曲线 4 CFG桩复合地基沉降分析 Fig.4 Relation curves of load and settlement with time 通过FLAC数值模拟和对地基沉降监测数据进 4.3桩土相互作用对复合地基沉降的影响 行仔细分析发现，桩土相互作用、桩的设置情况、载 通过在桩土与基础间设置适当厚度的垫层，可 荷时间关系和土层应力分布对CFG桩复合地基沉 较好调节桩土荷载分担比，达到充分发挥桩间土承 降有较大的影响.以下结合实测沉降数据和数值模 载力的目的[9.加载初期桩间土的承载力首先得到 拟结果对其进行详细的分析， 发挥，承担的荷载较大[0).由图5可见，加载至 4.1载荷时间关系对复合地基沉降的影响 0.4MPa前桩土荷载分担比成比例增加，此时土体 CFG桩复合地基的沉降固结有特殊的发展过 处于弹性变形阶段，地基土沉降呈直线递增.当载 程.加载初期地基土处于弹性状态，沉降呈线性增 荷超过0.4MPa后荷载分担比开始呈曲线快速增 长[].当上部荷载不断增大时，荷载主要由桩体来 加，桩体承担的荷载逐渐增大，由于土体受压较小仍 承担，造成桩体向上刺入褥垫层及向下刺入下卧土 4 层，此时地基土塑性区快速扩张，沉降不断增加.当 2 上部加载达到稳定状态时，由于地基土尚未完全固 1 0*×02 - 0.40.6 0.81.0 结以及土体的蠕变性，土体沉降缓慢增加并逐渐达 ×一)载荷MPa 到稳定状态，因此土体蠕变是引起工后沉降的主要 以- 原因之一[8].由图4可见，前60d复合地基沉降呈 ◆一分担比曲线 一×一沉降曲线 直线增加，60d时载荷为0.69MPa沉降量为 6 7 33.4mm,此时地基土处于弹性状态，随上部施工继 续进行，复合地基沉降呈曲线增加，塑性区快速扩张 图5载荷桩土分担比沉降关系曲线 沉降速度明显快于前一阶段，90d时载荷为0.94 Fig.5 Relation curves of settlement and pile-to soil load ratio with load MPa,沉降量为56.3mm,达到稳定状态的92%. 110d的主结构施工期结束后，沉降非常缓慢的进 处于弹性压缩变形.当加载到0.7MPa时桩土荷载 行，并逐渐达到稳定固结状态，可见载荷时间关系 分担比达到峰值2.72，土体弹性压缩变形也基本完 对复合地基沉降有较大影响， 成.超过0.7MPa后荷载分担比逐渐下降，土体开 4.2土层应力分布对复合地基沉降的影响 始塑性扩张，沉降加剧.加载到1.0MPa后荷载分 由图2可见，复合地基受载后应力主要集中分 担比稳定在2,46，地基土以蠕变的形式继续沉降并 布在厚度较大的淤泥质土层；而图3中，地基土绝大 逐渐达到稳定固结状态，复合地基加载后，桩与周
性降低；其次复合地基中桩与桩间土存在负摩阻 力使得桩间土的横向变形受到桩的约束沉降受到 限制．表 2 中复 合 地 基 最 大 沉 降 监 测 值 为 61∙2mmFLAC 数值模拟最大沉降值为48∙5mm． 比较发现两者偏差较小说明 FLAC 模拟结果与工 程实际沉降较为吻合． 图3 复合地基沉降图（单位：m） Fig．3 Settlement of composite foundation（unit：m） 4 CFG 桩复合地基沉降分析 通过FLAC 数值模拟和对地基沉降监测数据进 行仔细分析发现桩土相互作用、桩的设置情况、载 荷时间关系和土层应力分布对 CFG 桩复合地基沉 降有较大的影响．以下结合实测沉降数据和数值模 拟结果对其进行详细的分析． 4∙1 载荷时间关系对复合地基沉降的影响 CFG 桩复合地基的沉降固结有特殊的发展过 程．加载初期地基土处于弹性状态沉降呈线性增 长［7］．当上部荷载不断增大时荷载主要由桩体来 承担造成桩体向上刺入褥垫层及向下刺入下卧土 层此时地基土塑性区快速扩张沉降不断增加．当 上部加载达到稳定状态时由于地基土尚未完全固 结以及土体的蠕变性土体沉降缓慢增加并逐渐达 到稳定状态因此土体蠕变是引起工后沉降的主要 原因之一［8］．由图4可见前60d 复合地基沉降呈 直线 增 加60d 时 载 荷 为 0∙69 MPa 沉 降 量 为 33∙4mm此时地基土处于弹性状态．随上部施工继 续进行复合地基沉降呈曲线增加塑性区快速扩张 沉降速度明显快于前一阶段90d 时载荷为0∙94 MPa沉降量为56∙3mm达到稳定状态的92％． 110d 的主结构施工期结束后沉降非常缓慢的进 行并逐渐达到稳定固结状态．可见载荷—时间关系 对复合地基沉降有较大影响． 4∙2 土层应力分布对复合地基沉降的影响 由图2可见复合地基受载后应力主要集中分 布在厚度较大的淤泥质土层；而图3中地基土绝大 部分沉降发生于淤泥质土层．因为本工程淤泥质土 层分布较厚土体压缩性强应力分布较集中因此 发生的沉降较大．图3中淤泥质土底部土层沉降 很小下部粉质粘土层和粘土夹砂层的沉降量分别 为淤泥质土层的28％和19％．因为加载时土体中 的附加应力随深度逐渐扩散加之本工程淤泥质土 层较厚扩散到底层土时附加应力已很小因此沉降 很微弱．可见土层应力分布是影响 CFG 桩复合地 基沉降的重要因素． 图4 加载－沉降－时间关系曲线 Fig．4 Relation curves of load and settlement with time 4∙3 桩土相互作用对复合地基沉降的影响 通过在桩土与基础间设置适当厚度的垫层可 较好调节桩土荷载分担比达到充分发挥桩间土承 载力的目的［9］．加载初期桩间土的承载力首先得到 发挥承担的荷载较大［10］．由图5可见加载至 0∙4MPa前桩土荷载分担比成比例增加此时土体 处于弹性变形阶段地基土沉降呈直线递增．当载 荷超过0∙4MPa 后荷载分担比开始呈曲线快速增 加桩体承担的荷载逐渐增大由于土体受压较小仍 图5 载荷－桩土分担比－沉降关系曲线 Fig．5 Relation curves of settlement and pile-to-soil load ratio with load 处于弹性压缩变形．当加载到0∙7MPa 时桩土荷载 分担比达到峰值2∙72土体弹性压缩变形也基本完 成．超过0∙7MPa 后荷载分担比逐渐下降土体开 始塑性扩张沉降加剧．加载到1∙0MPa 后荷载分 担比稳定在2∙46地基土以蠕变的形式继续沉降并 逐渐达到稳定固结状态．复合地基加载后桩与周 第4期 朱瑞钧等： 淤泥质土地区 CFG 桩复合地基沉降 ·365·
·366 北京科技大学学报 第29卷 围土体间形成了相对位移，从而在桩体一定深度范 逐渐扩散，下部土层沉降很微弱，地基土沉降过程 围内出现负摩阻力，桩间土的沉降受到约束，限制了 桩土间形成相对位移并出现负摩阻力，桩间土沉降 桩间土的沉降，可见，桩土相互作用对CFG桩复合 受到限制， 地基沉降有较大的影响， (3)通过对沉降监测和数值模拟结果比较分析 4.4桩的设置情况对复合地基沉降的影响 发现，桩土相互作用、桩的设置、载荷时间关系和土 桩的设置对复合地基沉降的影响，主要体现在 层应力分布对复合地基沉降有着重要的影响，工程 桩长、置换率和布桩型式对地基沉降的影响，桩长 设计中应合理考虑它们的影响，以期达到理想的实 设计不同，受载时桩土载荷分担比差别较大.桩越 际效果 短，桩间土荷载分担比越大，桩间土承担荷载越大， 桩间土的沉降也越大，桩过长作用并不明显，由图3 参考文献 可知，复合地基90%的沉降发生在14.5m深度内， [1】董必昌，郑俊杰.C℉G桩复合地基沉降计算方法研究.岩石力 往下沉降很小，因此设计中要合理选择桩长，合适 学与工程学报，2002,21(8)：1084 [2]龚晓南.广义复合地基理论及工程应用岩土工程学报，2007， 的置换率可充分发挥桩与周围土的承载潜力，过大 29(1):3 的置换率桩间土承载力得不到发挥，而置换率较小 [3]阁明礼，张东刚.C℉G桩复合地基技术及工程实践，北京：中国 桩间土的性能得不到有效改善，理想的置换率应是 水利水电出版社，2001.93 桩间土的性能得到改善，桩土能以协调变形的方式 [4]冯震，王连俊，许兆义·CFG桩竖向荷载作用下水平位移和弯 共同承担上部荷载.图3中，桩与桩间土的沉降差 矩的试验研究.土木工程学报，2005,38(2)：92 [5]FLAC-2D(3.3)User's Manual.Minnesota:Itasca consulting 为8.5mm,通过协调变形共同承担上部荷载.复合 Group Ine.1996:52 地基桩型布置不同，往往会产生群桩效应，进而加剧 [6]党昱敬.C℉G桩和沉管挤密碎石桩组合型复合地基的承载力. 地基沉降 工业建筑，1997,27(3)：14 [7]王风池，朱浮声，康玉梅，等，复合地基沉降的模型预测东北大 5结论 学学报：自然科学版，2004(10)：1011 [8]张仪萍，俞亚南，周宏伟·桥头粉喷桩复合地基工后沉降原因分 (I)经过CFG桩复合地基处理，桩间土得以挤 析.岩士力学，2006,27(7)：1174 密，桩与土的承载潜力均得到有效发挥，桩土以协调 [9]韩云山，白晓红，梁仁旺，垫层对CFG桩复合地基承载力评价 变形的方式共同承担上部荷载，地基的沉降大幅度 的影响研究.岩石力学与工程学报，2004,23(20)：3501 减少. [10]朱明双，王金昌，朱向荣.路堤荷载下现浇简桩复合地基性状 (2)复合地基土的绝大部分沉降发生于桩体范 分析-浙江大学学报：工学版，2006,40(12)：2189 围内的淤泥质土层，由于土层中的附加应力随深度 Settlement of CFG pile composite foundation in silt soil region ZHU Ruijun,GAO Qian,YUAN Aiping),QI Gan2) 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing Beijing 100083,China 2)Mechanics and Civil Engineering School.China University of Mining and Technology Beijing 100083.China ABSTRACI Composite foundation settlement of an office building in Chinese Hangzhou development region was numerically simulated with FLAC software.According to engineering practice,displacement vector and set- tlement analyses on the simulated results were carried out,and the calculated settlements were compared with the measured ones.On the basis of the research on the numerical simulation results and measured settlement da- ta,main factors influencing CFG pile composite foundation settlement were summarized.It is found that com- posite foundation settlement was obviously affected by pile-soil interaction,pile setting,load-to time relation and soil stress distribution. KEY WORDS CFG pile;settlement;composite foundation;numerical simulation
围土体间形成了相对位移从而在桩体一定深度范 围内出现负摩阻力桩间土的沉降受到约束限制了 桩间土的沉降．可见桩土相互作用对 CFG 桩复合 地基沉降有较大的影响． 4∙4 桩的设置情况对复合地基沉降的影响 桩的设置对复合地基沉降的影响主要体现在 桩长、置换率和布桩型式对地基沉降的影响．桩长 设计不同受载时桩土载荷分担比差别较大．桩越 短桩间土荷载分担比越大桩间土承担荷载越大 桩间土的沉降也越大．桩过长作用并不明显由图3 可知复合地基90％的沉降发生在14∙5m 深度内 往下沉降很小因此设计中要合理选择桩长．合适 的置换率可充分发挥桩与周围土的承载潜力过大 的置换率桩间土承载力得不到发挥而置换率较小 桩间土的性能得不到有效改善理想的置换率应是 桩间土的性能得到改善桩土能以协调变形的方式 共同承担上部荷载．图3中桩与桩间土的沉降差 为8∙5mm通过协调变形共同承担上部荷载．复合 地基桩型布置不同往往会产生群桩效应进而加剧 地基沉降． 5 结论 （1） 经过 CFG 桩复合地基处理桩间土得以挤 密桩与土的承载潜力均得到有效发挥桩土以协调 变形的方式共同承担上部荷载地基的沉降大幅度 减少． （2） 复合地基土的绝大部分沉降发生于桩体范 围内的淤泥质土层．由于土层中的附加应力随深度 逐渐扩散下部土层沉降很微弱．地基土沉降过程 桩土间形成相对位移并出现负摩阻力桩间土沉降 受到限制． （3） 通过对沉降监测和数值模拟结果比较分析 发现桩土相互作用、桩的设置、载荷时间关系和土 层应力分布对复合地基沉降有着重要的影响．工程 设计中应合理考虑它们的影响以期达到理想的实 际效果． 参 考 文 献 ［1］ 董必昌郑俊杰．CFG 桩复合地基沉降计算方法研究．岩石力 学与工程学报200221（8）：1084 ［2］ 龚晓南．广义复合地基理论及工程应用．岩土工程学报2007 29（1）：3 ［3］ 阎明礼张东刚．CFG 桩复合地基技术及工程实践．北京：中国 水利水电出版社2001：93 ［4］ 冯震王连俊许兆义．CFG 桩竖向荷载作用下水平位移和弯 矩的试验研究．土木工程学报200538（2）：92 ［5］ FLAC—2D（3∙3） User’s Manual．Minnesota：Itasca consulting Group Inc1996：52 ［6］ 党昱敬．CFG 桩和沉管挤密碎石桩组合型复合地基的承载力． 工业建筑199727（3）：14 ［7］ 王凤池朱浮声康玉梅等．复合地基沉降的模型预测．东北大 学学报：自然科学版2004（10）：1011 ［8］ 张仪萍俞亚南周宏伟．桥头粉喷桩复合地基工后沉降原因分 析．岩土力学200627（7）：1174 ［9］ 韩云山白晓红梁仁旺．垫层对 CFG 桩复合地基承载力评价 的影响研究．岩石力学与工程学报200423（20）：3501 ［10］ 朱明双王金昌朱向荣．路堤荷载下现浇筒桩复合地基性状 分析．浙江大学学报：工学版200640（12）：2189 Settlement of CFG pile composite foundation in silt soil region ZHU Ruijun 1）GAO Qian 1）Y UA N A iping 1）QI Gan 2） 1） Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Mechanics and Civil Engineering SchoolChina University of Mining and TechnologyBeijing100083China ABSTRACT Composite foundation settlement of an office building in Chinese Hangzhou development region was numerically simulated with FLAC software．According to engineering practicedisplacement vector and settlement analyses on the simulated results were carried outand the calculated settlements were compared with the measured ones．On the basis of the research on the numerical simulation results and measured settlement datamain factors influencing CFG pile composite foundation settlement were summarized．It is found that composite foundation settlement was obviously affected by pile-soil interactionpile settingload-to-time relation and soil stress distribution． KEY WORDS CFG pile；settlement；composite foundation；numerical simulation ·366· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
