某高層住宅復合地基設計

楊羅春

某高層住宅復合地基設計

楊羅春

(博亞(福建)建筑設計有限公司 福建泉州 362000)

因承載力、工程造價、施工周期等原因不適合采用天然淺基礎或深基礎時，可采用復合地基進行地基處理。素混凝土樁復合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，由樁、土共同承擔荷載，可有效地降低工程造價、縮短施工周期。結合工程實例對復合地基設計的過程進行分析計算，地基處理后天然土層的承載能力大幅度提高，并減少了建筑物的基礎沉降，能滿足規范及設計要求。通過工程實踐檢驗，素混凝土樁復合地基是一種安全、經濟、有效的地基處理方法。

復合地基；設計；素混凝土樁；承載力

0 引言

復合地基是置換或增強部分土體后，形成的由地基土和增強體共同承擔荷載的人工地基[1]。增強體按材料性質分為散體材料增強體和有粘結強度增強體。素混凝土樁復合地基采用有粘結強度的素混凝土樁作為增強體，形成素混凝土樁和土層共同受力的復合地基，具有施工方法簡便易行、使用地層廣泛、周期短、造價低等優點，已經在高層建筑中得到大量的應用，應用效果較好[2]。

1 工程概況

該工程位于泉州市鯉城區新區，包括7棟高層住宅樓，4棟多層建筑，總建筑面積為79 095.21m2，本文以其中3#樓的復合地基設計為例進行說明。3#樓地上為15層，地下為1層，采用剪力墻結構，結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為乙級，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第三組，設計基本地震加速度為0.15g，建筑場地類別為Ⅱ類，基本風壓為0.70kN/m2，地面粗糙度為B類。建筑的±0.000標高為黃海高程6.200，地下室建筑標高為黃海高程1.700。

2 地質概況

根據地質勘察報告描述，在勘探深度內，擬建場地地層共分為9層，場地地層自上而下依次為：①雜填土，松散狀，厚度為0.50m～3.30m；②淤泥，流塑狀，qsk=15kPa，厚度0.10m～4.70m，fak=40kPa；③粉質粘土，可塑，qsk=25kPa，厚度3.50m～9.70m，fak=140kPa；④礫卵石, 稍密～密實狀，qsk=70kPa，qpk=2 300kPa，厚度8.20m～11.90m，fak=320kPa；⑤殘積砂質粘性土,可塑偏硬～硬塑狀，qsk=50kPa，厚度0.90m～3.40m，fak=260kPa；⑥全風化花崗巖,屬極軟巖，巖體極破碎，qsk=75kPa，厚度0.80m～8.10m，fak=320kPa；⑦強風化花崗巖,屬極軟巖～軟巖，巖體極破碎～破碎，qsk=90kPa，厚度2.10m～23.10m，fak=500kPa；⑧中風化花崗巖,屬較軟巖，完整性為破碎～較破碎，qsk=200kPa，厚度0.20m～3.50m，qpk=10 000kPa；⑨微風化花崗巖,屬較硬巖～堅硬巖，巖體完整性為較完整～完整，未揭穿，qpk=30 000kPa。3#樓2b-2b′地質剖面情況如圖1所示。

圖1 3#樓地質剖面圖

3 地基基礎設計方案選定

根據上部結構計算結果，3#樓標準組合下基礎底面的平均壓力值為270kPa。

3#樓基底標高為0.100m，根據地質勘察報告，地下室底板以下土層主要為③粉質粘土，其承載力特征值僅為fak=140kPa，小于270kPa，不能滿足承載力要求。如挖除③粉質粘土，以④礫卵石層作為持力層，則土方開挖量太大，基坑深度也將超過10m，故不考慮按天然地基設計筏板基礎。

土層④礫卵石層的頂標高平均約為黃海高程-4.000m，如按PHC預制管樁深基礎設計，樁身進入礫卵石層比較困難，樁長將小于6m，不能滿足深基礎設計要求，故在該工程中不適合采用PHC預制管樁基礎方案。

采用沖(鉆)孔灌注樁基礎形式，以⑧中風化花崗巖或⑨微風化花崗巖作為樁基的持力層, 成樁效果較好。但是⑧中風化花崗巖、⑨微風化花崗巖埋深均超過35m，局部可達到47m，若采用沖(鉆)孔灌注樁基礎，樁長太長，工程造價高，施工周期長。

通過上述分析可以得出天然地基、PHC預制管樁基礎形式不適用于該工程的基礎設計，而采用沖(鉆)孔灌注樁基礎會造成工程造價高，施工周期長。根據地質勘察報告，如采用筏板基礎，僅③粉質粘土不能滿足承載力要求，可采用素混凝土灌注樁作為增強體，形成素混凝土樁和③粉質粘土共同受力的復合地基，從而③粉質粘土提高土層承載力。復合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，利用樁、土共同協調工作的特點，可有效地降低工程造價。

4 素混凝土樁復合地基設計

4.1 素混凝土樁設計

根據地質勘察報告，選取具有代表性的ZK7的地層結構為例進行計算，場地土層物理力學參數如表1所示。

表1 土層參數表

4.1.1 樁端持力層、樁長、樁徑選擇及計算參數確定

根據地質勘察報告描述及地質剖面圖，選擇④礫卵石作為素混凝土樁的持力層，樁端進入持力層不小于2.5m，樁長為6.5m。長螺旋鉆中心壓灌成樁樁徑宜為350mm～600mm，樁間距宜為3～5倍樁徑，考慮采用樁徑為500mm。單樁承載力發揮系數λ取0.9，樁間土承載力發揮系數β取0.8，樁端端阻力發揮系數αP取1.0。

4.1.2 單樁承載力特征值的確定

4.1.3 樁身混凝土強度的確定

選擇樁體混凝土強度等級為C20。

4.1.4 復合地基置換率的確定

m=0.0826

4.1.5 樁位布置及樁數

s=1.656m，取s=1.6m，則m=0.0886。

3#樓素混凝土樁樁位布置圖如圖2所示，總樁數為568根。

圖2 3#樓素混凝土樁樁位布置圖

4.2 褥墊層設計

素混凝土樁樁頂和基礎之間應設置褥墊層。素混凝土樁復合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，由樁、土共同承擔荷載，保證樁、土共同協調工作,是素混凝土樁形成復合地基的重要條件。褥墊層是素混凝土樁復合地基設計的一個核心，褥墊層在復合地基中具有如下作用：①減少基礎底面的應力集中；②調整樁、土垂直荷載及水平荷載的分擔。

該工程褥墊層采用300mm厚級配砂石，如圖3所示。

圖3 素混凝土樁樁身剖面示意圖

4.3 沉降計算

素混凝土樁復合地基變形計算應符合國家標準《建筑地基基礎設計規范》[3]GB50007-2011的有關規定。規范提出的地基沉降計算方法是一種簡化的分層總和法，其引入了平均附加應力系數的概念，并在總結大量實踐經驗的前提下，規定了地基沉降計算深度的標準及地基沉降計算經驗系數。

4.3.1 復合土層壓縮模量計算

復合土層③粉質粘土壓縮模量為ζ=281/140=2，Esp=2×6=12MPa。

4.3.2 變形計算深度確定

當無相鄰荷載影響，基礎寬度在1m～30m范圍內時，基礎中點的地基變形計算深度也可按簡化公式zn=b(2.5-0.4lnb)進行計算。zn=24.2×(2.5-0.4ln24.2)=29.66m。在計算深度范圍內存在強風化花崗巖，zn取至強風化花崗巖表面，zn=20.7m，Δz=1m。

4.3.3 基底附加壓力計算

計算地基變形時，傳至基礎底面上的作用效應采用正常使用極限狀態下的準永久組合，不計入風荷載和地震作用。根據上部結構計算結果，3#樓準永久組合下基礎底面的平均壓力值為255kPa，基底附加壓力po=p-γd=200kPa。

1.2.2 生物信息學分析 使用 starBase V2.0 工具篩選與多能因子 sox2、oct4、nanog 相關的lncRNA，使用 lncRNAdb 工具預測 lncRNA-8439與 nanog 的相互作用位點。

4.3.4 沉降計算

計算地基變形時，地基內的應力分布采用各向同性均質線性變形理論，即壓縮模量Es不隨深度變化,最終變形量按下式進行計算：

表2為 3#樓左側主樓中心處按分層總和法計算地基變形量s′。3#樓基礎形狀不規則，平均附加應力系數依據疊加原理采用角點法計算，由于計算過程較為繁冗，表中略過平均附加應力系數計算過程，如表2所示。

表2 沉降計算表

地基變形計算深度zn校核，3.2÷208.4=0.015≤0.025，表明zn取值符合規范要求。

po=200kPa≤281×0.75=210kPa，查表可得ψs=0.4，地基最終變形量s=0.4×208.4=83.4mm。

4.3.5 高層建筑整體傾斜計算

根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011高層建筑整體傾斜允許值的要求，該工程整體傾斜應小于0.003。該工程基礎設計采用PKPM系列JCCAD軟件進行計算，按照地質勘察報告輸入地質模型后進行基礎沉降計算，結果如圖4所示，沉降量計算值為82mm～88mm，X向、Y向整體傾斜均小于0.0001，滿足規范要求。

圖4 JCCAD基礎沉降計算結果

5 素混凝土樁復合地基質量檢測

樁身完整性采用低應變動力檢測，檢查數量不少于總樁數的10%，該工程低應變動力檢測數量為57根。

根據施工后靜載荷試驗檢測結果，6個單樁靜載荷試驗最終沉降值為11.26mm～13.56mm，3個單樁復合地基靜載荷試驗最終沉降值為16.54mm～18.87mm。代表性靜載荷試驗曲線如圖5～圖6所示。

圖5 A121#樁單樁載荷試驗成果曲線

圖6 A304#樁單樁復合地基載荷試驗成果曲線

6 結語

該工程地基采用素混凝土樁復合地基進行處理后，地基承載力大幅度提高，達到承載力要求，沉降量計算值較小。采用素混凝土樁復合地基充分利用了樁間土的承載力，使設計更加經濟合理。素混凝土樁施工快捷方便、工程造價低，該工程地基處理造價比采用沖(鉆)孔灌注樁基礎節省約30%，取得良好的經濟效益。

[1] JGJ79 -2012 建筑地基處理技術規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2012．

[2] 閆明禮，張東剛．CFG樁復合地基技術及工程實踐[M]．北京：中國水利水電出版社，2006．

[3] GB50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2011．

Composite foundation design of a high-rise residential building

YANGLuochun

(Boya (Fujian) Architectural Design Co. Ltd,Fuzhou 362000)

When it is not suitable for the use of natural shallow foundation or deep foundation because of the bearing capacity, project cost, construction cycle and other reasons, composite foundation can be used for foundation treatment. The composite foundation with plain concrete piles can fully excavate the bearing capacity of the foundation soil which work together with the plain concrete piles to bear the loads, this can effectively reduce the construction cost and shorten the construction period. By the analysis of composite foundation design combined with engineering example, the bearing capacity of the natural soil is greatly improved and the foundation settlement of the building is reduced after the foundation treatment. The bearing capacity and the foundation settlement of the building can meet the requirements of national standards and foundation design. Based on the engineering practice, composite foundation with plain concrete piles is a safe, economical and effective method for foundation treatment.

Composite foundation; Design；Plain concrete pile；Bearing capacity

楊羅春(1983.5- )，男，工程師

E-mail:17213405@qq.com

2017-02-20

TU473

A

1004-6135(2017)04-0052-04