本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)濱海平原、河口三角洲、湖盆地及山澗谷地等有廣泛的軟弱土分布，因地基處理費(fèi)用在工程建設(shè)中所占比例非常大。剛性樁復(fù)合地基是目前應(yīng)用較為廣泛的軟土地基處理方法之一，通過置換作用、排水作用、擠密作用和墊層作用使得地基承載力提高，沉降變形減小，具有施工周期短、質(zhì)量易于控制、工程造價(jià)低等特點(diǎn)。采用變截面CFG樁的復(fù)合地基發(fā)揮了加固區(qū)內(nèi)樁體按深度變剛度分布作用，在軟土層中增加了樁體截面面積并埋入到良好持力層中，使得變截面CFG樁復(fù)合地基進(jìn)一步減小了地基沉降、提高了地基承載力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

對(duì)于等截面直型樁復(fù)合地基而言，已經(jīng)通過理論分析、試驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算等手段，研究了擠密效應(yīng)、置換效應(yīng)、排水效應(yīng)、加筋效應(yīng)、墊層效應(yīng)等剛性樁復(fù)合地基的加固機(jī)理和破壞形式，掌握了剛性樁復(fù)合地基承載規(guī)律、褥墊層-樁體-地基的作用效應(yīng)，從而找出反應(yīng)這規(guī)律的計(jì)算模式?！督ㄖ鼗幚砑夹g(shù)規(guī)范》規(guī)定的復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式是借助于靜載荷試驗(yàn)基礎(chǔ)上的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的取值對(duì)承載力特征值計(jì)算的影響很大。目前復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算有兩種主要方法：第一種是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，根據(jù)相應(yīng)的原則將這兩部分疊加，即得到復(fù)合地基承載力；第二種是把樁體和樁間土組成的復(fù)合體作為整體考慮，來確定復(fù)合地基的承載力，通常采用圓弧分析法計(jì)算。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合地基承載力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相差普遍較大，該設(shè)計(jì)往往比較保守。因此，合理確定復(fù)合地基承載力已成為復(fù)合地基設(shè)計(jì)的重要問題。目前復(fù)合地基設(shè)計(jì)中主要采用第一種方法。

而由于變截面CFG樁的幾何非線性和巖土材料的材料非線性性質(zhì)，樁土相互作用非線性特征明顯，同時(shí)受到上部擴(kuò)徑段樁體部分埋入下層良好持力層的影響，變截面樁復(fù)合地基的承載規(guī)律、褥墊層-樁體-地基的作用效應(yīng)已經(jīng)發(fā)生了變化，現(xiàn)有的方法已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此需要提出針對(duì)變截面CFG樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法，用來計(jì)算變截面CFG樁復(fù)合地基承載力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法，包括變截面CFG樁承載力特征值計(jì)算，變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體地基承載力特征值計(jì)算；變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算。

所述變截面樁承載力特征值計(jì)算由位于上部軟弱土層的擴(kuò)徑段樁體承載力和位于下部良好持力層的標(biāo)準(zhǔn)段樁體持力層計(jì)算組成，而后將擴(kuò)徑段樁體承載力與標(biāo)準(zhǔn)段樁體承載力相加構(gòu)成變截面樁的承載力。

所述變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體地基承載力特征值計(jì)算是由變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體軟弱土層地基承載力特征值計(jì)算和變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體良好持力層地基承載力特征值計(jì)算兩部分組成。

所述變截面CFG樁復(fù)合地基置換率計(jì)算是由軟弱土層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算和良好持力層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算兩部分構(gòu)成。

采用上述的變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法，其具體步驟如下：

步驟1：軟弱土層擴(kuò)徑段樁的承載力特征值計(jì)算

1.1變截面樁擴(kuò)徑段埋入良好土層中摩阻力的判定；

h₁'＜0.5m，擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層深度(h′₁)的擴(kuò)徑段樁存在擴(kuò)孔造成的土層松弛，該段摩阻力忽略不計(jì)。

1.2擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值計(jì)算

(1)h₁'≥0.5m，則擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值按照公式(1)計(jì)算。

R_a1i＝(q_s1h₁-q'_s1l₁+q_s2h₁')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(kuò)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(kuò)徑段樁體直徑；q_s1為軟弱土層中變截面CFG樁的樁側(cè)摩阻力特征值；h′₁為軟弱土層變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層深度；q′_s1為軟弱土層中變截面CFG樁的樁側(cè)負(fù)摩阻力特征值；q_s2為良好持力層中變截面CFG樁的樁側(cè)摩阻力特征值；l₁為樁間土固結(jié)變形產(chǎn)生的樁側(cè)負(fù)摩阻區(qū)高度；q_p2為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴(kuò)徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

(2)h₁'＜0.5m，則擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值按照公式(2)計(jì)算。

R_a1i＝q_s1h₁d₁π+q_p2(A_p1-A_p2) (2)

其中，符號(hào)同步驟1.2(1)。

1.3多層軟弱土層擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值按公式(3)計(jì)算；

其中，n為軟弱土層自然分層的分層數(shù)；R_a1為軟弱土層中變截面CFG樁的擴(kuò)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(kuò)徑段樁體承載力特征值。

步驟2：良好持力層標(biāo)準(zhǔn)段樁的承載力特征值計(jì)算

2.1擴(kuò)徑段樁下部壓密區(qū)高度按照公式(4)計(jì)算；

其中，h′₂為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)高度；d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；d₂為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體直徑；α為彈性土核斜邊與樁端平面夾角。

2.2標(biāo)準(zhǔn)段樁承載力特征值按照公式(5)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)高度；d₂為變截面CFG樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體直徑；q_s2為良好持力層中變截面CFG樁的樁側(cè)摩阻力特征值；q′_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體下部良好持力層端阻力特征值；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

2.3多層良好持力層標(biāo)準(zhǔn)段樁體的承載力特征值按公式(6)計(jì)算；

其中，m為良好持力層自然分層的分層數(shù)；R_a2為良好持力層變截面樁的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算

3.1變截面位置端阻力重疊區(qū)計(jì)算；

其中，L為樁間距；r_1i、r_1j分別為第i、j根變截面樁擴(kuò)徑段樁體端部滑裂區(qū)對(duì)數(shù)螺旋線初始半徑；θ₁為對(duì)數(shù)螺旋線旋轉(zhuǎn)角度；為擴(kuò)徑段樁端下壓縮區(qū)范圍內(nèi)良好持力層的土內(nèi)摩擦角；k₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；μ₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生滑裂區(qū)的端阻力重疊區(qū)角度。

3.2標(biāo)準(zhǔn)段樁端阻力重疊區(qū)計(jì)算；

其中，L為樁間距；r_2i、r_2j分別為第i、j根變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體端部滑裂區(qū)對(duì)數(shù)螺旋線初始半徑；θ₂為標(biāo)準(zhǔn)段樁端對(duì)數(shù)螺旋線旋轉(zhuǎn)角度；為標(biāo)準(zhǔn)段樁端下壓縮區(qū)范圍內(nèi)良好持力層的土內(nèi)摩擦角；k₂為變截面CFG樁的標(biāo)準(zhǔn)段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；μ₂為變截面CFG樁的標(biāo)準(zhǔn)段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生滑裂區(qū)的端阻力重疊區(qū)角度。

3.3 6d₂≤L＜6d₁時(shí)，加固區(qū)變截面CFG群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算

3.3.1擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算；

(1)h₁'＜0.5m時(shí)，擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(11)計(jì)算；

其中，R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；η_s1、η_p1、γ_s1、γ_p1分別為擴(kuò)徑段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；n₁為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的自然分層數(shù)；h_1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的厚度；q_s1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；k₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；q_p2為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴(kuò)徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

(2)h₁'≥0.5m時(shí)，擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(12)計(jì)算；

其中，R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；η_s1、η_p1、γ_s1、γ_p1分別為擴(kuò)徑段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；n₁為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的自然分層數(shù)；h_1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的厚度；q_s1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；n₂為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的土層分層數(shù)；l_1t為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的第t個(gè)土層的厚度；q′_s1t為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的第t個(gè)自然分層的負(fù)摩阻力特征值；M₁為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層的土層自然分層數(shù)；q_s2w為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層第w個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；h′_1w為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層第w個(gè)自然分層的厚度；d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；k₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；q_p2為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴(kuò)徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

3.3.2標(biāo)準(zhǔn)段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(13)計(jì)算；

其中，R₂為考慮群樁效應(yīng)的群樁標(biāo)準(zhǔn)段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；η_s2、η_p2、γ_s2、γ_p2分別為標(biāo)準(zhǔn)段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；M₂為標(biāo)準(zhǔn)段樁體良好持力層的自然分層數(shù)；Δ_j為標(biāo)準(zhǔn)段樁體良好持力層的第j個(gè)自然分層的厚度；q_s2j為標(biāo)準(zhǔn)段樁體良好持力層的第j個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；d₂為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體直徑；q′_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體下部良好持力層端阻力特征值；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；R₂為考慮群樁效應(yīng)的群樁標(biāo)準(zhǔn)段承載力特征值。

3.4當(dāng)L＜6d₂時(shí)，加固區(qū)變截面CFG群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算；

3.4.1擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算；

(1)h₁'＜0.5m時(shí)，擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(15)計(jì)算；

其中，R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；η_s1、η_p1、γ_s1、γ_p1分別為擴(kuò)徑段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；n₁為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的自然分層數(shù)；h_1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的厚度；q_s1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；k₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；q_p2為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴(kuò)徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

(2)h₁'≥0.5m時(shí)，擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(16)計(jì)算；

其中，R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；η_s1、η_p1、γ_s1、γ_p1分別為擴(kuò)徑段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；n₁為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的自然分層數(shù)；h_1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的厚度；q_s1i為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層的第i個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；n₂為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的土層分層數(shù)；l_1t為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的第t個(gè)土層的厚度；q′_s1t為擴(kuò)徑段樁體軟弱土層負(fù)摩阻力區(qū)范圍的第t個(gè)自然分層的負(fù)摩阻力特征值；M₁為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層的土層自然分層數(shù)；q_s2w為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層第w個(gè)自然分層的側(cè)阻力特征值；h′_1w為擴(kuò)徑段樁體埋入良好持力層第w個(gè)自然分層的厚度；d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；k₁為變截面CFG樁的擴(kuò)徑段樁體樁端壓縮作用產(chǎn)生的滑裂面剪切阻力重疊區(qū)系數(shù)；q_p2為變截面樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)范圍的良好持力層端阻力特征值；A_p1為變截面樁擴(kuò)徑段樁體截面面積；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體截面積。

3.4.2標(biāo)準(zhǔn)段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(17)計(jì)算；

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

3.4.3變截面CFG群樁的承載力按公式(18)計(jì)算。

R＝R₁+R₂ (18)

其中，R為考慮群樁效應(yīng)的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；R₁為考慮群樁效應(yīng)的群樁擴(kuò)徑段承載力特征值；R₂為考慮群樁效應(yīng)的群樁標(biāo)準(zhǔn)段承載力特征值。

3.5當(dāng)L≥6d₁時(shí)，加固區(qū)變截面CFG群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)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(yīng)的變截面CFG樁的群樁承載力特征值；n_p為群樁的基樁數(shù)；其他符號(hào)同1.3(3)和2.3(6)。

步驟4：變截面CFG樁復(fù)合地基的單樁承載力發(fā)揮系數(shù)計(jì)算

4.1軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)

其中，λ₁為軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)；R按照公式(14)、公式(18)、公式(19)計(jì)算。

4.2良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)

其中，λ₂為良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁標(biāo)準(zhǔn)段的承載力發(fā)揮系數(shù)；R_a2為良好持力層變截面樁的標(biāo)準(zhǔn)段單樁承載力特征值；R₂為考慮群樁效應(yīng)的群樁標(biāo)準(zhǔn)段承載力特征值。

步驟5：變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算

5.1計(jì)算軟弱土層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算

其中，d₁為變截面樁擴(kuò)徑段樁體直徑；d_e為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；等邊三角形布樁時(shí)，d_e＝1.05L；正方形布樁時(shí)，d_e＝1.13L；矩形布樁時(shí)，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(jì)算良好持力層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算

其中，d₂為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)段樁體直徑；d_e為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑。

步驟6：變截面CFG樁復(fù)合地基極限承載力特征值計(jì)算

6.1變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體軟弱土層地基承載力特征值計(jì)算

其中，f_spk1為軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基承載力特征值；λ₁為軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)；m₁為軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基置換率；R_a1為軟弱土層中變截面CFG樁的擴(kuò)徑段單樁承載力特征值，由步驟1.3(3)計(jì)算；R_a2為良好持力層變截面樁的標(biāo)準(zhǔn)段單樁承載力特征值，由步驟2.3(6)計(jì)算；A_p1為變截面樁擴(kuò)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(fā)揮系數(shù)；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(fù)合地基的增強(qiáng)體良好持力層地基承載力特征值計(jì)算

其中，f_spk2為良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基承載力特征值；λ₂為良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁標(biāo)準(zhǔn)段的承載力發(fā)揮系數(shù)；m₂為良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基置換率；R_a2為良好持力層變截面樁的標(biāo)準(zhǔn)段單樁承載力特征值，由步驟2.3(6)計(jì)算；A_p2為變截面樁標(biāo)準(zhǔn)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(fā)揮系數(shù)；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。

本發(fā)明一種變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法的有益效果：

1.解決了變截面CFG樁復(fù)合地基在地基設(shè)計(jì)中極限承載力計(jì)算問題；

2.通過在軟弱土層、良好持力層的CFG樁的樁體截面改變，使剛性樁加固體的截面剛度沿著地基深度改變，提出了軟弱土層變截面樁復(fù)合地基置換率和良好持力層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算方法；

3.通過極限平衡理論，研究了變截面CFG樁的群樁基礎(chǔ)樁端壓力在地基中產(chǎn)生滑裂破壞重疊區(qū)域，解決了極限荷載條件下變截面CFG群樁端阻力重疊問題；

4.解決了加固區(qū)中變截面CFG樁群樁基礎(chǔ)的承載力特征值計(jì)算問題。

附圖說明：

圖1為變截面CFG樁復(fù)合地基示意圖；

圖2為變截面CFG樁復(fù)合地基加固區(qū)的群樁阻力重疊區(qū)域計(jì)算簡(jiǎn)圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法流程圖；

圖4為一種實(shí)施例的變截面CFG樁復(fù)合地基的剖面圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明受國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：51178457)和中冶沈勘科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：KJYF2016-002)資助。

本發(fā)明實(shí)施例中，將變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法應(yīng)用于某工程的剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)。該工程擬采用變截面CFG樁復(fù)合地基，樁體采用一種長(zhǎng)螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工，混凝土強(qiáng)度為C20。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為8m，擴(kuò)徑段樁體刺入褥墊層50mm，擴(kuò)徑段樁體直徑為0.6m、樁長(zhǎng)2.55m，標(biāo)準(zhǔn)段樁體直徑0.4m、樁長(zhǎng)5.45m，加固區(qū)樁間距為3.0m。褥墊層設(shè)計(jì)厚度為300mm，采用無有機(jī)雜質(zhì)的顆粒級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石，含泥量應(yīng)小于5％，最大粒徑不大于30mm，壓實(shí)系數(shù)不小于0.92?？辈旖沂镜膱?chǎng)地地質(zhì)條件為：上層為黏土層，軟塑，厚度為2m，天然容重為19.5kN/m³，黏聚力為20kPa，內(nèi)摩擦角為10°；下層為礫砂層，密實(shí)，勘察25m深度未穿透，天然容重為20kN/m³，黏聚力為1kPa，內(nèi)摩擦角為30.4°。相關(guān)參數(shù)見表1。

表1材料參數(shù)表

本發(fā)明實(shí)施例中,變截面CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值計(jì)算方法，方法流程如圖3所示，包括以下步驟：

步驟1：軟弱土層擴(kuò)徑段樁的承載力特征值計(jì)算

1.1變截面樁擴(kuò)徑段埋入良好土層中摩阻力的判定；

設(shè)計(jì)擴(kuò)徑段樁體埋入下層砂礫層0.5m，該段擴(kuò)徑樁體的摩阻力需要計(jì)算。

1.2擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值計(jì)算；

因褥墊層厚度為0.3m，且變截面CFG樁復(fù)合地基施工后，樁體已完成對(duì)軟弱土層刺入，無樁側(cè)負(fù)摩阻區(qū)高度。按公式(1)計(jì)算擴(kuò)徑段樁體承載力特征值為376.68kN。

1.3多層軟弱土層擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值計(jì)算；

該工程軟弱地基為一層軟塑狀態(tài)黏土，按公式(3)計(jì)算擴(kuò)徑段樁體的承載力特征值為376.68kN。

步驟2：良好持力層標(biāo)準(zhǔn)段樁的承載力特征值計(jì)算

密實(shí)的礫砂層為良好持力層，標(biāo)準(zhǔn)段樁體位于該層中，標(biāo)準(zhǔn)段承載力特征值計(jì)算如下：

2.1擴(kuò)徑段樁下部壓密區(qū)高度計(jì)算；

彈性土核斜邊與樁端平面夾角α為60.2°，按照公式(4)計(jì)算變截面樁樁擴(kuò)徑段樁體的下部壓密區(qū)高度h′₂為0.056m。

2.2標(biāo)準(zhǔn)段樁承載力特征值計(jì)算；

下部標(biāo)準(zhǔn)段樁體長(zhǎng)度5.45m，按公式(5)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)段樁體承載力特征值為1195.35kN。

2.3多層良好持力層標(biāo)準(zhǔn)段樁體的承載力特征值計(jì)算；

該工程良好持力層為一層未鉆透的密實(shí)礫砂層，按公式(6)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)段樁體的承載力特征值為1195.35kN。

步驟3：變截面CFG群樁承載力特征值計(jì)算

3.1變截面位置端阻力重疊區(qū)計(jì)算；

通過公式(7)和公式(8)計(jì)算得到變截面CFG樁在變截面位置的端阻力重疊區(qū)系數(shù)k₁為0.24。

3.2標(biāo)準(zhǔn)段樁端阻力阻力重疊區(qū)計(jì)算；

通過公式(9)和公式(10)計(jì)算得到變截面CFG樁標(biāo)準(zhǔn)段的樁端地基的端阻力重疊區(qū)系數(shù)k₂為0。

3.3 6d₂≤L＜6d₁時(shí)，加固區(qū)變截面CFG群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算

加固區(qū)變截面CFG群樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)樁徑為3.0m，滿足6d₂＝2.4m＜3.0m＜6d₁＝3.6m。同時(shí)，因設(shè)計(jì)擴(kuò)徑段樁體埋入密實(shí)礫砂層為0.5m，加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算如下：

3.3.1擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值計(jì)算；

擴(kuò)徑段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)η_s1、η_p1、γ_s1、γ_p1分別為0.86、1.35、1.62、1.62。擴(kuò)徑段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(12)計(jì)算，等邊布置的四樁變截面CFG樁復(fù)合地基的群樁擴(kuò)徑段特征值為808.23kN。

3.3.2標(biāo)準(zhǔn)段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(13)計(jì)算；

標(biāo)準(zhǔn)段樁體的樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)η_s2、η_p2、γ_s2、γ_p2分別為0.89、1.36、1.62、1.62。標(biāo)準(zhǔn)段樁體加固區(qū)群樁基礎(chǔ)承載力特征值按公式(13)計(jì)算，等邊布置的四樁變截面CFG樁復(fù)合地基的群樁標(biāo)準(zhǔn)段特征值為747.85kN。

3.3.3變截面CFG群樁的承載力特征值按公式(14)計(jì)算，等邊布置的四樁變截面CFG樁群樁特征值為2991.41kN。

步驟4：變截面CFG樁復(fù)合地基的單樁承載力發(fā)揮系數(shù)計(jì)算

4.1軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)按公式(21)計(jì)算，λ₁＝0.53。

4.2良好持力層變截面CFG樁復(fù)合地基中基樁的承載力發(fā)揮系數(shù)按公式(22)計(jì)算，λ₂＝0.40。

步驟5：變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算

5.1計(jì)算軟弱土層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算，等邊布置的四樁變截面CFG樁d_e為3.39m，置換率m₁按照公式(22)計(jì)算，其值為0.025。

5.2計(jì)算良好持力層變截面樁復(fù)合地基置換率計(jì)算，等邊布置的四樁變截面CFG樁d_e為3.39m，置換率m₂按照公式(23)計(jì)算，其值為0.011。

步驟6：變截面CFG樁復(fù)合地基極限承載力特征值計(jì)算

6.1變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體軟弱土層地基承載力特征值計(jì)算

β₁為軟弱土層變截面CFG樁的樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)為0.95，軟弱土層處理后變截面CFG樁群的樁間土承載力特征值f_sk1為130kPa，軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基承載力特征值按照公式(24)計(jì)算，f_spk1為194.08kPa。

6.2變截面CFG樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體良好持力層地基承載力特征值計(jì)算

β₂為礫砂層變截面CFG樁的樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)為0.95，礫砂層處理后變截面CFG樁群的樁間土承載力特征值f_sk2為260kPa，軟弱土層變截面CFG樁復(fù)合地基承載力特征值按照公式(25)計(jì)算，f_spk2為286.14kPa。

最后應(yīng)該說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本權(quán)利要求范圍當(dāng)中。