Ｉ基础工程设计 ｌＥ， ｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓ ｏｆｔｈｅ Ｇｒｏｕｎｄ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１０）０６—００９２—０３ 基于ＡＢＡＱ Ｕ Ｓ的变刚度布桩 复合地基沉降性状研究 ■宋小娟，张荫（西安建筑科技大学土木工程学院，西安７１００５５） 【摘要】以数值模拟的方法研究了变刚度复合地基的沉降分 较密的桩。在基础荷载较小的区域稀疏布桩。根据现 布和变形影响范围。计算结果表明：在荷载较大的核心筒区密 有的研究成果，复合地基筏下均匀布桩，其承载力验 集布桩而在荷载较小的边角区稀疏布桩或不布桩，能有效的 减少基础沉降差，同时减少基桩工程量。 算和沉降估算可采用规范方法。而筏下变刚度布桩 【关键词】复合地基；变刚度；数值模拟；沉降 复合地基的基础沉降分布、沉降影响范围、桩土荷载 【中图分类号】ＴＵ４４１ ．７ 【文献标志码】Ａ 分担等还有待进一步研究。本文以大型通用有限元 Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ 软件ＡＢＡＱＵＳ为工具，建立筏下变刚度布桩复 合地基模型，对其沉降性状进行计算机仿真分 Ｐｉｌｅｄ ｒａｆｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＢＡＱＵＳ 析，总结变化规律，以期为工程实践提供参考。 ＳＯＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｕａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎ ［Ａｂａｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｌｅｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ２计算模型及计算方案 ｖａｒｉａｂｌｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｙＦＥＭ，ｓｕｃｈａｓｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ 为了对比筏下变刚度布桩复合地基的减沉加固 ｐａｔｔｅｍ，ｅｆｆｅｃｔ ｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ 效果，同时进行天然地基支撑筏板（模型Ａ）、核心筒 ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆｐｉｌｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｔｌｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ 下局部布桩复合地基（模型Ｂ）和变桩距满堂布桩复 ｒａｆｔｉｓｐｉｌｅｄｍｏｒｅｉｎｈｉｇｈｌｏａｄｍｇｚｏｎｅａｎｄｌｅｓｓｉｎｌｏｗｌｏａｄｉｎｇｚｏｎｅｏｒ 合地基（模型Ｃ）的沉降计算，进行对比分析。模型Ａ ｎｏｔ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｉｆｎｆｅｓｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； 为天然地基，筏下无布桩；模型Ｂ仅在核心筒区域局 ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ 部布桩，布桩ｌ６根；模型Ｃ在整个筏板下进行变桩 距满堂布桩。 １引言 模型Ｃ分析对象为筏板下变刚度布桩复合地 在高层建筑筏板基础的地基处理中，常采用 基，计算模型桩的平面布置见图１。 ＣＦＧ桩等刚性桩［１】。对于上部结构荷载差异较大的结 本模型模拟复合地基共有５２根桩，筏板长×宽× 构形式，如框一简结构，其筏下地基处理可采用变刚 厚为２６．６ｍｘ２６．６ｍｘＯ．５ｍ。图１所示，中心框为核心 度布桩［２１。即在基础荷载较大的核心简区域，筏下布 筒区桩布置较密，往外依次为内区和边区布桩依次 －・＿●‘‘ｔ．●・●。 ．．・・●。。．Ｉ＿・●‘ ．．・●● 。ｔ．．●●‘。－．．●●。 ．．－．● …。・●‘．＿‘●・●’・．．Ｉ．●‘－●。・● ‘ｔ－．－● …・‘●＿・●・・●‘・●‘・．＿．＿●‘・．．－ｌ●‘・ ●・・●・・＿．・・．．・・．－＿・．．・・．．・・‘・・．．・・．‘・・ ［３１黄凯，应宏伟，谢康和．深基坑圈梁与支护桩的相互作用分 学，１９９９，２０（２）：７６－８Ｏ． 析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（３）：４８１—４８６ ［８１朱彦鹏，褚玲，王志豪，等．考虑圈梁空间效应的支护桩计算 【４】王建军，石东山，黄强．深基坑支护工程冠梁内力现场试验 ［Ｊ］．甘肃工业大学学报，２００１，２７（３）：７８—８０． 研究【Ｊ】．建筑科学，２００６，２２（４）：４３—４６． 【收稿日期］２０１０—０３．２９ ［５１朱彦鹏，褚玲．压项圈梁和支护桩的空间协同作用的分析 ［Ｊ］．工业建筑，２００１，３ｌ（３）：１８－１９，３４． ［６１吴雄志，白金杰，贾志刚，等．桩锚支护体系贯梁水平位移实 作者简介 验研究［Ｊ］．河北工程大学学报，２００８，２５（４）：４—６． 末捷（１９６９～），男，安徽怀远人，高级工程师，从事结构工程 【７】高印立．考虑圈梁空间效应支护桩的简化计算『Ｊ】．岩十力 设计与研究及其管理，（电子信箱）ｓｏｎｇｉｉｅｓｚ＠１６３．ｔｏｍ。 ９２ 图１模型ｃ桩布置图 渐疏。模型加载时，分核心区、内区、边区、角区施加 大小不同荷载，最大总荷载为６０００ｋＮ。为了减少计 算机计算强度，利用对称性原理取实际模型的１／４进 行有限元分析计算。有限元计算模型平面如图２所示。 图２模型Ｃ有限元计算平面图 为了既满足计算精度，又节省计算时问。计算模 型土体底部刚性边界设在离地表面３倍桩长处， 轴、】，轴侧向计算边界取在离板边界４Ｂ处。模型底 部为固定支撑，对称面上采用对称支撑，其余周边为 竖向活动支撑，上边界为自由边界＿３Ｊ。本文采用八节 点的六面体减缩积分单元，即Ｃ３Ｄ８Ｒ单元。计算模 型网格划分如图３所示。桩和筏板的情况见图４。 图３有限元计算模型网格划分 图４筏板与桩 本文采用总应力法进行分析计算；桩体和筏板 均为线弹性体；土体为连续的弹塑性体，符合 Ｄｍｃｋｅｒ．Ｐｒａｇｅｒ模型，计算上层简化为单一土层，各 材料的基准参数见表１；桩土界面采用面．面摩擦接 触，接触面的摩擦类型为库伦摩擦。利用ｉｎｉｔｉａｌ 摹 出 墨望 Ｅｒ￣ｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｄ，‰Ｇｒｏｕｎｄｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ进行土体整体初始地应力平衡。在后续分 析步中用ｍｏｄｅｌｃｈａｎｇｅ杀死桩孔位置土单元，并加 入桩体。 表１材料基准参数 计算土层 １ ８００ １０ ０．４ １５ ３６．５ 筏板 ２ ５００ ２．５５ｘｌ０４ ０．１７ 一 ＣＦＧ桩 ２ ５００ ２．５５ｘ１０ Ｏ．１７ 一 一 ３数值模拟结果分析 ３．１基础荷载沉降特性 数值计算中，各模型均分为７级加载，对筏板分 为中心点，板轴线１／４点，筏边中点和角点四个特征 点进行沉降测试。计算结果基础荷载与各特征点的 沉降关系如图５所示。 ｇ瞰／ 进 基础荷载Ｐ／ｋＮ ０ ０ １０００ 加 ２０００ 加 ∞ ３０００ ∞ ４０００ ５０００ ６０００ ７０００ ａ模型Ａ 基础荷载Ｐ／ｋＮ ０ １０００ ２０００ ３０００ ４０００ ５０００ ６０００ ７Ｏｏｏ 。 ｛ ５ 登 ｓ ２。 ２５ ｂ模型Ｂ 基础荷载Ｐ／ｋＮ ０ １６００ ２０００ ３Ｏｏｏ ４０ｏｏ ５Ｏｏｏ ６０００ ７０００ Ｏ 昌２ ４ 进６ 嚣ｅ 塞 ｏ １２ ｌ４ ｃ模型Ｃ 图５荷载与沉降关系曲线 ９３ ｇｕｖｑ逝翳僻霉 Ｏ ２ ４ ６ ８ 从图５中可以看出： 筏外间距Ｘ／ｍ ５ １ｏ １５ １）同一基础模型数值计算结果表明，筏板中心 点的沉降最大，角点的沉降最小，其余点的沉降介于 两者之间。各点的荷载沉降关系曲线基本相似。基础 沉降总体上呈现为蝶形特征。 ２）在７级荷载下，天然地基上筏板基础Ａ的沉 一～ 降最大值为３５．３２ｍｍ，复合地基模型Ｂ和复合地基 模型Ｃ的沉降最大值分别为１９．８８ｍｍ、Ｉ １．９２ｍｍ，仅 为天然地基的５６．２９％和３３．７５％，复合地基沉降量 随筏下布桩数量的增加而减少。 ３）天然地基上筏板基础Ａ的最大沉降差为 ２２．８８ｍｍ，复合地基模型Ｂ和复合地基模型Ｃ的最 大沉降差分别为７．９２ｍｍ和８．３８ｍｍ，仅为天然地基 的３４．６０％和３６．Ｏ ６５％。对上部结构荷载较大的区域 目要 世蟮 窝 ｌ ２ ３ ４ 布置相对较密的桩，而对上部结构荷载较小的区域 布置相对较稀疏的桩，将更有效地减小基础的沉降 差。 ３．２复合地基筏板基础周边地基土变形 筏下群桩复合地基的沉降对筏板周边地表沉降 的影响范围值得关注。本文各计算模型基础筏板外 围地表沉降如图６所示。 筏外间距Ｘ／ｍ ５ １ｏ １５ ２ｏ ａ模型Ａ 筏外间距Ｘ／ｍ ５ ｌ０ １５ ｂ模型Ｂ ｃ模型Ｃ 图６筏板基础外围地基沉降 从图６中看出： １）不同荷载水平下，复合地基筏板基础外围的地 表沉降随与筏边距离的增加而减少的趋势大致相 同，只是地表沉降的数值随荷载水平的提高而增加。 ２）相同荷载作用下，不同布桩的复合地基筏 板基础水平影响范围与趋势大致相同，但天然地 基筏板对周边的沉降量影响明显大于复合地基基 础。 ４结论 本文通过对天然地基筏板基础和变刚度布桩复 合地基沉降性状的数值仿真分析得出以下结论： １）高层建筑复合地基筏下布桩对周边的影响比 天然地基筏板基础对周边的影响小。 ２）在上部结构荷载较大区域局部加密布桩、在上 部结构荷载较小区域稀疏布桩或不布桩，可以充分 发挥基桩承载能力，更有效的减少基础沉降差。 【参考文献】 【ｌ】龚晓南．复合地基理论与实践【Ｍ］．杭州：浙江大学出版社， １９９２． ［２１张武，高文生．变刚度布桩复合地基模型实验研究［Ｊ］．岩土工 程学报，２００９，３１（６）：９０５—９１０． ［３１朱奎，徐日庆，等．刚一柔性桩复合地基变形特性有限元分析 ［Ｊ］．岩土力学，２００８，２９（４）：９３７—９４２． 【收稿日期１２ｏ１０．０３．０８ ∞ ∞ 鼬嘲介 宋小娟（１９８２￣），女，安徽蚌埠人，硕士，从事地基处理方面 的研究．（电子信箱）ｓｏｎｇｘｉａｏ－ｕａｎｌ９＠１２６．ｔｏｍ。 【基金项目】国家“十一五”项目子项（２００８ＢＡＪ０８Ｂ０１ ｌ－０３）
