一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法技术

本发明专利技术属于土木工程技术领域，特别是涉及一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，包括：软弱土层扩径段桩的承载力特征值计算；良好持力层标准段桩的承载力特征值计算；变截面CFG群桩承载力特征值计算；变截面CFG桩复合地基的单桩承载力发挥系数计算；变截面桩复合地基置换率计算；变截面CFG桩复合地基极限承载力特征值计算。本发明专利技术解决了变截面CFG桩复合地基在地基设计中极限承载力计算问题；提出了软弱土层变截面桩复合地基置换率和良好持力层变截面桩复合地基置换率计算方法；通过极限平衡理论，解决了极限荷载条件下变截面CFG群桩端阻力重叠问题；解决了加固区中变截面CFG桩群桩基础的承载力特征值计算问题。

A method for calculating characteristic values of bearing capacity of composite foundation with variable cross section CFG piles

The invention belongs to the technical field of civil engineering, in particular to a variable cross-section of CFG pile composite foundation bearing capacity characteristic value calculation method, including: soft soil expanding section pile bearing capacity characteristic value calculation; characteristics of excellent bearing bearing layer standard section pile and calculation; variable cross-section CFG pile bearing capacity characteristic value calculation; variable cross-section of CFG pile composite foundation bearing capacity of single pile play coefficient calculation; variable cross-section pile composite foundation replacement rate calculation; variable cross section ultimate bearing capacity of CFG pile composite foundation characteristic value calculation. The invention solves the problem of change in the foundation design calculation of the ultimate bearing capacity of cross section of CFG pile composite foundation; put forward the soft soil with variable cross-section pile composite foundation replacement ratio and good bearing layer variable rate calculation section replacement pile composite foundation; the limit equilibrium theory, solve the limit loads of variable cross section CFG pile end resistance to solve the problem of overlapping; characteristics of bearing capacity of variable cross-section CFG pile foundation reinforcement in the area of value calculation.

【技术实现步骤摘要】
一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法
本专利技术属于土木工程
，特别是涉及一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法。
技术介绍
我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地及山涧谷地等有广泛的软弱土分布，因地基处理费用在工程建设中所占比例非常大。刚性桩复合地基是目前应用较为广泛的软土地基处理方法之一，通过置换作用、排水作用、挤密作用和垫层作用使得地基承载力提高，沉降变形减小，具有施工周期短、质量易于控制、工程造价低等特点。采用变截面CFG桩的复合地基发挥了加固区内桩体按深度变刚度分布作用，在软土层中增加了桩体截面面积并埋入到良好持力层中，使得变截面CFG桩复合地基进一步减小了地基沉降、提高了地基承载力，获得良好的经济效益和社会效益。对于等截面直型桩复合地基而言，已经通过理论分析、试验研究、数值计算等手段，研究了挤密效应、置换效应、排水效应、加筋效应、垫层效应等刚性桩复合地基的加固机理和破坏形式，掌握了刚性桩复合地基承载规律、褥垫层-桩体-地基的作用效应，从而找出反应这规律的计算模式。《建筑地基处理技术规范》规定的复合地基承载力特征值计算公式是借助于静载荷试验基础上的半理论半经验公式，经验系数的取值对承载力特征值计算的影响很大。目前复合地基承载力特征值计算有两种主要方法：第一种是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，根据相应的原则将这两部分叠加，即得到复合地基承载力；第二种是把桩体和桩间土组成的复合体作为整体考虑，来确定复合地基的承载力，通常采用圆弧分析法计算。通过试验发现，复合地基承载力实测值与设计值相差普遍较大，该设计往往比较保守。因此，合理确定复合地基承载力已成为复合地基设计的重要问题。目前复合地基设计中主要采用第一种方法。而由于变截面CFG桩的几何非线性和岩土材料的材料非线性性质，桩土相互作用非线性特征明显，同时受到上部扩径段桩体部分埋入下层良好持力层的影响，变截面桩复合地基的承载规律、褥垫层-桩体-地基的作用效应已经发生了变化，现有的方法已经不能满足设计要求，因此需要提出针对变截面CFG桩复合地基承载力的计算方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，用来计算变截面CFG桩复合地基承载力。为了实现上述目的，本专利技术一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，包括变截面CFG桩承载力特征值计算，变截面CFG桩复合地基的增强体地基承载力特征值计算；变截面桩复合地基置换率计算。所述变截面桩承载力特征值计算由位于上部软弱土层的扩径段桩体承载力和位于下部良好持力层的标准段桩体持力层计算组成，而后将扩径段桩体承载力与标准段桩体承载力相加构成变截面桩的承载力。所述变截面CFG桩复合地基的增强体地基承载力特征值计算是由变截面CFG桩复合地基的增强体软弱土层地基承载力特征值计算和变截面CFG桩复合地基的增强体良好持力层地基承载力特征值计算两部分组成。所述变截面CFG桩复合地基置换率计算是由软弱土层变截面桩复合地基置换率计算和良好持力层变截面桩复合地基置换率计算两部分构成。采用上述的变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，其具体步骤如下：步骤1：软弱土层扩径段桩的承载力特征值计算1.1变截面桩扩径段埋入良好土层中摩阻力的判定；h1'＜0.5m，扩径段桩体埋入良好持力层深度(h′1)的扩径段桩存在扩孔造成的土层松弛，该段摩阻力忽略不计。1.2扩径段桩体的承载力特征值计算(1)h1'≥0.5m，则扩径段桩体的承载力特征值按照公式(1)计算。Ra1i＝(qs1h1-q's1l1+qs2h1')d1π+qp2(Ap1-Ap2)(1)其中，Ra1i为第i层软弱土层变截面CFG桩扩径段桩体承载力特征值；h1为软弱土层厚度；d1为变截面桩扩径段桩体直径；qs1为软弱土层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；h′1为软弱土层变截面CFG桩的扩径段桩体埋入良好持力层深度；q′s1为软弱土层中变截面CFG桩的桩侧负摩阻力特征值；qs2为良好持力层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；l1为桩间土固结变形产生的桩侧负摩阻区高度；qp2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区范围的良好持力层端阻力特征值；Ap1为变截面桩扩径段桩体截面面积；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积。(2)h1'＜0.5m，则扩径段桩体的承载力特征值按照公式(2)计算。Ra1i＝qs1h1d1π+qp2(Ap1-Ap2)(2)其中，符号同步骤1.2(1)。1.3多层软弱土层扩径段桩体的承载力特征值按公式(3)计算；其中，n为软弱土层自然分层的分层数；Ra1为软弱土层中变截面CFG桩的扩径段单桩承载力特征值；Ra1i为第i层软弱土层变截面CFG桩扩径段桩体承载力特征值。步骤2：良好持力层标准段桩的承载力特征值计算2.1扩径段桩下部压密区高度按照公式(4)计算；其中，h′2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区高度；d1为变截面桩扩径段桩体直径；d2为变截面桩标准段桩体直径；α为弹性土核斜边与桩端平面夹角。2.2标准段桩承载力特征值按照公式(5)计算；Ra2j＝qs2(h3-h'2)d2π+q'p2Ap2(5)其中，Ra2j为第j层良好持力层变截面CFG桩标准段桩体承载力特征值；h3为良好持力层厚度；h′2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区高度；d2为变截面CFG桩标准段桩体直径；qs2为良好持力层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；q′p2为变截面桩标准段桩体下部良好持力层端阻力特征值；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积。2.3多层良好持力层标准段桩体的承载力特征值按公式(6)计算；其中，m为良好持力层自然分层的分层数；Ra2为良好持力层变截面桩的标准段单桩承载力特征值；Ra2j为第j层良好持力层变截面CFG桩标准段桩体承载力特征值。步骤3：变截面CFG群桩承载力特征值计算3.1变截面位置端阻力重叠区计算；其中，L为桩间距；r1i、r1j分别为第i、j根变截面桩扩径段桩体端部滑裂区对数螺旋线初始半径；θ1为对数螺旋线旋转角度；为扩径段桩端下压缩区范围内良好持力层的土内摩擦角；k1为变截面CFG桩的扩径段桩体桩端压缩作用产生的滑裂面剪切阻力重叠区系数；μ1为变截面CFG桩的扩径段桩体桩端压缩作用产生滑裂区的端阻力重叠区角度。3.2标准段桩端阻力重叠区计算；其中，L为桩间距；r2i、r2j分别为第i、j根变截面桩标准段桩体端部滑裂区对数螺旋线初始半径；θ2为标准段桩端对数螺旋线旋转角度；为标准段桩端下压缩区范围内良好持力层的土内摩擦角；k2为变截面CFG桩的标准段桩体桩端压缩作用产生的滑裂面剪切阻力重叠区系数；μ2为变截面CFG桩的标准段桩体桩端压缩作用产生滑裂区的端阻力重叠区角度。3.36d2≤L＜6d1时，加固区变截面CFG群桩基础承载力特征值计算3.3.1扩径段桩体加固区群桩基础承载力特征值计算；(1)h1'＜0.5m时，扩径段桩体加固区群桩基础承载力特征值按公式(11)计算；其中，R1为考虑群桩效应的群桩扩径段承载力特征值；np为群桩的基桩数；ηs1、ηp1、γs1、γp1分别为扩径段桩体的桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数；n1为扩径段桩体软弱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：软弱土层扩径段桩的承载力特征值计算；1.1 变截面桩扩径段埋入良好土层中摩阻力的判定；h′

【技术特征摘要】
1.一种变截面CFG桩复合地基的承载力特征值计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：软弱土层扩径段桩的承载力特征值计算；1.1变截面桩扩径段埋入良好土层中摩阻力的判定；h′1＜0.5m，扩径段桩体埋入良好持力层深度(h′1)的扩径段桩存在扩孔造成的土层松弛，该段摩阻力忽略不计；1.2扩径段桩体的承载力特征值计算；(1)h′1≥0.5m，则扩径段桩体的承载力特征值按照公式(1)计算：Ra1i＝(qs1h1-q's1l1+qs2h′1)d1π+qp2(Ap1-Ap2)(1)其中，Ra1i为第i层软弱土层变截面CFG桩扩径段桩体承载力特征值；h1为软弱土层厚度；d1为变截面桩扩径段桩体直径；qs1为软弱土层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；h′1为软弱土层变截面CFG桩扩孔桩体进入良好持力层深度；q′s1为软弱土层中变截面CFG桩的桩侧负摩阻力特征值；qs2为良好持力层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；l1为桩间土固结变形产生的桩侧负摩阻区高度；qp2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区范围的良好持力层端阻力特征值；Ap1为变截面桩扩径段桩体截面面积；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积；(2)h′1＜0.5m，则扩径段桩体的承载力特征值按照公式(2)计算：Ra1i＝qs1h1d1π+qp2(Ap1-Ap2)(2)其中，符号同步骤1.2(1)；1.3多层软弱土层扩径段桩体的承载力特征值按公式(3)计算：其中，n为软弱土层自然分层的分层数；Ra1为软弱土层中变截面CFG桩的扩径段单桩承载力特征值；Ra1i为第i层软弱土层变截面CFG桩扩径段桩体承载力特征值；步骤2：良好持力层标准段桩的承载力特征值计算；2.1扩径段桩下部压密区高度按照公式(4)计算：其中，h′2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区高度；d1为变截面桩扩径段桩体直径；d2为变截面桩标准段桩体直径；α为弹性土核斜边与桩端平面夹角；2.2标准段桩承载力特征值按照公式(5)计算：Ra2j＝qs2(h3-h'2)d2π+q'p2Ap2(5)其中，Ra2j为第j层良好持力层变截面CFG桩标准段桩体承载力特征值；h3为良好持力层厚度；h′2为变截面桩扩径段桩体的下部压密区高度；d2为变截面CFG桩标准段桩体直径；qs2为良好持力层中变截面CFG桩的桩侧摩阻力特征值；q′p2为变截面桩标准段桩体下部良好持力层端阻力特征值；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积；2.3多层良好持力层标准段桩体的承载力特征值按公式(6)计算：其中，m为良好持力层自然分层的分层数；Ra2为良好持力层变截面桩的标准段单桩承载力特征值；Ra2j为第j层良好持力层变截面CFG桩标准段桩体承载力特征值；步骤3：变截面CFG群桩承载力特征值计算；3.1变截面位置端阻力重叠区计算：其中，L为桩间距；r1i、r1j分别为第i、j根变截面桩扩径段桩体端部滑裂区对数螺旋线初始半径；θ1为对数螺旋线旋转角度；为扩径段桩端下压缩区范围内良好持力层的土内摩擦角；k1为变截面CFG桩的扩径段桩体桩端压缩作用产生的滑裂面剪切阻力重叠区系数；μ1为变截面CFG桩的扩径段桩体桩端压缩作用产生滑裂区的端阻力重叠区角度；3.2标准段桩端阻力重叠区计算：其中，L为桩间距；r2i、r2j分别为第i、j根变截面桩标准段桩体端部滑裂区对数螺旋线初始半径；θ2为标准段桩端对数螺旋线旋转角度；为标准段桩端下压缩区范围内良好持力层的土内摩擦角；k2为变截面CFG桩的标准段桩体桩端压缩作用产生的滑裂面剪切阻力重叠区系数；μ2为变截面CFG桩的标准段桩体桩端压缩作用产生滑裂区的端阻力重叠区角度；3.36d2≤L＜6d1时，加固区变截面CFG群桩基础承载力特征值计算；3.3.1扩径段桩体加固区群桩基础承载力特征值计算；3.3.2标准段桩体加固区群桩基础承载力特征值按公式(13)计算：其中，R2为考虑群桩效应的群桩标准段承载力特征值；np为群桩的基桩数；ηs2、ηp2、γs2、γp2分别为标准段桩体的桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数；M2为标准段桩体良好持力层的自然分层数；Δj为标准段桩体良好持力层的第j个自然分层的厚度；qs2j为标准段桩体良好持力层的第j个自然分层的侧阻力特征值；d2为变截面桩标准段桩体直径；q′p2为变截面桩标准段桩体下部良好持力层端阻力特征值；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积；3.3.3变截面CFG群桩的承载力为公式(14)：R＝R1+R2(14)其中，R为考虑群桩效应的变截面CFG桩的群桩承载力特征值；R1为考虑群桩效应的群桩扩径段承载力特征值；R2为考虑群桩效应的群桩标准段承载力特征值；3.4当L＜6d2时，加固区变截面CFG群桩基础承载力特征值计算；3.4.1扩径段桩体加固区群桩基础承载力特征值计算；3.4.2标准段桩体加固区群桩基础承载力特征值按公式(17)计算：其中，R2为考虑群桩效应的群桩标准段承载力特征值；np为群桩的基桩数；ηs2、ηp2、γs2、γp2分别为标准段桩体的桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数；M2为标准段桩体良好持力层的自然分层数；Δj为标准段桩体良好持力层的第j个自然分层的厚度；d2为变截面桩标准段桩体直径；k2为变截面CFG桩的标准段桩体桩端压缩作用产生的滑裂面剪切阻力重叠区系数；qs2j为标准段桩体良好持力层的第j个自然分层的侧阻力特征值；q′p2为变截面桩标准段桩体下部良好持力层端阻力特征值；Ap2为变截面桩标准段桩体截面积；3.4.3变截面CFG群桩的承载力按公式(18)计算：R＝R1+R2(18)其中，R为考虑群桩效应的变截面CFG桩的群桩承载力特征值；R1为考虑群桩效应的群桩扩径段承载力特征值；R2为考虑群桩效应的群桩标准段承载力特征值；3.5当L≥6d1时，加固区变截面CFG群桩基础承载力特征值计算：R＝np(Ra1+Ra2)＝np(Ra1+Ra2)(19)其中，R为考虑群桩效应的变截面CFG桩的群桩承载力特征值；np为群桩的基桩数；其他符号同步骤1.3(3)和2.3(6)；步骤4：变截面CFG桩复合地基的单桩承载力发挥系数计算；4.1软弱土层变截面CFG桩复合地基中基桩的承载力发挥系数：其中，λ1为软弱土层变截面CFG桩复合地基中基桩的承载力发挥系数；R按照公式(14)、公式(18)、公式(19)计算；4.2良好持力层变截面CFG桩复合地基中基桩的承载力发挥系数：其中，λ2为良好持力层变截面CFG桩复合地基中基桩标准段的承载力发挥系数；Ra2为良好持力层变截面桩的标准段单桩承载力特征值；R2为考虑群桩效应的群桩标准段承载力特征值；步骤5：变截面桩复合地基置换率计算；5.1计算软弱土层变截面桩复合地基置...

【专利技术属性】
技术研发人员：董天文，刘伟，何经纬，辛利伍，吕龙，温华兴，李博，魏可峰，
申请(专利权)人：中冶沈勘工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21