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CFG桩复合地基承载力可靠度分析

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第23卷第6期 岩 土 力 学 Vol.23 No.6 2002年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2002

收稿日期：2001-11-08 作者简介：张小敏，女，　１９６５年生，讲师，硕士研究生，主要从事岩土工程可靠性理论的研究。

文章编号：1000－7598－(2002) 06－0810－03 CFG桩复合地基承载力可靠度分析　

张小敏１，２，　郑俊杰１　

（　１．华中科技大学　土木工程与力学学院，湖北 武汉 ４３００７４；　２．武汉化工学院土木工程系，　湖北 武汉 ４３００７４　） 摘 要：利用可靠度理论对从国内收集到的25组CFG桩复合地基承载力试验数据进行了概率统计处理。借助无量纲计算模式，计算不同载荷组合下CFG桩复合地基承载力的可靠度指标，并分析了各随机变量对可靠度指标的影响程度。为评价常　用经验公式ksp,f的可靠性提供一定的参考。　

关 键 词：CFG桩；复合地基；无量纲计算模式；承载力；可靠度 中图分类号：TU 473 文献标识码：A　

　Analysis of reliability for bearing capacity of

composite foundations of CFG piles

ZHANG Xiao-min1,2， ZHENG Jun-jie1 ( 1. College of Civil Eng.& Mechanics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China 2. Department of civil Engineering, Wuhan Institute of Chemical Industry, Wuhan 430074, China) Abstract: The 25 test data of the composite foundations of CFG piles collected from all over the country are processed statistically according to reliability theory. The reliability indexes of the composite foundations of CFG piles is calculated by the non-dimensional calculation mode and the influence extent of each stochastic variable on the reliability index is also analyzed. For evaluating the reliability of the conventional empirical formulakspf,, some references may be provided.

Key words: CFG pile; composite foundation; non-dimensional calculation mode; bearing capacity ; reliability 1 前 言

随着地基处理技术的不断提高和发展，CFG桩

复合地基的应用越来越广。CFG桩桩体材料是由碎

石、粉煤灰、石屑、水泥和水按一定的配合比搅拌

而成，其桩体刚度介于碎石桩和混凝土灌注桩之间。

CFG桩的桩体与桩间土、褥垫层和承台板一起形成

CFG桩复合地基。近年来，CFG桩复合地基的设计

理论及沉降理论也有了较大的发展，然而对复合地

基可靠度的研究却开展的很少。事实上，复合地基

的不确定性因素比天然地基和桩基更多，而积累的

资料相对较少，这就不可避免地在设计中出现保守

的倾向。由于桩间土性的差异、施工工艺的差异及

工程性质的不同等因素的影响，地基极限承载力经

验公式中的系数ω，φ的取值有较大的变化，使极

限承载力计算结果亦有较大的变异。因此，用可靠

度理论研究CFG桩复合地基承载力具有重要的工

程意义。 2 极限状态方程的建立　

在对CFG桩进行可靠度分析时，首先应确定极

限状态方程及其基本变量。一般结构极限状态方程

可写为

0),,(QGfQGf=−−=SSRSSRg （1）

式中 Rf为复合地基极限承载力，取实测值；SG 表

示恒载效应；SQ表示活载效应。

按照定值设计法，当总安全系数为K时，承载

力实用表达式为 )(QKGKKSSKR+= （2）

式中 R K、S GK、S QK分别为结构抗力、恒载和活载

效应标准值。

复合地基极限状态设计计算式为

GKQKGKUK)1()(SKSSKRρ+=+= （3）

式中 ñ为活载效应与恒载效应标准值之比，安全第6期 张小敏等：CFG桩复合地基承载力可靠度分析

系数K取2。UKR为极限承载力计算值，按文献[1]

在实际工程中KUKRR=,UKR可由下式给出 kPPksp,)1(fmARmf−+=ωφ （4）

式中 ksp,f为CFG桩复合地基承载力标准值(kPa)；

m为面积置换率；kf为天然地基承载力标准值(kPa)；

Rp为单桩承载力标准值(kPa)；ω为桩间土强度提高

系数，取0.6～1.2；φ为桩间土强度发挥度，一般

工程取 0.9～0.95。

由式（1）和式（3）可得

0)1()1(1

QKQ

GKGUKf=+−+−SS

KSSKRRρρρ （5）

令UKfRRR=λ，GKGGSS=λ，QKQQSS=λ，

而Rλ是实测值与计算值之比，为无量纲随机变量，

于是上式化为

0)1()1(1QGR=+−+−λρρλρλKK （6）

这样就把刚性桩复合地基极限状态式（1）转化为由无量纲随机变量组成的分析模式。

３　随机变量的概率统计分析　

3.1 参数Rλ的统计分析

CGF桩复合地基承载力的统计分析见表1。

表1 CFG桩复合地基承载力统计 Table 1 Bearing capacity statistics of the composite foundations of CFG Piles

序号 工程名称 桩长 / m UKR / kPa fR / kPa Rλ 1 某工程 9.5 254.4 257.0 1.010 2 南京车辆厂 15.5 222.97 260.0 1.116 3 蓟县电厂 6.0 273.0 260.0 0.952 4 某住宅工程 5.0 210.0 378.4 1.802 5 北京某工程 8.0 268.3 360.0 0.977 6 北京某工程 8.0 296.0 390.0 0.985 7 法院综合楼 15.6 218.0 363.0 1.665 8 某住宅区 2.6～3.5 310.0 410.0 1.323 9 某建材厂 11.5 267.7 350.0 1.307 10 某水塔基地 9.4 467.0 480.0 1.028 11 安徽某工程 9.5 257.0 267.0 1.039 12 某商住楼 8.0 179.0 210.0 1.173 13 某商住楼 8.0 176.0 260.0 1.477 14 某工程1 9.5 208.0 198.7 0.955 15 某工程1 9.5 188.6 192.5 1.021 16 某小区B座 19.5 597.0 550.0 0.921 17 某小区A座 18.0 607.0 550.0 0.906 18 某小区E座 19.8 585.0 550.0 0.940 19 某小区F座 16.2 635.0 580.0 0.913 20 某工程 15.0 190.0 235.7 1.241 21 某工程 15.5 174.0 176.3 1.013 22 阳市某宿舍 7.5～9.5 214.2 227.0 1.060 23 某高层公寓 8.5 362.6 325.0 0.896 24 某工程 15.5 256.7 320.0 1.250 25 某工程 6.0 228.5 255.0 0.896 样本数 25 最大值 1.802 最小值 0.896 平均值 1.1041 极差 0.906 将得到的统计值按数值大小从小到大依此顺序

排列得到经验分布，划分区间数目M根据样本容量

N用斯特斯公式来估计[2]

M = 1 + 3.3 lg N （7）

由上式将本次样本划分为5个区间，Rλ如表

2～5。

表2 ëR频数分布 Table 2 Distribution of frequency number of ëR Rλ 分布范围 0.896～ 0.921 0.940～ 0.985 1.010～ 1.039 1.060～ 1.250 1.207～ 1.802

Rλ频数 5 5 5 5 5

根据频数直方图大致判断为对数正态分布或正

态分布，假设置信度为0.90，0.95，0.99，用A2方

法和K-S方法对 Rλ分布进行假设检验。

表3 显著水平α=0.01时ëR概率分布类型的检验 Table 3 The examination of probability distribution type of ëR when α=0.01 2A检验 K-S检验 假设分布 统计量 临界值 结论 统计量 临界值 结论 正态分布 1.535 7 0.974 拒绝 0.196 9 0.2 不拒绝 对数正态分布 1.101 0 0.974 拒绝 0.156 3 0.2 不拒绝

　表4 显著水平α=0.05时ëR概率分布类型的检验　Table 4 The examination of probability distribution type of ëR when α=0.05 2A检验 K-S检验 假设分布 统计量 临界值 结论 统计量 临界值 结论 正态分布 1.535 7 0.702 拒绝 0.196 9 0.173 拒绝 对数正态分布 1.101 0 0.702 拒绝 0.156 3 0.173 不拒绝

　表5 显著水平α=0.10时ëR概率分布类型的检验 Table 5 The examination of probability distribution type of ëR when α=0.10 2A检验 K-S检验 假设分布 统计量 临界值 结论 统计量 临界值 结论 正态分布 1.535 7 0.585 1 拒绝 0.196 9 0.158 拒绝 对数正态分布 1.101 0 0.585 1 拒绝 0.156 3 0.158 不拒绝

由表中结果可知：K-S检验在3种显著水平下

均不拒绝对数正态分布，根据经验，对于综合抗力

变量，其概率模型可以假定为对数正态分布[3],因此

在计算可靠度时，Rλ按对数正态分布考虑。

3.2 荷载随机变量的概率分布

《建筑结构设计统一标准》通过调查得出：恒载

的变异系数为0.07，服从正态分布；活载服从极值

型Ⅰ分布，对于住宅变异系数为0.232 6，对于办公811

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CFG桩复合地基承载力特性数值模拟分析1

CFG桩复合地基承载力特性数值模拟分析1

CFG桩复合地基承载力特性数值模拟分析1

摘要：采用 ANSYS 对CFG桩进行数值模拟分析，计算结果表明：随着桩径的增加，复合地基沉降呈减小的趋势，在一定范围之内增加桩径可有效提高复合地基承载能力。增加桩间距则桩体应力也增加，桩周土体应力也随之增大，导致复合地基的承载力性能变差。

关键词：CFG桩，复合地基，承载力，数值模拟

1、引言

近年来，我国经济快速增长及新型城镇化建设飞速发展，带动了基础建设的大规模发展。CFG桩复合地基已广泛应用于多层、高层、超高层以及工业厂房等工程的地基处理中，并取得了非常好的工程成效和经济效益。建筑规模越来越大、工程结构越来越复杂、建筑物使用功能越来越多样化等，在建设过程中遇到大量软弱地基需要处理，当前地基处理问题已成为备受关注的工程问题之一，因此，安全、经济合理的地基处理技术正成为越来越多的工程技术人员研究的课题[1-2]。CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简写，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成的高粘结强度桩，与桩间土、褥垫层一起形成复合地基，但其相关的理论及设计方法还有待进一步完善，因此开展CFG复合地基相关理论及工作性状研究工作无疑具有重要的工程应用价值。

2、有限元分析

2.1有限元分析模型

复合地基由CFG桩、桩间土以及垫层组成，采用ANSYS有限元软件分析，假定材料是均质的各向同性的，垫层和土为理想弹塑性体，桩为弹性体。水泥粉煤灰碎石桩采用梅花形群桩，竖向荷载下单桩CFG桩复合地基模型属于轴对称的空间问题，为了减少工作量、加快计算速率，可考虑计算模型的对称[3]。

2.2不同桩径对复合地基承载力和沉降的影响分析

图1 复合地基中心点沉降变形图 图2 不同桩间距下的CFG桩应力

复合地基设计时要重点考虑CFG桩的桩径，桩径选择除了要考虑地基承载力要求之外，还需考虑施工条件的要求以及造价等因素的影响，选择合理的桩径[4]。算例设计如下：桩径分别取0.40m、0.50m、0.55m、0.60m，以基本模型为计算依据进行数值模拟分析。从图1可以看出：随着桩径的增加，复合地基沉降呈减小的趋势，在一定范围之内增加桩径可有效提高复合地基承载能力。在荷载作用下，复合地基的沉降区域涉及整个地基范围，沉降变形变化趋势为由中心区域向四周减小，而且沉降变化率逐渐增大，沉降降低的幅度由内向外逐渐增大。

碎石桩与CFG桩二元复合地基处理的问题探析

碎石桩与CFG桩二元复合地基处理的问题探析

碎石桩与CFG桩二元复合地基处理的问题探析

碎石桩和CFG桩都是常用的地基处理方法，被广泛应用于建筑工程中。碎石桩是利用机械设备将破碎的石块排入地下，形成一种垂直排列的地基支撑，以增加地基的承载能力和稳定性。CFG桩是一种特殊的混凝土灌注桩，通过在孔洞内注入高流动性水泥浆体，形成一种垂直排列的灌注桩，以增加地基的承载能力和稳定性。本文将对碎石桩与CFG桩这两种地基处理方法进行比较，并探讨它们的适用情况和问题。

碎石桩和CFG桩在施工方法上有所不同。碎石桩一般通过振动器或钻机将破碎的石块排入地下，而CFG桩则是通过打孔和高压注浆的方法形成。在施工上，碎石桩更为简单，工期短，适用于较小规模、较浅的地基处理，而CFG桩适用于较大规模、较深的地基处理，但施工周期相对较长。

碎石桩和CFG桩的承载力和稳定性也有所不同。碎石桩的承载力主要依赖于石块与土体之间的摩擦力和土体的轴向抗力，稳定性主要取决于石块排列的密实程度。而CFG桩则是通过水泥浆体的硬化形成稳定的桩体，承载力主要依赖于桩体的侧摩擦力和基底反力，稳定性较好。

碎石桩的成本较低，适用于经济条件较差的地区，而CFG桩的成本较高，适用于对地基要求较高的工程。碎石桩在软土地基和砂土地基中的效果较好，而CFG桩适用于各种类型的地基处理。

碎石桩和CFG桩都存在一些问题需要注意。碎石桩由于排石过程中的震动会对周边建筑物造成影响，需要进行严密的监控和控制。而CFG桩在施工过程中需要进行孔内压力和水泥浆体配比的控制，以及灌注过程中水泥浆体的流失和混凝土的收缩等问题都需要重视。

碎石桩和CFG桩都是常用的地基处理方法，各具特点。选择合适的地基处理方法需要考虑工程的规模、地质条件、经济性等因素。合理的选择和施工工艺，可提高地基的承载能力和稳定性，确保工程的安全可靠。

CFG桩复合地基承载力影响因素分析

CFG桩复合地基承载力影响因素分析

CFG桩复合地基承载力影响因素分析

【摘 要】CFG桩复合地基处理技术在提高地基承载力及降低工程造价等方面有很好的经济效益和社会效益，因此，在处理不良地基时得到了广泛的应用。复合地基承载力及桩身质量是CFG桩复合地基施工检测和验收时的两项重要内容，也是评价其施工质量优劣的重要指标，但目前尚未有一种准确、简单、快捷的方法对施工质量进行评判，由于影响因素多，要准确预测出实际的质量情况比较困难。

【关键词】CFG桩；地基承载力；复合地基；整体性；摩阻力；置换率；空间刚度

0 引言

CFG桩复合地基在处理高低层建筑、不均匀地基差异沉降、湿陷性黄土和灵敏土等方面，取得了可喜的成绩。但是，在推广过程中也出现了一些问题。与浅基础、桩基相比较，CFG桩复合地基理论还不成熟，落后于实际，其承载力和沉降计算理论正在发展之中。

1 桩侧摩阻力和桩端阻力特性

1.1 桩侧摩阻力特性

桩侧摩阻力的产生是由于桩和桩侧土在荷载作用下存在相对位移趋势或产生相对位移，若桩与桩间土之间不存在相对位移或相对位移趋势，则桩侧摩阻力为零。理论上，理想的刚性桩在垂直荷载的作用下，桩顶和桩低的位移相等，桩周各处的摩擦力能得到充分发挥。若地基土质均匀，则桩侧摩阻力沿桩深度方向分布是均匀的，并且随荷载的增大呈线性增大。

但对于半刚性桩的CFG桩而言，在荷载作用下桩体自身会发生一定压缩量，此时桩顶位移大于桩低位移，桩与桩间土之间相对位移自上而下是逐步减少的。假设地基土质均匀，则桩侧摩阻力自上而下也是逐步减少的。然而，由于褥垫层的存在，在上部荷载作用下，桩体在一定程度下会刺入褥垫层，此时桩周土体发生沉降且沉降量超过桩的沉降时，桩周土体对桩产生向下的摩阻力作用，即产生负摩擦力，桩顶的摩擦力受到削弱，从而使得在沿桩长，摩擦阻力从桩顶到桩底呈先逐渐增大，然后逐渐减少的趋势。

1.2 桩端阻力特性

桩端持力层的特性会直接影响到桩端阻力的大小，对于理想的刚性桩而言，桩顶和桩端位移相等，如果桩端落在高强度的砾、砂类岩层上时，桩端阻力能够得到很好的发挥，复合地基承载力也得到了很大的提高。对于柔性桩，在上部荷载的作用下，桩体的压缩量可能等于桩顶的位移，这样桩端不管落在何种地层中，

CFG桩复合地基的静载检测方法可靠性探讨

CFG桩复合地基的静载检测方法可靠性探讨

CFG桩复合地基的静载检测方法可靠性探讨

摘要：CFG桩复合地基是利用碎石土、砂土、粉煤灰作为桩端土体，配以一定比例的水泥掺入料，按一定的比例拌和形成的一种人工地基处理方法。由于CFG桩复合地基在施工中易形成挤土效应，故对其施工质量检测尤为重要。本文介绍了CFG桩复合地基的静载检测方法，并对其可靠性进行了探讨，旨在提高建筑工程的质量安全，同时也为业内人士对于这方面的研究提供有价值的参考意见。

关键词：CFG桩；复合地基；检测方法；可靠性

引言

随着城市建设的发展，高层建筑、多层建筑及大型商业设施等建筑物越来越多。在这些建筑物中，大多数采用CFG桩复合地基处理方式，这种处理方式因其施工方便、工期短、造价低等优点而被广泛采用。在众多的CFG桩复合地基处理方式中，有一种是桩间土为褥垫层（由碎石、砂、粉煤灰等组成），将CFG桩与承台用刚性桩连接起来形成的复合地基。这种桩间土为褥垫层的复合地基在荷载作用下会发生一定的沉降变形。当沉降变形达到一定程度时，就会引起承台周围的土层发生较大幅度的塑性流动，进而引起土体产生较大范围内的沉降。这种沉降将影响建筑物的使用功能和结构安全，因此对其进行检测是非常有必要。

1.CFG桩复合地基发展背景

CFG桩复合地基是近年来发展起来的一种新的地基处理方法，它利用碎石土、砂土和粉煤灰等天然地基材料，按一定比例拌制而成。通过桩端（或桩间土）将其与承台（或桩）相连接，并用刚性桩进行复合地基处理。由于CFG桩具有较强的挤土效应，因此施工过程中必须控制好桩距、桩长、成孔质量、加载速率及养护时间等因素，否则会影响复合地基的质量。CFG桩复合地基施工质量检测方法很多，主要有：静载试验法（包括载荷试验）、高应变动测法（包括低应变法、动力触探试验）、低应变反射波法（包括应力波反射法）、高应变法以及动力触探试验等。这些检测方法各有其优缺点，在实际工程中应根据具体情况进行选用。其中，静载试验是目前检测CFG桩复合地基的最主要方法。其优点是：可以随时掌握桩体的应力和应变情况，保证桩体强度；检测方便快捷，能直观反映复合地基承载力和变形特性；可直观地看出复合地基的变形和沉降情况；检测费用低，可大大减少工程开支。但静载试验也存在一些缺点：在静载试验过程中，需要将桩体在规定荷载下压入土体并使其产生应力集中现象，若不及时对桩体进行调整或补救措施不合理，则会影响检测结果的准确性。另外，在试验过程中还应考虑桩体的强度等因素。因此，对静载试验的可靠性进行分析显得尤为重要。