CFG桩复合地基多参数优化设计研究

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1、http://www.paper.edu.cnCFG桩复合地基多参数优化设计研究李兴毓，申翃武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉(430070)E-mail：listarain@163.com摘要：CFG桩复合地基技术在我国是20世纪80年代末发展起来的，到目前为止，计算理论已经比较成熟，《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002为CFG桩复合地基承载力和复合地基最终变形的计算提供了明确的方法。目前比较常用的设计方法主要是先根据复合地基承载力来初选各项参数，再依据变形要求来调整参数，该方法需多次试算，且计算结果

2、不一定经济。而计算机强大的计算能力和MATLAB处理循环问题的优异表现能够很好地解决该问题，本文基于最优化设计理论对CFG桩复合地基优化设计做了一些研究。关键词：地基处理；复合地基；CFG桩；承载力；沉降；优化设计1.引言近几十年来，我国的土木工程建设以前所未有的规模和水平快速发展，其建设场地遍及我国的各个角落，工程技术人员常常面临许多不同的工程问题。然而大部分天然地基不能满足工程建设的要求，为此需要对天然地基进行地基处理以形成人工地基。经过地基处理形成[1]的人工地基大致上可分为均质地基、多层地基和复合地基三种

3、形式。由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法称为水泥粉煤灰碎石桩法，英文名称为cementfly-ashgravelpile，简[2]称CFG桩法。由于CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可很好地发挥端阻，因此在复合地基增强体系列中，它的置换作用最强，复合地基承载力提高幅度大，复合模量高，地基变形小。基于以上原因，CFG桩在工程中应用越来越广泛，其计算理论也越来越成熟，目前比较常用的设计方法主要是先根据复合地基承载力来初选各项参

4、数，再依据变形要求来调整参数，该方法需多次试算，且计算结果不一定经济。因此对CFG桩复合地基进行优化设计非常必要。2．CFG桩复合地基承载力的计算根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002,水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：Rafspk=+−mmβ()1fsk（1）Ap式（1）中：f——复合地基承载力特征值（kPa）；spkm——面积置换率；R——单桩竖向承载力特征值（kN）；aA——桩的截面积（m）pβ——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值

5、，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值；-1-http://www.paper.edu.cnf——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时可取天然地基sk承载力特征值。3．CFG桩复合地基变形计算CFG桩复合地基的沉降计算，龚晓南提出的计算方法是在荷载作用下复合地基的总沉[3]降量S等于复合地基加固区的压缩量S1与加固区下卧层压缩量S2之和。在工程中，应用较多且计算结果与实际符合较好的变形计算方法是复合模量法，计算时复合土层与天然地基相同，复合土层的模量等于该层天然

6、地基模量的ε倍，加固区和下卧层土体内的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。复合地基最终变形量可按下式计算：⎡⎤nn12pp00s=−ψsi⎢⎥∑∑()zazaiii−−11−−11+()zazaiii−i（2）⎣⎦ii==11εEEsin1+si式（2）中：n——加固区范围内土层分层数；1n——沉降计算深度范围内土层总的分层数；2p——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力，单位：kPa；0E——基础底面下的第i层土的压缩模量，单位：MPa；siz，z——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，

7、单位：m；ii−1ai，ai−1——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可查表求得；ε——加固区土的模量提高系数；ψ——沉降计算修正系数，根据当地沉降观测资料及经验确定，也可采用下表的数值。s表1变形计算经验系数ψsEs（MPa）2.54.07.015.020.0ψ1.11.00.70.40.2s表1中，Es——变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：∑Ai（3）Es=A∑iEsi式（3）中，Ai——第i层土附加应力系数沿土层厚度积分值，Apzii=−01(azaiii−−

8、1)；E——基础底面下第i层土的压缩模量值，单位：MPa。si复合地基变形计算深度应大于复合地基土层的厚度，并应符合下式要求：n2Δsni′≤Δ0.025∑s′（4）i=1-2-http://www.paper.edu.cn式（4）中，Δs′——在计算深度范围内，第i层土的计算变形值；iΔs′——在计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值，取值见下表：n表2Δz取值b(m