朱登峰+王新剛+連寶琴

摘 要：CFG樁以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固。依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)來(lái)判定CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果，存在一定的局限性，而數(shù)值模擬分析成為分析復(fù)雜多工況下CFG樁復(fù)合地基處理工程處理效果的新途徑。運(yùn)用FLAC-3D對(duì)某CFG樁復(fù)合地基工程整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析，實(shí)現(xiàn)CFG樁施工三維變形預(yù)測(cè)，分析結(jié)果可為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；FLAC3D；變形預(yù)測(cè)

引言

水泥粉煤灰碎石樁又簡(jiǎn)稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起組成的水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，屬?gòu)?fù)合地基范疇[1、2]，以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固[3]。

諸多學(xué)者對(duì)CFG樁問(wèn)題進(jìn)行了研究。董必昌等對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法進(jìn)行了研究[4]，薛新華等基于ANFIS對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究[5]，潘星對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[6]，唐彤芝等對(duì)CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了探討[7]，張曉敏等對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了可靠度分析[8]。

CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果仍依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，但原位測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)公式均存在局限性不能真實(shí)反映地基的實(shí)際承載情況，而數(shù)值分析則能夠基于現(xiàn)場(chǎng)的地勘資料設(shè)置材料參數(shù)并采用合理的本構(gòu)模型進(jìn)行模擬有效地解決復(fù)雜工況對(duì)CFG樁承載力分析的影響[9]，文章應(yīng)用FLAC-3D軟件對(duì)某實(shí)際工程進(jìn)行三維建模，將實(shí)際工程施工過(guò)程分為兩種工況，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形進(jìn)行進(jìn)行變形預(yù)測(cè)分析，為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

1 工程概況

某工程項(xiàng)目總建筑面積103466平方米，該工程計(jì)劃新建12棟住宅樓，地上10-18層，局部設(shè)有商業(yè)或設(shè)有單層高的地下車庫(kù)，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)。場(chǎng)地60.0m勘察深度范圍內(nèi)除表層填土外，地層以第四系沖洪積地層為主，場(chǎng)地在勘察期間測(cè)得地下水位埋深為9.50m～10.30m（標(biāo)高-9.16～-9.95m）。

文章選取擬建1#住宅地基作為模擬對(duì)象，加固區(qū)長(zhǎng)（基坑內(nèi)范圍）50m，寬16m，呈矩形。該地基共設(shè)計(jì)CFG樁共80根，直徑400mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.5m，保護(hù)樁長(zhǎng)1.5m，計(jì)算單樁豎向承載力特征值為730kN，樁端持力層為粉質(zhì)粘土層，在加固區(qū)區(qū)域內(nèi)均勻分布，樁間距為2000mm。CFG樁施工作業(yè)面標(biāo)高為自然地面±0.00m，下余1.0m的保護(hù)土層厚度，如圖1所示。

2 模型建立

在模型模擬CFG樁地基處理過(guò)程中，分為兩個(gè)步驟，分別是：工況一，CFG樁機(jī)以自然地面作為工作平面進(jìn)行CFG樁施工，保護(hù)樁長(zhǎng)為1.5m，保護(hù)土體為2.5m。工況二，開挖2.50m，挖去CFG樁的保護(hù)土體，如圖2所示；

在模型建立方法上依然采用ANSYS網(wǎng)格劃分，將建好的模型導(dǎo)入到FLAC-3D中[10，11]，分別對(duì)工況1、工況2進(jìn)行模擬。模型如圖3、圖4：

在實(shí)際模擬過(guò)程中由于勘察資料中提供的土的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)都是依據(jù)實(shí)際工程需要提供的，按設(shè)CFG樁長(zhǎng)2倍進(jìn)行建模，本次模擬模型建立為長(zhǎng)110m、寬75m、深30m。在深度范圍內(nèi)土體參數(shù)只提供了①、②、③、④層，至21m，故將21.8m～30m部分全部簡(jiǎn)化為④層粉質(zhì)粘土。地下水位埋深為9.2m，其下深度范圍內(nèi)土體參數(shù)采用上述的折減方法具體土體參數(shù)如表1：

模型應(yīng)力邊界條件為：加固區(qū)以外地表均布荷載q=-15000Pa（豎直向下）；位移邊界條件：模型上表面為自由面，其余各面固定約束。

3 計(jì)算結(jié)果分析

為更好的觀察加固區(qū)各個(gè)深度范圍內(nèi)的變形規(guī)律，對(duì)模型進(jìn)行切片處理，切片位置如圖4所示，得到兩個(gè)剖面，本次模擬的目的旨在對(duì)比CFG施工前后加固區(qū)周邊土體的變形量的改變，對(duì)模擬數(shù)值進(jìn)行提取得出在不同工況下距離加固區(qū)不同距離點(diǎn)的水平位移圖（圖5、圖6）：

對(duì)比上面各個(gè)剖面下距離加固區(qū)邊界不同距離點(diǎn)的水平位移量可以看出，最大水平位移點(diǎn)位移加固區(qū)邊界上，并隨著距離的增加變形減小，在深度方向，變形隨深度的增加而減小。在位移云圖中可以看出，在沒有挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁長(zhǎng)段的土體時(shí)最大水平變形量在加固區(qū)內(nèi)部，最邊緣樁的樁孔壁上，當(dāng)挖去加固區(qū)域內(nèi)的樁間土，最大位移點(diǎn)才轉(zhuǎn)移到加固邊界上，樁間土的挖去會(huì)增加水平位移量，但基本不會(huì)增加水平變形的影響范圍，該模擬顯示水平位移的最大影響距離為加固區(qū)外7m處。該工程中影響范圍與樁長(zhǎng)有密切關(guān)系。

圖7 切片1工況二的Z方向位移圖

工況二沉降量是CFG樁施工過(guò)城中位移變化最大的狀態(tài)，由工況二Z方向位移圖（圖7）可以看出，在挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁段土體后加固區(qū)底部出現(xiàn)向上的隆起，屬于卸荷回彈，與實(shí)際情況相符合，最大回彈量為3.9×10-3cm。對(duì)比其各個(gè)工況下的水平位移量：沉降位移在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平位移（水平位移數(shù)量級(jí)為10-1～100cm，沉降量數(shù)量級(jí)為10-4～10-3cm），所以在CFG樁施工過(guò)程中對(duì)周邊土體的沉降影響可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章使用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際某項(xiàng)目進(jìn)行三維建模，在建模過(guò)程中根據(jù)工程實(shí)際情況，模擬出兩種工況，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形分開模擬分析并得出一下結(jié)論：

（1）CFG樁復(fù)合地基用于該工程中，其加固區(qū)域的CFG樁施工對(duì)加固區(qū)域以外的影響區(qū)域約為距離加固區(qū)邊界7m范圍內(nèi)；對(duì)于該開挖僅2.5m的地基處理工程，加固區(qū)外的土體變形在CFG樁施工過(guò)程中已基本完成；基坑的沉降量在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平變行量。

（2）對(duì)于CFG樁整個(gè)工程施工前后，開挖后的加固區(qū)底部出現(xiàn)卸荷回彈，加固區(qū)外部出現(xiàn)沉降，與實(shí)際情況相符合。

（3）采用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際CFG樁復(fù)合地基處理工程進(jìn)行分析預(yù)測(cè)時(shí)能夠得出較為精確的變形數(shù)值； FLAC軟件在大變形問(wèn)題的解決上具有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)際工程變形模擬結(jié)果分析與實(shí)際情況相符合，在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基處理工程的變形預(yù)測(cè)具有較好的適用性。

參考文獻(xiàn)

[1]閆明禮，吳春林，楊軍.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)[Z]，1995（5）.

[2]葉書麟，羅宇生.地基處理[Z].1994（12）.

[3]鄧小濤，張俞，孫瑞民.防止長(zhǎng)螺旋CFG樁施工造成環(huán)境問(wèn)題的措施[J].山西建筑，2007（14）：80-81.

[4]董必昌，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002（07）：1084-1086.

[5]薛新華，魏永幸.基于ANFIS的CFG樁復(fù)合地基承載力預(yù)測(cè)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010（06）：42-47.

[6]潘星.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[J].巖土力學(xué)，2005（S1）：248-251.

[7]唐彤芝，詹云剛，裴冬芒.CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].公路交通科技，2005（03）：9-12.

[8]張曉敏，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基承載力可靠度分析[J].巖土力學(xué)，2012.12.

[9]謝蒙，李玉偉，吳立彬，等.基于土體塑性與剪脹的復(fù)合地基靜載數(shù)值模擬[J].人民長(zhǎng)江，2012，43（15）：47-50.

[10]孫書偉等.FLAC3D在巖土工程中的應(yīng)用.中國(guó)水利水電出版社.2011.6.

[11]廖秋林，曾錢幫，劉彤，等.基于ANSYS平臺(tái)復(fù)雜地質(zhì)體FLAC～（3D）模型的自動(dòng)生成[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（06）：1010-1013.

作者簡(jiǎn)介：朱登峰（1994-），男，武漢輕工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)三班，對(duì)工程地質(zhì)和土木工程一直很感興趣，自學(xué)了相關(guān)專業(yè)課，課余時(shí)間對(duì)基坑與邊坡穩(wěn)定性分析、數(shù)值模擬等方面經(jīng)常進(jìn)行琢磨和研究。

摘 要：CFG樁以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固。依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)來(lái)判定CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果，存在一定的局限性，而數(shù)值模擬分析成為分析復(fù)雜多工況下CFG樁復(fù)合地基處理工程處理效果的新途徑。運(yùn)用FLAC-3D對(duì)某CFG樁復(fù)合地基工程整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析，實(shí)現(xiàn)CFG樁施工三維變形預(yù)測(cè)，分析結(jié)果可為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；FLAC3D；變形預(yù)測(cè)

引言

水泥粉煤灰碎石樁又簡(jiǎn)稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起組成的水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，屬?gòu)?fù)合地基范疇[1、2]，以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固[3]。

諸多學(xué)者對(duì)CFG樁問(wèn)題進(jìn)行了研究。董必昌等對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法進(jìn)行了研究[4]，薛新華等基于ANFIS對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究[5]，潘星對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[6]，唐彤芝等對(duì)CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了探討[7]，張曉敏等對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了可靠度分析[8]。

CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果仍依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，但原位測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)公式均存在局限性不能真實(shí)反映地基的實(shí)際承載情況，而數(shù)值分析則能夠基于現(xiàn)場(chǎng)的地勘資料設(shè)置材料參數(shù)并采用合理的本構(gòu)模型進(jìn)行模擬有效地解決復(fù)雜工況對(duì)CFG樁承載力分析的影響[9]，文章應(yīng)用FLAC-3D軟件對(duì)某實(shí)際工程進(jìn)行三維建模，將實(shí)際工程施工過(guò)程分為兩種工況，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形進(jìn)行進(jìn)行變形預(yù)測(cè)分析，為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

1 工程概況

某工程項(xiàng)目總建筑面積103466平方米，該工程計(jì)劃新建12棟住宅樓，地上10-18層，局部設(shè)有商業(yè)或設(shè)有單層高的地下車庫(kù)，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)。場(chǎng)地60.0m勘察深度范圍內(nèi)除表層填土外，地層以第四系沖洪積地層為主，場(chǎng)地在勘察期間測(cè)得地下水位埋深為9.50m～10.30m（標(biāo)高-9.16～-9.95m）。

文章選取擬建1#住宅地基作為模擬對(duì)象，加固區(qū)長(zhǎng)（基坑內(nèi)范圍）50m，寬16m，呈矩形。該地基共設(shè)計(jì)CFG樁共80根，直徑400mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.5m，保護(hù)樁長(zhǎng)1.5m，計(jì)算單樁豎向承載力特征值為730kN，樁端持力層為粉質(zhì)粘土層，在加固區(qū)區(qū)域內(nèi)均勻分布，樁間距為2000mm。CFG樁施工作業(yè)面標(biāo)高為自然地面±0.00m，下余1.0m的保護(hù)土層厚度，如圖1所示。

2 模型建立

在模型模擬CFG樁地基處理過(guò)程中，分為兩個(gè)步驟，分別是：工況一，CFG樁機(jī)以自然地面作為工作平面進(jìn)行CFG樁施工，保護(hù)樁長(zhǎng)為1.5m，保護(hù)土體為2.5m。工況二，開挖2.50m，挖去CFG樁的保護(hù)土體，如圖2所示；

在模型建立方法上依然采用ANSYS網(wǎng)格劃分，將建好的模型導(dǎo)入到FLAC-3D中[10，11]，分別對(duì)工況1、工況2進(jìn)行模擬。模型如圖3、圖4：

在實(shí)際模擬過(guò)程中由于勘察資料中提供的土的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)都是依據(jù)實(shí)際工程需要提供的，按設(shè)CFG樁長(zhǎng)2倍進(jìn)行建模，本次模擬模型建立為長(zhǎng)110m、寬75m、深30m。在深度范圍內(nèi)土體參數(shù)只提供了①、②、③、④層，至21m，故將21.8m～30m部分全部簡(jiǎn)化為④層粉質(zhì)粘土。地下水位埋深為9.2m，其下深度范圍內(nèi)土體參數(shù)采用上述的折減方法具體土體參數(shù)如表1：

模型應(yīng)力邊界條件為：加固區(qū)以外地表均布荷載q=-15000Pa（豎直向下）；位移邊界條件：模型上表面為自由面，其余各面固定約束。

3 計(jì)算結(jié)果分析

為更好的觀察加固區(qū)各個(gè)深度范圍內(nèi)的變形規(guī)律，對(duì)模型進(jìn)行切片處理，切片位置如圖4所示，得到兩個(gè)剖面，本次模擬的目的旨在對(duì)比CFG施工前后加固區(qū)周邊土體的變形量的改變，對(duì)模擬數(shù)值進(jìn)行提取得出在不同工況下距離加固區(qū)不同距離點(diǎn)的水平位移圖（圖5、圖6）：

對(duì)比上面各個(gè)剖面下距離加固區(qū)邊界不同距離點(diǎn)的水平位移量可以看出，最大水平位移點(diǎn)位移加固區(qū)邊界上，并隨著距離的增加變形減小，在深度方向，變形隨深度的增加而減小。在位移云圖中可以看出，在沒有挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁長(zhǎng)段的土體時(shí)最大水平變形量在加固區(qū)內(nèi)部，最邊緣樁的樁孔壁上，當(dāng)挖去加固區(qū)域內(nèi)的樁間土，最大位移點(diǎn)才轉(zhuǎn)移到加固邊界上，樁間土的挖去會(huì)增加水平位移量，但基本不會(huì)增加水平變形的影響范圍，該模擬顯示水平位移的最大影響距離為加固區(qū)外7m處。該工程中影響范圍與樁長(zhǎng)有密切關(guān)系。

圖7 切片1工況二的Z方向位移圖

工況二沉降量是CFG樁施工過(guò)城中位移變化最大的狀態(tài)，由工況二Z方向位移圖（圖7）可以看出，在挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁段土體后加固區(qū)底部出現(xiàn)向上的隆起，屬于卸荷回彈，與實(shí)際情況相符合，最大回彈量為3.9×10-3cm。對(duì)比其各個(gè)工況下的水平位移量：沉降位移在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平位移（水平位移數(shù)量級(jí)為10-1～100cm，沉降量數(shù)量級(jí)為10-4～10-3cm），所以在CFG樁施工過(guò)程中對(duì)周邊土體的沉降影響可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章使用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際某項(xiàng)目進(jìn)行三維建模，在建模過(guò)程中根據(jù)工程實(shí)際情況，模擬出兩種工況，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形分開模擬分析并得出一下結(jié)論：

（1）CFG樁復(fù)合地基用于該工程中，其加固區(qū)域的CFG樁施工對(duì)加固區(qū)域以外的影響區(qū)域約為距離加固區(qū)邊界7m范圍內(nèi)；對(duì)于該開挖僅2.5m的地基處理工程，加固區(qū)外的土體變形在CFG樁施工過(guò)程中已基本完成；基坑的沉降量在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平變行量。

（2）對(duì)于CFG樁整個(gè)工程施工前后，開挖后的加固區(qū)底部出現(xiàn)卸荷回彈，加固區(qū)外部出現(xiàn)沉降，與實(shí)際情況相符合。

（3）采用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際CFG樁復(fù)合地基處理工程進(jìn)行分析預(yù)測(cè)時(shí)能夠得出較為精確的變形數(shù)值； FLAC軟件在大變形問(wèn)題的解決上具有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)際工程變形模擬結(jié)果分析與實(shí)際情況相符合，在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基處理工程的變形預(yù)測(cè)具有較好的適用性。

參考文獻(xiàn)

[1]閆明禮，吳春林，楊軍.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)[Z]，1995（5）.

[2]葉書麟，羅宇生.地基處理[Z].1994（12）.

[3]鄧小濤，張俞，孫瑞民.防止長(zhǎng)螺旋CFG樁施工造成環(huán)境問(wèn)題的措施[J].山西建筑，2007（14）：80-81.

[4]董必昌，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002（07）：1084-1086.

[5]薛新華，魏永幸.基于ANFIS的CFG樁復(fù)合地基承載力預(yù)測(cè)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010（06）：42-47.

[6]潘星.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[J].巖土力學(xué)，2005（S1）：248-251.

[7]唐彤芝，詹云剛，裴冬芒.CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].公路交通科技，2005（03）：9-12.

[8]張曉敏，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基承載力可靠度分析[J].巖土力學(xué)，2012.12.

[9]謝蒙，李玉偉，吳立彬，等.基于土體塑性與剪脹的復(fù)合地基靜載數(shù)值模擬[J].人民長(zhǎng)江，2012，43（15）：47-50.

[10]孫書偉等.FLAC3D在巖土工程中的應(yīng)用.中國(guó)水利水電出版社.2011.6.

[11]廖秋林，曾錢幫，劉彤，等.基于ANSYS平臺(tái)復(fù)雜地質(zhì)體FLAC～（3D）模型的自動(dòng)生成[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（06）：1010-1013.

作者簡(jiǎn)介：朱登峰（1994-），男，武漢輕工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)三班，對(duì)工程地質(zhì)和土木工程一直很感興趣，自學(xué)了相關(guān)專業(yè)課，課余時(shí)間對(duì)基坑與邊坡穩(wěn)定性分析、數(shù)值模擬等方面經(jīng)常進(jìn)行琢磨和研究。

摘 要：CFG樁以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固。依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)來(lái)判定CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果，存在一定的局限性，而數(shù)值模擬分析成為分析復(fù)雜多工況下CFG樁復(fù)合地基處理工程處理效果的新途徑。運(yùn)用FLAC-3D對(duì)某CFG樁復(fù)合地基工程整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析，實(shí)現(xiàn)CFG樁施工三維變形預(yù)測(cè)，分析結(jié)果可為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；FLAC3D；變形預(yù)測(cè)

引言

水泥粉煤灰碎石樁又簡(jiǎn)稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起組成的水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，屬?gòu)?fù)合地基范疇[1、2]，以其成本低、強(qiáng)度高被廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固[3]。

諸多學(xué)者對(duì)CFG樁問(wèn)題進(jìn)行了研究。董必昌等對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法進(jìn)行了研究[4]，薛新華等基于ANFIS對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究[5]，潘星對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[6]，唐彤芝等對(duì)CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了探討[7]，張曉敏等對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行了可靠度分析[8]。

CFG樁復(fù)合地基處理工程的處理效果仍依賴于現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，但原位測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)公式均存在局限性不能真實(shí)反映地基的實(shí)際承載情況，而數(shù)值分析則能夠基于現(xiàn)場(chǎng)的地勘資料設(shè)置材料參數(shù)并采用合理的本構(gòu)模型進(jìn)行模擬有效地解決復(fù)雜工況對(duì)CFG樁承載力分析的影響[9]，文章應(yīng)用FLAC-3D軟件對(duì)某實(shí)際工程進(jìn)行三維建模，將實(shí)際工程施工過(guò)程分為兩種工況，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形進(jìn)行進(jìn)行變形預(yù)測(cè)分析，為提高CFG樁的施工水平、實(shí)現(xiàn)信息化施工、促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有效的依據(jù)。

1 工程概況

某工程項(xiàng)目總建筑面積103466平方米，該工程計(jì)劃新建12棟住宅樓，地上10-18層，局部設(shè)有商業(yè)或設(shè)有單層高的地下車庫(kù)，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)。場(chǎng)地60.0m勘察深度范圍內(nèi)除表層填土外，地層以第四系沖洪積地層為主，場(chǎng)地在勘察期間測(cè)得地下水位埋深為9.50m～10.30m（標(biāo)高-9.16～-9.95m）。

文章選取擬建1#住宅地基作為模擬對(duì)象，加固區(qū)長(zhǎng)（基坑內(nèi)范圍）50m，寬16m，呈矩形。該地基共設(shè)計(jì)CFG樁共80根，直徑400mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.5m，保護(hù)樁長(zhǎng)1.5m，計(jì)算單樁豎向承載力特征值為730kN，樁端持力層為粉質(zhì)粘土層，在加固區(qū)區(qū)域內(nèi)均勻分布，樁間距為2000mm。CFG樁施工作業(yè)面標(biāo)高為自然地面±0.00m，下余1.0m的保護(hù)土層厚度，如圖1所示。

2 模型建立

在模型模擬CFG樁地基處理過(guò)程中，分為兩個(gè)步驟，分別是：工況一，CFG樁機(jī)以自然地面作為工作平面進(jìn)行CFG樁施工，保護(hù)樁長(zhǎng)為1.5m，保護(hù)土體為2.5m。工況二，開挖2.50m，挖去CFG樁的保護(hù)土體，如圖2所示；

在模型建立方法上依然采用ANSYS網(wǎng)格劃分，將建好的模型導(dǎo)入到FLAC-3D中[10，11]，分別對(duì)工況1、工況2進(jìn)行模擬。模型如圖3、圖4：

在實(shí)際模擬過(guò)程中由于勘察資料中提供的土的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)都是依據(jù)實(shí)際工程需要提供的，按設(shè)CFG樁長(zhǎng)2倍進(jìn)行建模，本次模擬模型建立為長(zhǎng)110m、寬75m、深30m。在深度范圍內(nèi)土體參數(shù)只提供了①、②、③、④層，至21m，故將21.8m～30m部分全部簡(jiǎn)化為④層粉質(zhì)粘土。地下水位埋深為9.2m，其下深度范圍內(nèi)土體參數(shù)采用上述的折減方法具體土體參數(shù)如表1：

模型應(yīng)力邊界條件為：加固區(qū)以外地表均布荷載q=-15000Pa（豎直向下）；位移邊界條件：模型上表面為自由面，其余各面固定約束。

3 計(jì)算結(jié)果分析

為更好的觀察加固區(qū)各個(gè)深度范圍內(nèi)的變形規(guī)律，對(duì)模型進(jìn)行切片處理，切片位置如圖4所示，得到兩個(gè)剖面，本次模擬的目的旨在對(duì)比CFG施工前后加固區(qū)周邊土體的變形量的改變，對(duì)模擬數(shù)值進(jìn)行提取得出在不同工況下距離加固區(qū)不同距離點(diǎn)的水平位移圖（圖5、圖6）：

對(duì)比上面各個(gè)剖面下距離加固區(qū)邊界不同距離點(diǎn)的水平位移量可以看出，最大水平位移點(diǎn)位移加固區(qū)邊界上，并隨著距離的增加變形減小，在深度方向，變形隨深度的增加而減小。在位移云圖中可以看出，在沒有挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁長(zhǎng)段的土體時(shí)最大水平變形量在加固區(qū)內(nèi)部，最邊緣樁的樁孔壁上，當(dāng)挖去加固區(qū)域內(nèi)的樁間土，最大位移點(diǎn)才轉(zhuǎn)移到加固邊界上，樁間土的挖去會(huì)增加水平位移量，但基本不會(huì)增加水平變形的影響范圍，該模擬顯示水平位移的最大影響距離為加固區(qū)外7m處。該工程中影響范圍與樁長(zhǎng)有密切關(guān)系。

圖7 切片1工況二的Z方向位移圖

工況二沉降量是CFG樁施工過(guò)城中位移變化最大的狀態(tài)，由工況二Z方向位移圖（圖7）可以看出，在挖去保護(hù)樁長(zhǎng)及空樁段土體后加固區(qū)底部出現(xiàn)向上的隆起，屬于卸荷回彈，與實(shí)際情況相符合，最大回彈量為3.9×10-3cm。對(duì)比其各個(gè)工況下的水平位移量：沉降位移在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平位移（水平位移數(shù)量級(jí)為10-1～100cm，沉降量數(shù)量級(jí)為10-4～10-3cm），所以在CFG樁施工過(guò)程中對(duì)周邊土體的沉降影響可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章使用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際某項(xiàng)目進(jìn)行三維建模，在建模過(guò)程中根據(jù)工程實(shí)際情況，模擬出兩種工況，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，對(duì)不同工況下的加固區(qū)域外的變形分開模擬分析并得出一下結(jié)論：

（1）CFG樁復(fù)合地基用于該工程中，其加固區(qū)域的CFG樁施工對(duì)加固區(qū)域以外的影響區(qū)域約為距離加固區(qū)邊界7m范圍內(nèi)；對(duì)于該開挖僅2.5m的地基處理工程，加固區(qū)外的土體變形在CFG樁施工過(guò)程中已基本完成；基坑的沉降量在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)小于水平變行量。

（2）對(duì)于CFG樁整個(gè)工程施工前后，開挖后的加固區(qū)底部出現(xiàn)卸荷回彈，加固區(qū)外部出現(xiàn)沉降，與實(shí)際情況相符合。

（3）采用FLAC-3D軟件對(duì)實(shí)際CFG樁復(fù)合地基處理工程進(jìn)行分析預(yù)測(cè)時(shí)能夠得出較為精確的變形數(shù)值； FLAC軟件在大變形問(wèn)題的解決上具有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)際工程變形模擬結(jié)果分析與實(shí)際情況相符合，在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基處理工程的變形預(yù)測(cè)具有較好的適用性。

參考文獻(xiàn)

[1]閆明禮，吳春林，楊軍.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)[Z]，1995（5）.

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[4]董必昌，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002（07）：1084-1086.

[5]薛新華，魏永幸.基于ANFIS的CFG樁復(fù)合地基承載力預(yù)測(cè)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010（06）：42-47.

[6]潘星.CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算探討[J].巖土力學(xué)，2005（S1）：248-251.

[7]唐彤芝，詹云剛，裴冬芒.CFG樁加固軟基復(fù)合地基樁間距設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].公路交通科技，2005（03）：9-12.

[8]張曉敏，鄭俊杰.CFG樁復(fù)合地基承載力可靠度分析[J].巖土力學(xué)，2012.12.

[9]謝蒙，李玉偉，吳立彬，等.基于土體塑性與剪脹的復(fù)合地基靜載數(shù)值模擬[J].人民長(zhǎng)江，2012，43（15）：47-50.

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[11]廖秋林，曾錢幫，劉彤，等.基于ANSYS平臺(tái)復(fù)雜地質(zhì)體FLAC～（3D）模型的自動(dòng)生成[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（06）：1010-1013.

作者簡(jiǎn)介：朱登峰（1994-），男，武漢輕工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)三班，對(duì)工程地質(zhì)和土木工程一直很感興趣，自學(xué)了相關(guān)專業(yè)課，課余時(shí)間對(duì)基坑與邊坡穩(wěn)定性分析、數(shù)值模擬等方面經(jīng)常進(jìn)行琢磨和研究。