(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211116590.5 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 中铁二院工程 集团有限责任公司 地址 610031 四川省成 都市金牛区通锦路 三号 (72)发明人 姚裕春　谢毅　李安洪　付铭川　 周和祥　孙希望　代伟　肖朝乾　 程云　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 专利代理师 陈明龙 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) E02D 5/34(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种喀斯特地区CFG桩加固地 基的设计方法， 先得到顶部尖状岩石的直径范 围， 确定C FG桩直径， 计算有效接触面积下的抗压 强度， 计算得到桩端修正地基容许端阻力； 根据 单桩容许承载力计算得到CFG桩复合地基承载 力， 并得到沉降量， 将沉降量与设计沉降量进行 对比， 通过调整参数使结果满足需求， 得到CFG桩 施工最优布置方案。 通过合理计算， 最终满足设 计需求和施工需求， 使CFG桩施工的施工参数达 到结构合理、 成本最低的最优状态， 节约施工成 本。 本发明的方法充分考虑了喀斯特地区基岩面 的特性， 提出的设计方法与现实情况更加接近， 使得到的地基加固方案结果的可靠度大大提高， 该方法操作方便， 利于 推广应用。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115422642 A 2022.12.02 CN 115422642 A 1.一种喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 获取可溶蚀岩石地基顶部基岩面上岩石的发育状态， 得到顶部尖状岩石的直 径范围及不同直径占比， 确定 CFG桩直径； 步骤S2、 根据顶部尖状岩石的直径范围及不同直径占比、 CFG桩直径计算得到CFG桩与 顶部基岩面的有效接触面积， 并根据有效接触面积与抗压强度关系式得到CFG桩对应的抗 压强度； 步骤S3、 根据步骤S2得到的抗压强度计算CFG桩 桩端修正地基容许端阻力； 步骤S4、 计算CFG桩单桩容许承载力， 单桩容许承载力计算公式如下： θ ＝1‑h/H 式中[P]'为单桩 容许承载力， kN； U 为桩身截 面周长， m； qi为桩周第i层土的容许侧阻力， kPa； li为桩周第i层土的厚度， m； ln为桩周第n层土的厚度， m； qn为桩周第n层土的容许侧阻 力， kPa； A'p为CFG桩有 效接触面积， m2； q'p为桩端修正地基容许端阻力， kPa； θ为CFG桩底部 最下一层土考虑尖状基岩面的厚度修正系数； h为顶部尖状岩石平均高度， m； H为土质地基 总深度， m； 步骤S5、 根据单桩容许承载力计算CFG桩复合地基承载力； 复合地基承载力计算公式如 下： 式中σsp'为复合地基承载力， kPa； n为非中心的接触影响系数， ms为面积置换率， 面积置 换率与CFG桩布置方式相关； Ap为CFG桩桩身面积， m2； β 为桩间土承载力折减系数， β 取0.75 ‑ 0.95； σs为处理后桩间土容许承载力， kPa； 步骤S6、 计算CFG桩加固区的复合模量； 步骤S7、 根据复合模量计算CFG桩加固后土质地基的沉降量； 步骤S8、 根据施工土质地基要求得到设计沉降量， 将步骤S7中沉降量与设计沉降量对 比分析， 若分析结果满足需求， 得到CFG桩施工最优布置方案； 若不满足则返回步骤S5进行 CFG桩布置方式调整， 循环进行步骤S5 ‑S7直至分析结果满足设计技术需求和经济最小需 求。 2.根据权利要求1所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， 根据获 取顶部尖状岩石的直径范围， 对直径范围进行划分， 当顶部尖 状岩石直径dj分为5级时， 即dj 中j＝1,2,3,4,5时， 对应分级为d1<0.1m、 0.1m≤d2<0.2m、 0.2m≤d3<0.3m、 0.3m≤d4<0.4m、 0.4m≤d5， CFG桩直径设定为0.4 m； 当顶部尖状岩石直径dj分为6级时， 即dj中j＝1,2,3,4,5, 6时， 对应分级为d1<0.1m、 0.1m≤d2<0.2m、 0.2m≤d3<0.3m、 0.3m≤d4<0.4m、 0.4m≤d5<0.5m、 0.5m≤d6， CFG桩直径设定为0.5m。 3.根据权利要求1所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， 步骤S2 的详细步骤为： 步骤S201、 根据顶部尖状岩石的直径范围及不同直径占比、 CFG桩直径计算得到有效接权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115422642 A 2触面积， 有效接触面积计算公式如下： A'p＝α Ap 式中α 为面积接触影响系数； R为CFG桩直径， m， dj为顶部尖状岩石直径， m； ρj为顶部尖状 岩石直径为dj时所占的比例； 步骤S202、 通过三轴试验得到不同有效接触面积下的抗压强度， 数值模拟得到有效接 触面积与抗压强度之间的关系式， 根据有效接触面积与抗压强度关系式得到CFG桩的有效 接触面积对应的抗压强度。 4.根据权利要求3所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， 通过三 轴试验得到有效接触面积与抗压强度关系式包括以下步骤： 步骤S211、 计算CFG桩桩底h～yh范围内的土质地基的水平应力； 土质地基的水平应力 计算公式如下： 其中h为顶部尖状岩石高度， y为常数， δs为水平应力， kPa； k0为水平应力系数； δz为土质 地基的自重应力， kPa； γ为土质地基平均容重， k N/m3； 步骤S212、 采用土质地基的水平应力作为围压， 通过三轴试验得到在底部中心不同接 触面积情况下CFG桩试验块的抗压强度， 经 过拟合得到有效接触面积与抗压强度关系式。 5.根据权利 要求4所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， h～yh范 围为0.5‑2.0m。 6.根据权利要求1所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， 步骤S3 中， 桩端修 正地基容许端阻力计算公式如下： q'p＝ λ qp λ＝Pfi/Pf10 式中λ为桩端地基容许端阻力修正系数； qp为岩石地基容许桩端阻力， kPa； Pfi中i＝1, 2,3,…10分别为接触面积占比为10％,20％,30％, …,100％时的抗压强度， Pf10为面积占比 为100％时的抗压强度。 7.根据权利 要求1所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， 当CFG桩 采用梅花形布桩时， ms＝R2/(1.05D2)， 当CFG桩采用正方形布桩时， ms＝R2/(1.13D2)， 其中D 为CFG桩桩间距， m。 8.根据权利 要求1所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在于， η取0.6 ‑ 0.9。 9.根据权利要求1 ‑8任意一项所述的喀斯特地区CFG桩加固地基的设计方法， 其特征在 于， 步骤S6中， 复合模量计算公式如下： E'csi＝ξ Esi ξ ＝σ'sp/σ0 式中E'csi为第i层土复合模量， MPa； ξ为承载力与压缩模量提高系数； Esi为第i层天然土 压缩模量， MPa； σ0为天然地基土容许承载力， kPa。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115422642 A 3