淺議合肥某工程CFG樁復合地基的設計

丁安平,丁雅晴

（1.安徽建筑大學建筑設計研究院，安徽 合肥230022；2.合肥工業大學建筑與藝術學院，安徽 合肥230009）

1 工程概況

1.1 基本概況

該工程總建筑面積為50500m2，地下1層，主樓地上26層，裙樓地上5層，主樓建筑總高度為97.2m，裙樓的建筑總高度為23.8m。主樓為框架剪力墻結構，裙樓為框架結構。主樓及裙房的基礎采用梁式筏板基礎，單層地下室部分采用平板筏板基礎。框架和剪力墻的抗震等級均為二級，地基基礎設計等級為甲級。基本風壓為0.4kN/m2,基本雪壓為0.6kN/m2。抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅱ類。

1.2 地質條件

擬建場地屬于穩定性場地，場地內各地層分布均勻，場地內無新的構造斷離、滑坡體、巖溶等不穩定自然地質作用，屬于抗震有利地段。地下水為①1層耕土中較少量的上層滯水。擬建場地地層順序自上而下依次為：①1素填土、②1粘土、②2粘土、③1粉質粘土。該場地內各層巖土的地基承載力特征值fak、壓縮模量Es 及基床系數K 如表1所示。

1.3 CFG樁復合地基的平面布置

圖1 CFG樁復合地基平面布置

地基土層分布及其參數 表1

該工程主樓基礎下設計CFG樁復合地基。采用直徑400mm的水泥粉煤灰碎石樁，混合料強度等級為C25,有效樁長為10m，樁端持力層落在②2層粘土上，采用正方形布樁，樁間距為1.5m，設計單樁豎向承載力特征值Ra=650kN，要求處理后的復合地基承載力特征值fak=490kN。工程樁總數為833根。成樁的施工工藝為長螺旋鉆孔灌注成樁。CFG樁復合地基平面布置如圖1。

2 CFG樁復合地基承載力特征值計算

根據有關資料說明[1]，振沖碎石樁、砂石樁等樁屬于散體材料樁復合地基，水泥攪拌樁屬于一般粘結強度復合地基，水泥粉煤灰碎石樁屬于高粘結強度復合地基。對于有粘結強度增強體復合地基，單樁豎向承載力特征值和復合地基承載力特征值分別按下列公式計算[2]。

2.1 單樁豎向承載力特征值計算

式中：up為樁周長；Ap為樁端部面積；αp為樁端端阻力發揮系數，取值1.0；qsi為樁周第i層土側阻力特征值，根據勘察報告取值45kPa；qpa為樁端端阻力特征值，根據勘察報告取值700kPa；Ra為單樁豎向承載力特征值（kN）。

Ra=1.0×0.2×0.2×3.14×700×0.4×3.14×45×10=653.12kN(滿足要求)。

2.2 面積置換率計算

式中：d 為樁身平均直徑（m）；de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑（m）。

2.3 CFG樁復合地基承載力特征值計算

式中：fspk為復合地基承載力特征值（kPa）；λ 為單樁承載力發揮系數，按經驗取值0.8；β 為樁間土承載力發揮系數，按經驗取值1.0；Ap為樁的截面積（m2）；m 為面積置換率(0.0557)；fsk為處理后樁間土承載力特征值，取值300（kPa）。

fspk=0.8×0.0557×650/（0.2×0.2×3.14）+1.0×（1-0.557）×300=513.9kN(滿足要求)

3 CFG樁復合地基承載力的檢測

根據現行設計規范[2-5]，本工程進行了基樁低應變法檢測、單樁復合地基靜載荷試驗和單樁豎向抗壓靜載荷試驗及沉降觀測。

3.1 CFG復合地基靜載荷試驗

采用1.5m×1.5m方形鋼制承壓板，壓板下鋪中砂找平層，試驗結果見表2。

復合地基靜載荷試驗匯總表 表2

3.2 CFG樁復合地基單樁靜載荷試驗

試驗方法采用壓重平臺反力法進行。試驗結果見表3。

CFG樁單樁靜載荷試驗匯總表 表3

4 CFG樁的設計和施工注意事項

4.1 基礎必須具備足夠的剛度

CFG樁復合地基的基礎必須具備足夠的剛度，否則豎向荷載就不會很好的向CFG樁傳遞[6]。所謂足夠剛度指的是，對于筏板基礎的大筏板，筏板的厚跨比一般要不小于1/6，對于梁板式筏板基礎，梁的高跨比一般也要不小于1/6，且板的厚跨比也不小于1/6。否則，基地壓力不滿足線性分布的假定，實際上很不利于復合地基的有效工作。

4.2 褥墊層的厚度要合適

樁頂和基礎之間褥墊層的設置，可使樁間土承載力充分發揮，保證樁、土共同承擔建筑的全部豎向荷載，褥墊層具有均勻地擴散地基反力的功能，它是水泥粉煤灰碎石樁形成復合地基的重要條件[2]。通過改變褥墊層的厚度，可以調整樁、土承擔水平荷載和豎向荷載的比例。通常褥墊層越薄樁承擔的豎向荷載高，褥墊層越厚，土分擔的水平荷載就越大，對抗震設防區，不宜采用過薄的褥墊層設計。褥墊層厚度宜為樁徑的40%～60%，褥墊層材料一般采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。

4.3 設計參數選擇

復合地基承載力設計時設計參數的可靠性對設計的安全度有很大影響[2]。單樁豎向承載力特征值計算和復合地基承載力特征值計算涉及到三個參數。樁端端阻力發揮系數αp，與增強體的荷載傳遞性質、增強體長度以及增強體相對剛度密切相關。本次計算按規范建議取值1.0。單樁承載力發揮系數λ 和樁間土承載力發揮系數β，按地區經驗取值，無經驗時λ 可取0.8～0.9，β 可取0.9～1.0。本次計算中λ 取0.8，β 取1.0。從檢測報告的結果來看，單樁豎向承載力和復合地基承載力均能滿足設計要求，從報告提供的載荷試驗p-s 曲線和s-lgt 曲線來看，承載力還有潛力。合肥地區按上述計算參數考慮，能夠滿足工程建設的需要。

4.4 成樁的施工工藝

振動沉管灌注樁屬擠土沉樁工藝，但難以穿透厚的硬土層，在飽和黏性土中成樁，會造成地面隆起，擠斷已打好的樁，且噪聲和振動污染嚴重，在城中居民區施工受到限制。長螺旋鉆孔灌注成樁，屬于非擠土（或部分擠土）成樁工藝，該工藝具有穿透力強、無振動、低噪聲、無泥漿污染等特點，在城市居民區施工，對周圍居民和環境的影響較小[2]。本工程采用長螺旋鉆孔，管內泵壓混合料灌注成孔比較合理。

4.5 樁頭處理及其它相關技術要求

CFG樁要求樁頂超澆0.5m,樁棄土和保護土層清至設計標高后，用大錘沿水平方向兩兩相對同時擊打鋼釬，將樁頭截斷。樁頂標高若低于設計標高，先將樁頂修平鑿毛，用比樁身材料強度高一個等級的素混凝土接至樁頂設計標高。CFG樁要選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為持力層，不宜將未經處理的液化土層作為持力層[7-8]。對長螺旋鉆孔灌注成樁工藝，樁徑宜取350mm～600mm，樁距宜取3～5倍的樁徑，適當的樁距不僅可以加大樁間土的分擔比，而且還能更好地發揮樁身固有的極限承載力[9]。復合地基樁身強度驗算、復合地基的變形驗算和沉降觀測也要符合《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)的有關規定。

CFG樁復合地基具有工期短、造價低、處理靈活等優點，經處理后的復合地基不改變建筑場地類別[10]。適用于處理粘性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基，目前在全國各地高層地基處理中已得到廣泛應用。

[1]李國勝.簡明高層鋼筋混凝土結構設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[2]JGJ 79-2012,建筑地基處理技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[3]JGJ106-2003,建筑基樁檢測技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[4]GB 50007-2011,建筑地基基礎設計技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[5]JGJ 94-2008,建筑樁基技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[6]劉錚.建筑結構設計誤區與實例[M].北京:中國電力出版社,2009.

[7]JGJ3-2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[8]GB 50011-2010,建筑抗震設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[9]高立人，方鄂華，錢稼茹.高層建筑結構概念設計[M].北京:中國計劃出版社,2005.

[10]合肥市城鄉建設委員會編.合肥市建筑工程施工圖審查常見問題釋疑[M].合肥:合肥工業大學出版社,2011.