软岩大直径桩复合地基深度修正方法数值分析研究

2018-01-05钟静，胡熠

四川建筑 2017年6期

关键词：筏板软岩修正

钟静，胡熠

(1. 西南交通大学, 四川成都 610031； 2. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610052)

软岩大直径桩复合地基深度修正方法数值分析研究

钟静1，胡熠2

(1. 西南交通大学, 四川成都 610031； 2. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610052)

软岩大直径桩复合地基是一种特殊的刚性桩复合地基，为研究现有规范中对于地基承载力的深度修正方法是否适用于软岩复合地基，文章通过建立不同埋深的复合地基有限差分模型，对不同埋深的复合地基承载力进行模拟计算。计算结果表明软岩复合地基承载力随深度增加而增大，增大幅度高于现有规范深度修正计算结果，因此采用现规范中的深度修正方法对软岩复合地基进行修正偏于安全，可直接采用该修正方法。

软岩复合地基；深度修正；承载力；数值分析

软岩大直径桩复合地基是一种特殊的刚性桩复合地基。与一般的复合地基不同，软岩大直径桩复合地基以软岩地基为处理对象，因此在受力变形特性上与一般复合地基具有很大差异。根据GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》和JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》中规定，当基础埋置设计大于0.5 m时候，可进行复合地基地基承载力修正。但该规定是否在软岩大直径桩复合地基中也适用，还需要进行分析验证。本文采用有限差分法数值模拟软件建立了不同埋置深度的软岩大直径桩复合地基模型，计算得出对不同埋深的复合地基承载力值，并与规范规定深度修正值进行对比分析。本文得出的结论可以为今后软岩大直径桩复合地基深宽修正提供理论依据，并积累相关工程经验。

1 模型建立

以成都某大直径桩复合地基工程为背景建立数值模型。分别建立了不同埋置深度的大直径桩复合地基1/4简化对称模型。复合地基埋深分别为11 m、13 m、15 m、17 m和19 m。

以埋深13 m的复合地基数值模型为例进行介绍，模型长×宽×高分别为63 m×39 m×40.15 m，包含128根大直径素混凝土桩，每根素混凝土桩直径1.5 m，高12 m，桩间距3 m，基础上部为0.15 m厚的素混凝土褥垫层和2.2 m厚的混凝土筏板基础。整个模型中全部使用实体单元建立，模型共115 303个实体单元，建立的数值模型示意如图1所示。

图1 建立的数值模型示意

模型中复合地基岩土从上至下依次为卵石层、强风化泥岩和中风化泥岩，卵石层为5 m，强风化泥岩和中风化泥岩分别为7 m和15 m。地层的工程特性指标按照依托工程中岩土工程特性指标建议值进行取值，模型中岩土体物理力学参数如表1所示。

在复合地基模型中设置了接触面来模拟大直径桩与岩土体间的相互作用，接触面参数按照依托工程详细勘察报告中提供的人工挖孔灌注桩极限侧阻力标准值进行设置。

在进行数值模拟时，模型施加的边界条件为：约束模型底部边界上所有节点Z方向的变形；约束模型Y方向(短边)两侧面上的所有节点Y方向的变形；约束模型X方向(长边)两侧面上的所有节点X方向的变形。

表1 模型各地层物理力学参数

模型中施加的荷载为面荷载，施加在筏板顶面，模型以每150 kPa为一级进行多级加载至破坏。

2 设计荷载下复合地基沉降分析

依托工程中复合地基设计荷载为900 kPa，首先对不同埋深下的复合地基在设计荷载作用下的变形情况进行分析。

由于计算的模型数量较多，因此以埋置深度13 m的复合地基模型在900 kPa设计荷载作用下的计算结果为例进行介绍。计算得到的模型竖向变形云图和竖向应力云图如图2、图3所示。从图中可以看出，在900 kPa荷载作用下，复合地基上部筏板基础沉降量在15～23 mm之间，基底应力在1.5～2.0 MPa之间。

图2 模型筏板沉降云图

图3 模型竖向应力云图

在模型筏板基础上选取不同测点分析筏板基础的变形特性。不同埋置深度下筏板基础的沉降变形曲线如图4所示。从图中可以看出，在同一荷载和同一模型中，筏板基础中心位置的沉降较筏板基础边缘位置的沉降更大。随着基坑深度的增加，筏板的沉降逐渐减小。埋深19 m的筏板基础最大沉降较埋深11 m的筏板基础减小约3 mm，约占变形总量的20 %，埋深对复合地基变形影响较大。

图4 不同基坑深度模型筏板沉降曲线

3 埋深对复合地基承载力影响分析

对设计荷载下的复合地基受力变形特征分析完成后，继续加载至复合地基破坏，得出不同埋深下的复合地基承载力值。

JGJ 160-2014《建筑基桩检测技术规范》中确定承载力的方法有两种：对于陡降型P-S曲线，可根据沉降量随荷载变化的特征确定，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；对于缓变型P-S曲线，可根据沉降量来确定，宜取S=40 mm对应的荷载值。

不同基坑深度模型逐级加载至破坏的P-S曲线如图5所示。从曲线中可看出，P-S曲线无明显拐点，因此以沉降量40 mm对应的荷载来确定复合地基承载力。最终得出埋深11 m模型承载力为1 884 kPa、埋深13 m模型承载力为1 945 kPa、埋深15 m模型承载力为2 006 kPa、埋深17 m模型承载力为2 067 kPa、埋深19 m模型承载力为2 128 kPa。

图5 不同基坑深度模型P-S曲线

不同基坑深度模型承载力变化对比曲线如图6所示。从图中可知，软岩复合地基受周边岩土超载影响，因而承载力值随埋深的增加而增大。

图6 不同基坑深度模型承载力变化曲线

4 软岩复合地基深度修正方法讨论

JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》规定经地基处理后复合地基承载力特征值的修正方法：

fa=fspk+rm(d-0.5)

式中:fa为修正后的地基承载力特征值；fspk为复合地基承载力特征值；γm为基础底面以上土的加权平均重度；d为基础埋置深度。

根据JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》复合地基承载力特征值修正方法计算出相应的承载力修正值，同时结合上述不同基坑深度数值计算结果，进行对比分析如表2所示。从表中可知，不同基坑深度下，数值计算结果与规范修正结果的比值总大于1，考虑到数值计算计算误差等原因，可认为不同深度复合地基承载力特征值采用规范修正后，结果是偏于安全的。所以不同深度复合地基承载力特征值通过规范方法进行即可，不需要进行进一步修正。