素混凝土桩复合地基沉降计算及有限元分析

赵文亮 常伟世 武龙堂 柳电

（河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

1 模型假设

本文以某地基处理项目为基础建立假设模型。模型各层土的物理学指标见表1。基础模型A矩形基础长52.4米，宽13.45米，埋深5.6米，模型的长度是在水平面上将基础长度两侧各延长1倍，即157.2米，垂直方向的长度为32米（1.7倍的有效桩体长度），软垫层在桩顶上部均匀分布。

表1 模型A地层物理学指标

2 规范法计算模型A的地基沉降量

规范法计算矩形复合地基沉降量，一般取基础4个角点（a,b,c,d）和矩形基础的中心点(e)来计算，并取其平均值。地基沉降量计算参考GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》确定的素混凝土桩复合地基下卧层沉降量计算公式。下面以角点a为例，计算该点的地基沉降量数值，计算过程见表2。其余各点的计算过程是同样的，直接给出计算结果。

由表2计算结果求和可知，沉降计算点a的沉降量为54.05mm，查表可知，此复合地基模型A的沉降系数为0.3。所以，复合地基模型A的最终沉降量s=0.3×54.05mm=16.22mm。依此计算方法可以计算出其他沉降计算点的沉降量，最终确定该模型的地基沉降量平均值为31.32mm。

表2 模型A的沉降计算点a的沉降计算过程

3 有限元法计算模型A的地基沉降量

模型A的边界条件采用规定形式。桩间土周围施加水平方向的约束力，基础底部不仅施加水平方向的约束力，还施加垂直方向的约束力，达到模型A的约束力全覆盖，利用有限元软件的疏密度区分功能自动划分网格，最终划分的网格单元为1538个，单元体之间的连接点为12393个，应力作用点总数为18456个。有限元参数选取表见表3，模型A的竖向位移云图见图1。

图1 模型A的竖向位移云图

地基的沉降量随着地基深度的增加而逐渐变小，相同深度的地基沉降量由矩形基础的中心向矩形四边逐渐降低，可以看出，在上部结构施工完毕后的地基最终沉降量为27.74mm。

表3 模型A有限元参数选取表

4 地基沉降量修正系数

计算可知，规范法计算的模型A的地基沉降量是31.32mm，有限元法是27.74mm，而现场的实际数据是25.38mm。利用有限元软件PLAXIS对复合地基A进行地基沉降模拟计算结果与现场通过沉降观测得到的实测数据非常接近，充分验证了模型A在进行有限元分析时所选择的模型及模型运用非常准确，同时也证明素混凝土桩参数、桩间土参数选取准确是有限元软件模拟计算复合地基沉降数值的前提。通过有限元软件对实际地基处理项目进行模拟，预先估计工程最终的地基沉降量，优化地基设计，是很有帮助的。但是，素混凝土桩复合地基沉降量利用有限元软件分析模拟的程序相对复杂，所以引入一个地基沉降修正系数，此系数为一个常数，其数值即为有限元法计算的地基沉降量数值与规范法计算的地基沉降量数值的比值。复合地基模型A的地基沉降修正系数=0.89，该修正系数的引入为模型A项目所在地地基设计中沉降量的计算提供了可靠的参考依据。

5 结语

规范法计算复合地基沉降量的方法较为简单、不精确，为了得到更准确的复合地基沉降量计算数值，引入了修正系数，该修正系数的引入为项目所在地地基设计中地基沉降量的计算提供了参考依据。