[發明專利]一種變截面CFG樁復合地基的承載力特征值計算方法

有效

• 申請號: 201710129701.9
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106909748B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 董天文;劉偉;何經緯;辛利伍;呂龍;溫華興;李博;魏可峰
• 申請（專利權）人: 中冶沈勘工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;E02D3/08
• 代理公司: 21109 沈陽東大知識產權代理有限公司
• 代理人: 李運萍

1.一種變截面CFG樁復合地基的承載力特征值計算方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：軟弱土層擴徑段樁的承載力特征值計算；

1.1變截面樁擴徑段埋入良好土層中摩阻力的判定；

h′₁＜0.5m，擴徑段樁體埋入良好持力層深度(h′₁)的擴徑段樁存在擴孔造成的土層松弛，該段摩阻力忽略不計；

1.2擴徑段樁體的承載力特征值計算；

(1)h′₁≥0.5m，則擴徑段樁體的承載力特征值按照公式(1)計算：

R_a1i＝(q_s1h₁-q'_s1l₁+q_s2h′₁)d₁π+q_p2(A_p1-A_p2) (1)

其中，R_a1i為第i層軟弱土層變截面CFG樁擴徑段樁體承載力特征值；h₁為軟弱土層厚度；d₁為變截面樁擴徑段樁體直徑；q_s1為軟弱土層中變截面CFG樁的樁側摩阻力特征值；h′₁為軟弱土層變截面CFG樁擴孔樁體進入良好持力層深度；q′_s1為軟弱土層中變截面CFG樁的樁側負摩阻力特征值；q_s2為良好持力層中變截面CFG樁的樁側摩阻力特征值；l₁為樁間土固結變形產生的樁側負摩阻區高度；q_p2為變截面樁擴徑段樁體的下部壓密區范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標準段樁體截面積；

(2)h′₁＜0.5m，則擴徑段樁體的承載力特征值按照公式(2)計算：

R_a1i＝q_s1h₁d₁π+q_p2(A_p1-A_p2) (2)

其中，符號同步驟1.2(1)；

1.3多層軟弱土層擴徑段樁體的承載力特征值按公式(3)計算：

其中，n為軟弱土層自然分層的分層數；R_a1為軟弱土層中變截面CFG樁的擴徑段單樁承載力特征值；R_a1i為第i層軟弱土層變截面CFG樁擴徑段樁體承載力特征值；

步驟2：良好持力層標準段樁的承載力特征值計算；

2.1擴徑段樁下部壓密區高度按照公式(4)計算：

其中，h′₂為變截面樁擴徑段樁體的下部壓密區高度；d₁為變截面樁擴徑段樁體直徑；d₂為變截面樁標準段樁體直徑；α為彈性土核斜邊與樁端平面夾角；

2.2標準段樁承載力特征值按照公式(5)計算：

R_a2j＝q_s2(h₃-h'₂)d₂π+q'_p2A_p2 (5)

其中，R_a2j為第j層良好持力層變截面CFG樁標準段樁體承載力特征值；h₃為良好持力層厚度；h′₂為變截面樁擴徑段樁體的下部壓密區高度；d₂為變截面樁標準段樁體直徑；q_s2為良好持力層中變截面CFG樁的樁側摩阻力特征值；q′_p2為變截面樁標準段樁體下部良好持力層端阻力特征值；A_p2為變截面樁標準段樁體截面積；

2.3多層良好持力層標準段樁體的承載力特征值按公式(6)計算：

其中，m為良好持力層自然分層的分層數；R_a2為良好持力層變截面樁的標準段單樁承載力特征值；R_a2j為第j層良好持力層變截面CFG樁標準段樁體承載力特征值；

步驟3：變截面CFG群樁承載力特征值計算；

3.1變截面位置端阻力重疊區計算：

其中，L為樁間距；r_1i、r_1j分別為第i、j根變截面樁擴徑段樁體端部滑裂區對數螺旋線初始半徑；θ₁為對數螺旋線旋轉角度；為擴徑段樁端下壓縮區范圍內良好持力層的土內摩擦角；k₁為變截面CFG樁的擴徑段樁體樁端壓縮作用產生的滑裂面剪切阻力重疊區系數；μ₁為變截面CFG樁的擴徑段樁體樁端壓縮作用產生滑裂區的端阻力重疊區角度；

3.2標準段樁端阻力重疊區計算：

其中，L為樁間距；r_2i、r_2j分別為第i、j根變截面樁標準段樁體端部滑裂區對數螺旋線初始半徑；θ₂為標準段樁端對數螺旋線旋轉角度；為標準段樁端下壓縮區范圍內良好持力層的土內摩擦角；k₂為變截面CFG樁的標準段樁體樁端壓縮作用產生的滑裂面剪切阻力重疊區系數；μ₂為變截面CFG樁的標準段樁體樁端壓縮作用產生滑裂區的端阻力重疊區角度；

3.3當6d₂≤L＜6d₁時，加固區變截面CFG群樁基礎承載力特征值計算；

3.3.1擴徑段樁體加固區群樁基礎承載力特征值計算；

3.3.2標準段樁體加固區群樁基礎承載力特征值按公式(13)計算：

其中，R₂為考慮群樁效應的群樁標準段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數；η_s2、η_p2、γ_s2、γ_p2分別為標準段樁體的樁側阻群樁效應系數、樁端阻群樁效應系數、樁側阻抗力分項系數、樁端阻抗力分項系數；M₂為標準段樁體良好持力層的自然分層數；Δ_j為標準段樁體良好持力層的第j個自然分層的厚度；q_s2j為標準段樁體良好持力層的第j個自然分層的側阻力特征值；d₂為變截面樁標準段樁體直徑；q′_p2為變截面樁標準段樁體下部良好持力層端阻力特征值；A_p2為變截面樁標準段樁體截面積；

3.3.3變截面CFG群樁的承載力為公式(14)：

R＝R₁+R₂ (14)

其中，R為考慮群樁效應的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；R₁為考慮群樁效應的群樁擴徑段承載力特征值；R₂為考慮群樁效應的群樁標準段承載力特征值；

3.4當L＜6d₂時，加固區變截面CFG群樁基礎承載力特征值計算；

3.4.1擴徑段樁體加固區群樁基礎承載力特征值計算；

3.4.2標準段樁體加固區群樁基礎承載力特征值按公式(17)計算：

其中，R₂為考慮群樁效應的群樁標準段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數；η_s2、η_p2、γ_s2、γ_p2分別為標準段樁體的樁側阻群樁效應系數、樁端阻群樁效應系數、樁側阻抗力分項系數、樁端阻抗力分項系數；M₂為標準段樁體良好持力層的自然分層數；Δ_j為標準段樁體良好持力層的第j個自然分層的厚度；d₂為變截面樁標準段樁體直徑；k₂為變截面CFG樁的標準段樁體樁端壓縮作用產生的滑裂面剪切阻力重疊區系數；q_s2j為標準段樁體良好持力層的第j個自然分層的側阻力特征值；q′_p2為變截面樁標準段樁體下部良好持力層端阻力特征值；A_p2為變截面樁標準段樁體截面積；

3.4.3變截面CFG群樁的承載力按公式(18)計算：

R＝R₁+R₂ (18)

其中，R為考慮群樁效應的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；R₁為考慮群樁效應的群樁擴徑段承載力特征值；R₂為考慮群樁效應的群樁標準段承載力特征值；

3.5當L≥6d₁時，加固區變截面CFG群樁基礎承載力特征值計算：

R＝n_p(R_a1+R_a2)＝n_p(R_a1+R_a2) (19)

其中，R為考慮群樁效應的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；n_p為群樁的基樁數；其他符號同步驟1.3(3)和2.3(6)；

步驟4：變截面CFG樁復合地基的單樁承載力發揮系數計算；

4.1軟弱土層變截面CFG樁復合地基中基樁的承載力發揮系數：

其中，λ₁為軟弱土層變截面CFG樁復合地基中基樁的承載力發揮系數；R按照公式(14)、公式(18)、公式(19)計算；

4.2良好持力層變截面CFG樁復合地基中基樁的承載力發揮系數：

其中，λ₂為良好持力層變截面CFG樁復合地基中基樁標準段的承載力發揮系數；R_a2為良好持力層變截面樁的標準段單樁承載力特征值；R₂為考慮群樁效應的群樁標準段承載力特征值，當6d₂≤L＜6d₁時，R₂采用公式(13)計算，當L＜6d₂時，R₂采用公式(17)計算；

步驟5：變截面樁復合地基置換率計算；

5.1計算軟弱土層變截面樁復合地基置換率計算：

其中，d₁為變截面樁擴徑段樁體直徑；d_e為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑；等邊三角形布樁時，d_e＝1.05L；正方形布樁時，d_e＝1.13L；矩形布樁時，s₁和s₂分別為縱向樁間距和橫向樁間距，L為樁間距；

5.2計算良好持力層變截面樁復合地基置換率計算：

其中，d₂為變截面樁標準段樁體直徑；d_e為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑；

步驟6：變截面CFG樁復合地基極限承載力特征值計算；

6.1變截面CFG樁復合地基的增強體軟弱土層地基承載力特征值計算：

其中，f_spk1為軟弱土層變截面CFG樁復合地基承載力特征值；λ₁為軟弱土層變截面CFG樁復合地基中基樁的承載力發揮系數；m₁為軟弱土層變截面CFG樁復合地基置換率；R_a1為軟弱土層中變截面CFG樁的擴徑段單樁承載力特征值，由步驟1.3(3)計算；R_a2為良好持力層變截面樁的標準段單樁承載力特征值，由步驟2.3(6)計算；A_p1為變截面樁擴徑段樁體截面面積；β₁為軟弱土層變截面CFG樁的樁間土承載力發揮系數；f_sk1為軟弱土層處理后變截面CFG樁群的樁間土承載力特征值；

6.2變截面CFG樁復合地基的增強體良好持力層地基承載力特征值計算：

其中，f_spk2為良好持力層變截面CFG樁復合地基承載力特征值；λ₂為良好持力層變截面CFG樁復合地基中基樁標準段的承載力發揮系數；m₂為良好持力層變截面CFG樁復合地基置換率；R_a2為良好持力層變截面樁的標準段單樁承載力特征值，由步驟2.3(6)計算；A_p2為變截面樁標準段樁體截面積；β₂為良好持力層變截面CFG樁的樁間土承載力發揮系數；f_sk2為良好持力層處理后變截面CFG樁群的樁間土承載力特征值。