有限元模拟分析承台形式对疏桩基础沉降的影响

有限元模拟分析承台形式对疏桩基础沉降的影响

王秉文，隋宝龙

(河北建研科技有限公司，石家庄 050021)

摘要：疏桩基础采用井格式承台和筏板承台两种不同形式的承台，应用有限元软件模拟分析了不同形式的承台中心的沉降量，并对等效荷载情况下，二者承台中心沉降量进行了比较，对承台形式的选取提出建议。

关键词：疏桩；承台形式；基础沉降；有限元

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.021

Abstract:The thinned pile foundation adopts two different bearing platforms such as raft and two-way grillage.This paper studied and compared the different settlements of the platform center with different forms on the equivalent load using the finite element software.And some suggestions on the selection of platform were put forward.

收稿日期：2015-03-08.

作者简介：王秉文(1983-)，工程师.E-mail:zzh9938@126.com

Influence of Settlement of Thinned Pile Foundation from the Different

Bearing Platforms Using Finite Element Software

WANGBing-wen,SUIBao-long

(Hebei Building Research Engineering Co, Ltd,Shijiazhuang 050021,China)

Key words:thinned pile foundation;bearing platform;foundation settlement;finite element

就现阶段来看，在研究疏桩基础时，大多都是运用筏板基础形式，在此为了分析承台形式对疏桩基础沉降的影响，主要采用了井格式承台与筏板承台进行比较。

1构建模型

构建模型之前首先需要选定参数，文中除了井格式承台与筏板承台的形式不同之外，两种承台模型的其它各项参数均一致。CFG桩作为疏桩，土质采用湿陷性黄土，首先进行地基处理，通过灰土挤密桩来避免地基湿陷，进而构成复合地基，之后通过CFG桩来控制地基沉降，这样可以发挥灰土挤密桩以及CFG桩的优势，增强地基承载力，同时此类复合地基也符合《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)的相关要求。

地基下部是天然地基，上部是复合地基，布桩形式为正方形均匀布桩，桩径为0.4 m，桩长为25 d，桩距为6 d，承台每侧超出外排桩的外表面0.3 m，桩、承台、土体的弹性模量和泊松比如表1所示。

表1　桩、承台、土体的弹性模量和泊松比

对于刚性桩而言，桩、土的模量会存在很大差异，因此在荷载的作用下，群桩与土体之间会产生很大的竖向相对位移，为了应对这一问题，需要在桩单元与土单元之间设置接触面单元，文中采用Goodman单元模拟桩土之间的界面作用。

摩擦类型为界面无分离，可相对滑动的摩擦(No separation)，接触算法为扩展的拉格朗日算法，接触面参数设置情况如表2所示。

表2　接触面参数设置

2不同承台形式的沉降计算结果

选取5种井格承台方案：1)承台厚0.8 m，桩距6 d，井格宽度0.4 m；2)承台厚0.8 m，桩距6 d，井格宽度0.6 m；3)承台厚0.8 m，桩距6 d，井格宽度0.8 m；4)承台厚0.8 m，桩距6 d，井格宽度1.0 m；5)承台厚0.8 m，桩距6 d，井格宽度1.2 m。

通过计算结果的对比可知，如果采用井格基础承台，那么当承台宽度较小时，井格基础承台的沉降量大于筏板基础，当承台宽度增加到一定值时，井格基础承台的沉降量小于筏板承台。

3不同沉降的原理分析

当采取疏桩基础时，桩距较大，桩间干扰很小，因此承台底面土的承载力加上各单桩承载力的总和，即为基础承载力。在荷载的作用下，地基土会产生一定的沉降，此时整个桩长的工作性能已经无法完全发挥出来，因此就会降低桩顶附近的桩侧摩阻力，这将直接降低摩擦桩的承载力，增加基础总体沉降，存在中性点，如图1所示。

图2～图5所示的是桩沿深度方向各点沉降与桩周土体沉降的比较。

通过图2～图5不难看出，与井格基础相比较，筏板承台的中性点明显靠下，由于单桩的有效桩长减少，因此单桩承载力也会下降，所以沉降量大于条基。

另一方面，在等效荷载加到350 kPa的时候，条基出现急剧沉降，模型难以收敛，而此时的复合桩基已经达到了承载力极限，开始出现破坏，但是筏板承台基础此时依旧可以继续工作。

4结语

综合全文，可以得到，承台形式对疏桩基础的整体沉降有一定的影响，同时在等效荷载的情况下，可以通过调整承台尺寸改变沉降量，同时，采用井格式承台基础的沉降量可能小于筏板式承台。目前研究处于理论研究阶段，有待于实际工程中，加以验证和不断改正。

参考文献

[1]杨敏.减小沉降桩基础的设计理论和工程应用[A].岩土工程青年专家论坛论文集[C].北京：中国建筑工业出版社,1998:129-135.

[2]宰金珉.桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法[J].建筑结构学报,1995， 16(4):66-74.

[3]刘惠珊.桩基础的沉降漏斗设计法[J].地基处理,2000,11(2):23-30.

[4]杨敏,王树娟.桩筏基础相互作用下土中应力场的变化规律[J].岩土工程学报,1999,21(1):26-30.

[5]赵锡宏.确定桩基沉降的综合分析方法[J].第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C].万国学术出版社,1999:303-306.

[6]宋勇.CFG桩复合地基的有限元模拟分析和实验研究[D].同济大学,2004.

[7]Hooper J A. Review of Behavior of Piled Raft Foundation[M].London:Construction Industry Research and Information Association,1983.