OptumG2

CFG桩复合地基承载力模拟计算

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即Cement Flying-ash Gravel Pile），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。由于CFG桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不需要配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。

复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。

本文采用岩土分析软件OptumG2对CFG桩复合地基进行了模拟，探讨了CFG桩复合地基的承载力特性，模拟分析采用的是有限元极限分析法。

图1 CFG桩复合地基单桩模型

图2 CFG桩复合地基群桩模型

如图1、图2所示的分别为建立的CFG桩复合地基单桩模型和群桩模型，土体采用软件自带的Mohr-Coulomb模型「可塑黏土-MC」，CFG桩采用线弹性模型进行模拟，褥垫层和筏板均采用重度为0的刚性体模拟，具体材料参数见表1。CFG桩桩径0.5m，桩间距为1.5m，桩长10m，褥垫层厚度0.3m，筏板的厚度为1m，筏板的平面尺寸为1.5m×1.5m。

表1 CFG桩复合地基模型材料参数

在模型的左右两侧和底部设置标准边界条件，考虑到CFG桩和土体的粘结耦合比较好，因此在桩土界面不需要单独设置接触面。对于模型进行分析时，采用软件自带的网格自适应功能，网格单元数量为4000，自适应迭代次数为3；同时，在褥垫层的左右两个端点处设置扇形网格，网格大小设置为0.1，网格划分情况如图3所示。

图3 网格划分图

采用有限元极限分析法对CFG桩复合地基单桩模型和群桩模型进行分析计算，分别计算相应工况的上限解和下限解，承载力的计算结果见表2。

表2 CFG桩复合地基的承载力结果

通过将OptumG2的计算结果与规范的计算结果进行对比可以发现，OptumG2当中CFG桩复合地基群桩模型计算得到的结果为1026.75kPa，这是极限值，通常规范规定承载力的极限值大概是特征值的两倍，而规范计算得到的是特征值，为521.11kPa，这样的话规范中群桩计算结果的两倍和OptumG2中的结果基本接近。

如图4、图5所示，显示了CFG桩复合地基单桩模型和群桩模型的网格划分情况和破坏模式，可以明显看出，不管是单桩模型还是群桩模型，桩体和周边的土体粘结的非常好，均形成了一个整体，这与复合地基的概念是吻合的。从破坏模式看出，当土体发生破坏时，群桩就像一个整体的深基础，形成了非常典型的地基破坏面，复合地基是作为一个整体发生破坏的，而不是发生桩周的局部破坏。