第３６卷第３期 ２ ０ １ ０年１月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．３ Ｊａｎ．２０１０ ・１３３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０３—０１３３—０２ 客运专线ＣＦＧ桩复合地基沉降计算方法‘ 闵家瑞摘王树辉 要：阐述了客运专线ＣＦＧ复合地基的工程特点和优势，针对其沉降计算理论方法——解析法、数值法、经验理论法 以及规范推荐法进行了综述和分析，指出ＣＦＧ桩复合地基具有承载力高、沉降量小、造价低、施工方便等特点，因此在铁 路客运专线地基处理中应用广泛。 关键词：ＣＦＧ桩复合地基，沉降计算，客运专线，工程特点 中图分类号：ＴＵ４３３ 文献标识码：Ａ 时间效应。利用振动沉管机施工，将会对 路基作为高速客运铁路轨道结构的基础，必须具有强度高、 ＣＦＧ桩体结硬为止。５）刚度大、稳定性和耐久性好的特点，并能抵抗各种自然因素的影 周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏、强度 响，在运营条件下将线路轨道的设计参数维持在要求的精度范围 降低。施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所恢复。 内，确保轨道的高平顺性，满足高速行车需要。这就要求对高速 ６）复合地基变形小。复合地基模量大、建筑物沉降量小是ＣＦＧ 铁路路基沉降必须采取严格的控制。ＣＦＧ桩是一种在铁路客运 桩复合地基最重要的特点之一。大量工程实践证明，ＣＦＧ桩复合 专线工程建设中应用潜力很大的软基处理方法，但其沉降计算理 地基对沉降能控制到相当小的范围，并且比同类刚性桩有价格上 论的方面并不完善，因此本文将探讨其沉降计算方法。 的优势。７）ＣＦＧ桩不需要排泥浆，不污染周围环境，施工工艺简 单，成桩速度快。ＣＦＧ桩的混合料具有一定的粘结强度和良好的 １ ＣＦＧ桩复合地基的工程特点 １）承载力提高幅度大、可调性强。ＣＦＧ桩桩长可以从几米到 ２０多米，并且可全桩长发挥侧摩阻力，桩承担的荷载占总荷载的 和易性，使其在振动沉管中软滑不易离析、泌水，容易保证桩身质 量。８）有效利用工业废料粉煤灰，减少环境污染。同其他复合地 基形式一样，水泥粉煤灰碎石桩也有多种作用机理，诸如桩体作 用、垫层作用、排水加速固结作用、振动挤密作用等。 百分比可在４０％～７５％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度 大并具有很大的可调性。特别是天然地基承载力较低而设计要 求的承载力较高时，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求， ２ ＣＦＧ桩复合地基沉降计算理论分析 用ＣＦＧ桩复合地基则比较容易实现。２）适应范围广。对基础形 ２．１ ＣＦＧ桩复合地基沉降计算的解析法 式而言，ＣＦＧ桩既可适用于条形基础、基础，也可适用于筏基 解析法大多利用Ｍｉｎｄｉｉｎ解与Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ解联合求解解为基 和箱形基础。就土性而言，ＣＦＧ桩可用于填土、饱和及非饱和黏 础的Ｇｅｄｄｅｓ积分来计算复合地基中桩荷载所产生的附加应力。 性土，既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。３） 按照半无限弹性体内集中力的Ｍｉｎｄｈｎ公式，Ｇｅｄｄｅｓ研究了下列 刚性桩的性状明显。对柔性桩，特别是散体桩，如碎石桩、砂石 三种情况下土中竖向应力的表达式： 桩，它们主要是通过有限的桩长６ｄ～１０ｄ传递垂直荷载。当桩 桩端阻力简化为集中力： Ｏ＇ｚｄ＝ （１） 长大于某一数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。ＣＦＧ桩像刚 性桩一样，可全桩长发挥侧阻力，桩落在好的土层时，具有明显的 端承作用。４）桩体的排水作用。ＣＦＧ桩在饱和粉土和砂土中施 桩侧阻力为矩形分布： ： ＿Ｊ ＾ｒＫ， ‘ 工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超空隙水压力。较 好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的ＣＦＧ桩 将是一个良好的排水通道，空隙水将沿着桩体向上排出，直到 ［１］ 李海光．新型支挡结构设计与工程实例［Ｍ］．北京：人民交 （２）Ｌ Ｊ 桩侧阻力为三角形分布： ２００７． 通出版社，２００４：１２４—１５６． ［２］ＧＢ ５０３３０—２００２，建筑边坡工程技术规程［ｓ］． ［３］ 郑颖人．边坡与滑坡工程治理［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ［４］来源，张平中，叶长青．锚杆支护效应的数值分析［Ｊ］．山 西建筑，２００７，３３（１９）：９０—９１． Ｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｎｃｈｏｒ ｒｏｄ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ ＨＯＮＧ Ｎｉ ＷＵ Ｑｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ，ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｒｏｄ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｒｏｄ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ，ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｌｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒ— ｅａｌｒ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ，ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｐａｒｔｓ，ＳＯ ａＳ ｔｏ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎｃｈｏｒ ｒｅｔａｉｎｉｇ ｎｗａｌｌ，ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｎ ｇ收稿日期：２００９—１０。１０ 作者简介：闵家瑞（１９７７一），男，工程师，中交隧道工程局有限公司，北京１０００８８ 王树辉（１９７７．），女，工程师，中交隧道工程局有限公司，北京１０００８８ ・ １３４．・ ．２第３ ０ ６卷耋 智 １ ０ １年月 ＝ Ｌｔ－／ 西 建 筑（３）ＬｊＪ ＾ｆ 内土层总的分层数；Ｐ 为对应于荷载效应准永久组合时的基础 底面处的附加应力，ｋＰａ；Ｅ为基础底面下的第ｉ层土的压缩模 其中，ｌ为桩长；Ｐ ，Ｐ妒，Ｐ 分别为桩端集中力，桩侧阻力为 量，ＭＰａ，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的 矩形分布和三角形分布的总荷载；Ｋｄ…Ｋ Ｋｔ分别为桩端集中 压力段计算；ｚ ，ｚＨ分别为基础底面至第ｉ层土、第ｉ一１层土底 力，桩侧阻力为矩形分布和三角形分布情况下的竖向应力系数。 面的距离，ｍ；ａ— ， 卜】分别为基础底面计算点至第ｉ层土、第ｉ一１ ２．２ ＣＦＧ桩复合地基沉降计算的数值法 层土底面范围内平均附加应力系数； 为加固区土的模量提高系 为沉降计算修正系数，根据当地沉降观测资料及经验确定。 在岩土工程中，随着本构模型研究的发展，数值计算不但已 数；经大量应用，而且已积累了很多经验。数值计算越来越成为解决 许多复杂岩土Ｉ 程问题的主要手段之一。针对复合地基的数值 计算方法有很多，目前应用较多的有有限差分法、边界元法、有限 元法、无限元法及混合方法等。 由于计算机技术和数值分析方法的发展极大的推动了岩土 工程计算的发展，岩土力学计算不仅已基本上取代了传统线弹性 力学试验，而且也在岩土工程非线性试验中显示出极大的优势。 ２．３ ＣＦＧ桩复合地基沉降计算的经验理论结合法 由于ＣＦＧ桩符合地基变形计算的理论正处在不断发展和完 善的过程当中，还无法更精确地计算其应力场而为变形计算提供 合理的模式，因而复合地基的变形计算多采用半经验半理式。 Ｓ 图２复合地基计算模式 ＣＦＧ桩复合路基变形计算应注意的问题：复合地基加固土层 用复合模量计算变形，下卧层用天然地基压缩模量计算变形。不 管是加固土层还是下卧层都要用到勘察报告提供的不同土层天 然地基模量。 ｓｌ 对变形模量来说，可以通过由现场荷载试验确定，但由于土 体性质的复杂性和试验受人为条件的影响性，以致无法得到其精 确的相互换算关系，一些推导出的理论关系，其理论假设也采取 了简化处理，和实际工程情况有一定的出入。而试验拟合关系更 不具有稳定性，参数会随着实际的条件等因素有很大的变化，但 图１ 复合地基变形模式 其大致的关系应该不会改变，这些是必须说明的。 ＣＦＧ桩复合地基的沉降Ｓ可以认为由三部分组成，如图１所 示，即： Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３ （４） ３结语 ＣＦＧ桩复合地基是近几年大力发展的一种地基处理方法，它 其中，Ｓ１为加固区的压缩变形；Ｓ２为下卧层的变形；Ｓ３为褥 垫层的压缩变形。 由于褥垫层厚度不大，压缩变形量很小，因此可以忽略不计。 具有承载力高、沉降量小、造价低、施工方便等特点，尤其表现在 沉降控制和经济方面。但由于理论研究的滞后，ＣＦＧ桩复合地基 理论计算还存在许多问题，主要有：对桩体与桩间土如何相互作 用及协调作用机制的研究处于不成熟阶段，并且对地基变形和沉 降计算并没有形成统一的认识。应进一步研究ＣＦＧ桩复合地基 下卧层附加应力扩散问题，改进和提高复合地基沉降计算的精 度。 参考文献： 所以在各种计算方法中，往往把复合地基变形分为两个部分：加 固区的变形量Ｓ１和下卧层的变形量Ｓ２。地基应力场近似地按 天然地基进行计算。 ２．４ ＣＦＧ桩复合地基沉降计算规范推荐方法 计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质 的直线变形体理论。其最终沉降量可按下式计算，如图２所示。 ｓ＝Ｓ１＋５２＝ 蓦 －－Ｚｉ＿ｌ—ａｉ＿１）－Ｆ 耄。 （Ｌ 互 一 —Ｚ ｉ－ｌ—ａｉ－１）ｌｊ 睾 ［１］王吉望．复合地基的现状与发展［Ｊ］．施工技术，１９９１，２（２）： ４６—５０． 翟建华．ＣＦＧ桩复合地基工作机理及沉降计算方法研究 ［Ｄ］．北京：中国地质大学硕士学位论文，２００６． （５） ） ［４］ 龚晓南．复合地基理论及工程应用［Ｍ］．北京：中国建筑工 业出版社．２００２． ［３］ 铁建设［２００３］１３号．京沪高速铁路设计暂行规定［Ｓ】． 其中， 。为加固区范围土层分层数；，ｚ２为沉降计算深度范围 Ｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｓｐｅｃｉａｌ ｌｉｎｅ Ｍ玎、ｉ Ｊｉａ－ｒｕｉ ＷＡＮＧ Ｓｈｕ－ｈｕｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｓｐｅｃｉａｌ ｌｉｎｅ，ｓｕｍｓ ｕｐ ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｔｈｅｏｒｙ ｍｅｔｈｏｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｍａｌｌ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｌｏｗ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｓｐｅｃｉａｌ ｌｉｎｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｎｉｓｔｉｃｓ
