CFG桩复合地基用于地铁车站的数值分析

马 玉 会

(1.武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065； 2.北京交通大学，北京 100044)

CFG桩复合地基用于地铁车站的数值分析

马 玉 会1，2

(1.武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065； 2.北京交通大学，北京 100044)

依据北京地铁十四号线平乐园站的设计数据建立了有限元模型，对CFG桩应用于地铁车站进行了数值分析，并与桩基础方案进行了比较，结果显示，将CFG桩用于地铁车站中，可改善地基，能达到控制基础沉降的作用，且车站底板弯矩较小，相比桩基础单独作用有一定的优势。

CFG桩复合地基，地铁车站，数值分析，变形

1 工程概况

北京地铁十四号线平乐园站是北京市地铁十四号线工程的一个中间站，车站主体结构为三层三跨框架结构，采用盖挖逆筑法施工。车站有效站台长度为138 m，车站中心覆土约为3.1 m，标准段宽度为21.1 m，标准段基坑深度为22.9 m，设计最大桩长为28.5 m。车站典型横剖面见图1。

车站基坑边坡土层按其沉积年代及工程性质可分为人工堆积层、第四纪沉积层。中间桩基础持力层为粉质粘土层，地基承载力为330 kPa。

2 桩基础性状分析

原设计方案为钻孔灌注桩，桩长为28.5 m，桩径为2 m，桩间距为横向5.6 m，纵向7.66 m。建立有限元分析模型进行变形与内力分析，结果如下。

2.1 变形分析

车站整体沉降图见图2。

1)车站整体沉降呈“盆”状，且在距离车站跨中一定范围内变形较平缓。

2)底板变形最大值在纵向跨中横向跨边位置，变形最小值位于底板四角处。

2.2 内力分析

主要分析各板所受弯矩(见图3)，计算结果表明车站底板的弯矩最大。由板的弯矩图可以看出，车站各板中跨跨中弯矩的变化曲线为锯齿形，其峰值对应板与桩柱端结合处，因而需注意板、桩柱结合处由于剪力和弯矩过大而产生剪切破坏。

对于地铁车站变形及内力的计算结果符合已有规律，说明模型可用。并计算了桩长变化对于基础沉降和底板弯矩的影响，计算结果显示：增加桩长可以有效控制基础沉降；同时，随着桩长的增加，底板弯矩也会随之增加；桩越长，板与桩柱结合处的应力集中越明显。

3 CFG桩复合地基性状分析

CFG桩复合地基各设计参数中桩数(桩间距)、桩长对复合地基的作用效果影响最明显，且直接关系到工程造价。为达到控制基础沉降的目的，对主要控制参数(桩间距、桩长)对地铁车站基础变形和内力的影响进行分析，以指导设计与施工。

3.1 桩间距的影响

考虑到桩长及桩体模量等的影响，在此CFG桩长取为21.8 m，即复合地基加固区厚度为21.8 m。桩径取为0.6 m，桩间距分别取为H=2 m，3 m，4 m，桩孔位采用正方形布置，桩间距的变化对于车站底板变形和内力的影响如图4，图5所示。可以看出，桩间距越小，底板变形与差异变形越小，且底板弯矩减小。

3.2 桩长的影响

为分析CFG桩桩长对基础性状的影响，选取桩径为0.6 m，桩间距为3 m，桩长分别为L=7.5 m，11.5 m，16.4 m，21.8 m，进行数值分析，桩长变化对于底板变形及内力的影响见图6，图7，可以看出，增加CFG桩桩长，基础沉降与底板差异变形减小，对于底板弯矩影响较小。

4 CFG桩与桩基础共同作用

为更明显的表现CFG桩复合地基对车站基础与结构的影响，根据对桩基础和CFG桩复合地基对于地铁车站的影响分析，设计桩基础与CFG桩复合地基共同作用的车站基础与地基形式。

为方便比较，选取方案1为单独桩基础作用方案：桩长7.5 m，桩径2 m，桩间距7.66 m。方案2为桩基础与CFG桩复合地基共同作用方案：桩基础设计数据与方案1相同，CFG桩复合地基各设计参数为：CFG桩间距3 m，桩长11.5 m，桩径0.6 m。建立模型，计算结果如下:1)底板变形。图8给出了桩基础方案和桩基础与CFG桩共同作用方案的底板中跨跨中沿车站纵向和沿车站横向的变形曲线。由图可以看出，共同作用方案下基础沉降最大值为14.78 mm，桩基础方案下基础沉降最大值为15.85 mm，沉降减小百分比为7.2%。2)底板弯矩。图9给出了两种方案下底板中跨跨中弯矩沿车站纵向的变化曲线，可以看出：共同作用方案相比桩基础方案，底板弯矩有减小的趋势，因为采用复合地基增加了地基刚度，可减小底板的内力分配。

5 结论与建议

以北京地铁十四号线平乐园站为依据，利用MIDAS/GTS有限元软件建立地铁车站的计算模型，分别对桩基础方案、CFG桩复合地基方案、桩基础与CFG桩复合地基共同作用方案进行了分析，通过大量的模型计算，得到了以下结论：

1)采用桩基础方案时：在其他条件不变时，增大基桩桩长，不仅可以大大减小基础的平均沉降，同时可以显著减小基础的差异沉降，但增大桩长对底板弯矩的影响较大，使得底板弯矩增加且应力集中明显。

2)采用CFG桩复合地基方案时：桩间距、桩长都能够改变复合地基的工作性状，减小桩间距、增大桩长能够增大地基刚度，可以有效减小基础沉降，且桩间距、桩长变化对底板内力影响甚微。

3)相比较桩基础方案和CFG桩复合地基方案，利用CFG桩复合地基可有效减小车站底板的受力和应力集中。

4)充分利用桩基础和复合地基各自的优势，桩基础与CFG桩共同作用时，利用CFG桩技术加固地基，桩基础的基桩长度较小时即能满足基础沉降要求，且能够减小桩长增加引起的应力集中。

5)在地铁车站建设中，可用CFG桩复合地基改善地基性状，减小桩基础长度，降低造价。

[1] 王志红.北京地铁平乐园站盖挖逆筑深基坑设计[J].岩土工程学报，2012,34(sup):699-704.

[2] 蒋 力,毛海和,王 伟.杭州地铁车站纵向沉降及地基处理分析[J].都市快轨交通，2010,23(6):75-78.

[3] 娄国充,冯 涛.CFG桩复合地基的有限元分析[J].路基工程，2000(3):53-55.

[4] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[5] GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范[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

马玉会(1986- )，女，硕士，助理工程师

TU473.1

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