第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 CFG桩复合地基增强体偏位影响分析 卢萍珍于东晖方云飞鲁国昌 （北京市建筑设计研究院有限公司，北京100045） 摘要：某工程施工质量检验过程中发现CFG桩复合地基增强体明显偏离设计位置.
在当前情况下，复合地基的承载力和变 形是否仍然满足设计要求、基础底板及梁的原设计配筋是否有足够的安全储备成为建设单位及工程设计人员尤其关心的间 题.
根据对现场复合地基增强体单桩静载荷试验、复合地基静载荷试验，以及桩间土浅层平板载荷试验的结果，对实际状态 下复合地基承载力进行了综合分析和评估：同时，应用PLAXIS3D2013程序，采用其内置的桩单元模拟CFG桩，并分别 按设计桩位和施工桩位布置建立三维数值模型，进行了地基和基确的协同作用分析，对增强体桩位偏差工况条件基础底板的 沉降、以及底板和梁的内力分布进行了对比分析，为随后的工程处理提供了依据.
关键词：CFG桩复合地基：桩位偏差：协同作用：三维数值分析 0前言 CFG桩复合地基因其施工工艺简单、施工周期短、工程造价相对较低而地基承载力提高较大等特点， 多年来，在地基处理工程中得到了广泛应用，虽历经20多年的发展已成为成熟工艺，但由于设计与实施 过程中某些环节控制不到位等原因，仍会造成CFG桩复合地基施工中的一些质量问题.
某办公楼采用CFG桩复合地基处理后，出现桩位整体偏位，且较多桩位偏差均大于规范要求范围.
针对该间题，根据现场检测资料，并应用PLAXIS3D2013程序，采用其内置桩单元模拟CFG桩，分别按 设计桩位和施工桩位布置情况建立数值分析模型，针对承载力和变形，以及结构内力，进行综合分析，为 随后的工程处理提供了依据.
1工程概况 1.1工程简介 某办公楼，地上24层，地下2层，结构体系为钢筋混凝土框架-核心筒结构，基础形式为梁板式筏板 基础，基础梁高2.6m，筏板厚：核心筒区域0.9m，非核心筒局部区域1.2m和1.4m.地基采用CFG桩复 合地基方案.
根据上部结构要求，基础底面地基承载力特征值：1区不小于550kPa：ⅡI区不小于380kPa.
CFG桩和不同板厚的区域布置说明详图1.
其中1区为办公楼核心筒区域：ⅡI区为办公楼非核心简区域.
作者黄介：卢萍珍，女，1982年生，工学硕士.
中级工程师.
注册土木工程师（岩土），主要从事地基基础方面的咨询，设计和研究.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 口 口 口 A A A I区 / FB3 1区 FB3 FB1 FB1 图1CFG桩及不同板厚的布设区域示意 1.2岩土工程条件 工程地基直接持力层土为5层细砂，典型地层剖面详见图2，各土层岩土工程参数详见表1.
勘 察场区稳定水位埋深在14.6~16.3米.
表1各土层岩土工程参数表 天然 快剪 压缩模量 核的极限例阳力 桩的极限端阻力 地基承载力特 层号 岩性名称 重度 Eas42 标准值4 标准值 征值 /kPs (C) /MPa /kPa AP 细砂 195 1 26 28 50 240 @ 粉质粘土 193 25.1 24.8 11.70 66 1400 180 细砂 195 0 28 33 65 2400 280 @ 卑石 20 0 40 150 4500 400 砂 215 0 30 32 OR 8 粉质粘土 198 52.5 29 8.71 0 细砂 20 0 32 35 1.3CFG 桩设计参数 依据地基处理技术设计规范，该办公楼CFG桩复合地基主要参数如下表2所示.
表2CFG桩复合地基设计参数 设计参数 参数取值 设计参数 参数取值 1区 Ⅱ区 1 单驻承技力特征值RAkN 660 桩径/mm 400 400 天然地基承载力特征值&Pa 240 240 有效柱长/m 13.0 复合地基承载力特征值f&Pa 550 380 桩间距m 1.2 12 桩身混凝土强度等级 面积置换率 8.73 8.73 2 工程问题及分析
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 根据地基处理技术规范：“复合地基增强体单桩的桩位施工允许偏差：对条形基础的边桩沿轴线方向 本工程为梁筏基础，其施工允许偏差应按桩径的土40%控制，即偏差应在土160mm范围内.
本工程中CFG桩复合地基工程施工完成，清除保护土后发现，CFG桩施工桩位与设计桩位偏差较大， 偏差距离约200~960mm，该偏差已远远超过上述规范要求偏差范围.
整体和局部桩位分布，以及施工现场 照片分别如图3-4所示.
其中图4（a）为局部偏差较大、置换率最不利位置示意图，其中标识区域面积为 2.48m2，根据单桩面积0.1257m2，计算可得置换率为5.07%，与设计面积置换率相比，该值约降低42%.
基底面 1* 4 12 16 24- 28- -cc- 0 36- 40- 48 52 图2典型地层创面图 图3设计及施工桩位分布 (a）最不利置换率示意 （b）现场照片 图4局部施工桩位及现场照片 3工程检验及分析
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 根据CFG桩复合地基施工质量验收检验内容的相关要求3，在CFG桩施工后，进行了增强体单桩静 载荷试验和单桩复合地基载荷试验，试验结果及分析详见3.1-3.2节内容.
鉴于桩位偏差较大，受其影响部分区域面积置换率较小，基于复合地基概念，专门进行了桩间土浅层 平板载荷试验，通过现场试验进一步验证地基承载力，检测成果及分析详见3.3节内容.
3.1增强体单桩静载荷试验及分析 试验承压板采用直径500mm的圆板，1区（15m桩长）单桩试验最终加荷1460kN：ⅡI区（13m桩长， 下同）单桩试验最终加荷1300kN，所得试验结果如下图5所示.
Q(kN) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 10 (uujs 15 20 25 图5增强体单桩静载荷试验Q-s曲线 由图5可见，增强体单桩的Q-s曲线均呈缓变型，在最大加载量（2Ra）1460kN和1300kN时，其对 应的沉降值分别为16.7~20.3mm和15.9~19.4mm 根据地基处理技术规范中关于复合地基增强体单桩静载荷试验的规定，Q-s曲线均呈缓变型时，取桩 顶总沉降量s为40mm所对应的荷载值作为单桩竖向抗压极限承载力.
由此判断，本工程中单桩承载力满 足设计要求，并具有一定的安全储备.
3.2单桩复合地基静载荷试验及分析 试验承压板采用边长1.2m×1.2m的板（面积为1.44m2），1区最终加荷1585kN（相当于1100kPa）： II区最终加荷1095kN（相当于760kPa），所得试验结果如图6所示.
由图6可见，单桩复合地基p-s曲线均呈缓变型，在设计加载量为1100kPa（I区）和760kPa（ⅡI区） 时，对应的沉降值分别为3.9-5.4mm和3.5~5.4mm.
根据地基处理技术规范中关于复合地基承载力特征值确定的规定，当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线 时，可按相对变形值确定.
本工程桩身范围内以卵石为主，则应取s/b等于0.008，即s=1.2m×0.008=9.6mm 对应的压力值.
该压力值大于最大加载压力的一半，因此1区和ⅡI区复合地基的承载力特征值分别为550kPa 和380kPa.
由此判断，本工程中复合地基承载力满足设计要求.
3.3桩间土平板载荷试验及分析 浅层平板载荷试验承压板采用边长为0.5m的方板（面积为0.25m²），各试验点设计最大加荷180kN（相 当于720kPa），所得试验结果整理如图7所示.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 689 [09) 1:2(0 2 300 p(kPa) 00 909 600 700 900 19 15 25 23 35 图6单桩复合地基静载荷试验曲线 图7桩间土平板载荷试验曲线 由图7可见，各试验点对应的p-s曲线均呈缓变型，根据地基基础设计规范中关于确定浅层平板载 荷试验中地基承载力特征值的相关规定，本工程中桩间土承压板下应力主要影响范围内的地基承载力特征 值f为324kPa.
该地基承载力特征值为原地基设计值（240kPa，见表2）的1.35倍.
由此判断地基承载 力具有一定的安全储备.
4变形及结构内力分析 CFG桩复合地基的变形计算数值方法大致有两种，一种为传统的复合土层模型，一种为桩体置换模型.
前者将桩间土和增强体综合考虑为复合土层单元，用复合土层的参数进行模拟计算：后者在模型中考虑了 的增强体.
针对本工程，首先对设计桩位情况下，进行了两种不同分析方法的计算与对比.
并在变形与内力方面 得到较好的印证.
本文采用桩体置换模型，从设计桩位与施工桩位偏差对比分析的角度，得到偏差前后基 础底板的沉降，以及基础梁和板的内力对比情况.
4.1三维有限元模型及参数 PLAXIS3D2013是用于分析岩土工程中的变形和稳定性的三维有限元计算分析软件，具备分析处理 复杂岩土结构和建造过程的功能特性.
对于复合地基，褥垫层、基础（本工程中为梁筏式）、增强体和土 体之间协同作用，只有应用三维有限元软件，才能更加精确地反映工程特性.
PLAXIS3D2013中自带的桩单元是由梁单元加特殊界面单元构成，其中特殊界面单元用以模拟桩土 相互作用，即侧摩阻力和桩端阻力.
关于该程序及其中桩单元的详细介绍可参见文献[8].
本文数值计算采用PLAXIS3D2013程序.
褥垫层及基础梁、板根据实际设计图纸布置：根据桩的分 布的不同（设计桩位和施工桩位）先后建立两个分析模型.
土体采用莫尔-库伦弹塑性模型：CFG桩采用 程序中自带的桩单元进行模拟.
土体及桩的工程参数见表1.
计算模型见图8~9.
