高層建筑素混凝土樁復合地基的設計分析

代發能

（貴州省城鄉規劃設計研究院 貴州貴陽 550081）

素混凝土樁復合地基比起其他地基處理方案，優勢明顯，設計人員在對其進行方案設計時，需要根據工程實際情況，使相關的設計參數符合要求。本文主要針對高層素混凝土樁復合地基的設計進行分析。

1 素混凝土樁復合地基

在高層建筑施工中，使用素混凝土樁復合地基，先要利用混凝土原材料制成粘性樁，采用長螺旋鉆孔管內泵壓漿體的方式在土層內澆注，并在樁頂采用級配碎石褥墊層[1]，樁體與土層結合形成復合地基，會共同對負荷進行承擔。將這種復合地基應用在軟土層形成的地基處理上，樁體不僅可以承擔上部荷載，而且樁體使軟土地基中的軟土都得以置換出去，并且該處土體結構在樁體施工中越來越緊密，最后土體結構會形成一個整體，密實性也會越來越強，更重要的是復合地基起到了褥墊層作用，褥墊層是軟土地基中樁土共同分擔荷載的保證，如此基礎底面應力也會得到分散，地基穩定性加強，地基承擔力度一致，就不會出現不均勻沉降現象，另外樁、土對荷載的分擔量也可以通過改變褥墊層厚度來調整控制。所以在復合地基施工中，應著重注意褥墊層的施工，對施工材料進行合理選擇，保證褥墊層施工厚度均勻。褥墊層在素混凝土樁地基中的作用也是如此，在對其方案進行設計時，也要保證相關技術的實施效果。

素混凝土樁復合地基要比夯實水泥土樁復合地基承載的力要大，比高壓噴射注漿復合地基要環保，施工也簡單許多。高層建筑樓層高，這意味著地基要承受很大的荷載，所以復合地基承載力一定要高，在采用素混凝土樁復合地基方案時，設計人員還要對這種復合地基的以下幾個方面進行詳細設計。

主要包括四個方面，這些參數是樁的基礎參數：①樁徑。其數值大小主要和制樁設備有關，與長螺旋鉆孔管的直徑一般大小，管的直徑為0.4m，所以樁徑也要與該數值保持一致[2]。②樁長。樁長分為保護樁長和有效樁長，這兩種參數是針對樁端持力層而言。樁端的位置要符合規定，相關人員要將其與承載力高，壓縮性小的土層連接在一起。在該復合地基中，一般選擇粉土層為樁端持力層，這種選擇和現場地質剖面圖等要求指標是相符合的。③樁體強度，這是直接關系到樁體有效性的參數值，要做好設計和計算。④褥墊層參數，指材料選擇和厚度設計，該數值設計計算會直接關系到復合地基對荷載的承擔效果。

2 地基處理方案的選擇

結合高層建筑的地質條件、埋深情況等，地下室底板之下的主要持力層是：厚度是7.0m的2號粉質粘土層、厚度是5.0～12.0m的3號稍密狀態粉土層與厚度20.0m的4號粉質粘土層。若按照天然地質設計筏板基礎來看，選擇3號粉土層視為下臥層承載力驗算無法滿足具體要求，僅僅考慮沉管灌注樁或按預制管樁設計，結合周邊工程錘擊樁的試樁情況，要求樁身進入到4號粉砂土層深度為3.0m位置，單樁承載性能偏低，樁體數量不斷增加，會產生明顯的擠土效應。施工完成后所施打的樁體來將所施打樁體向上抬并擠斷。開展錘擊樁施工時，會對旁邊的安裝房子構成極大的威脅，因此，此種地基是不合適的。結合地質實況，若選擇采用筏板基礎，只是3號土層是無法滿足承載力要求的，此時，需作加固處理，全面考慮在3號土層內使用素混凝土灌注樁，將其視為增強體，進而形成了素混凝土樁與3號土層全面承擔荷載的復合性地基，以增強3號土層地基承載性能。

3 高層建筑素混凝土樁復合地基設計

城市化進程的不斷推進，城市的高層建筑工程數量不斷增加，對高層建筑工程質量提出了更高的要求。當前，為保證高層建筑工程結構質量，做好素混凝土樁復合地基設計變得極其關鍵，其直接影響著高層建筑工程結構的穩定性與安全性。

3.1 素混凝土樁的相關參數設計

（1）樁徑d：樁徑直接影響著成樁設備，可選擇長螺旋鉆孔管內泵混凝土成樁，要求樁徑要控制到400.0mm。

（2）樁長L：素混凝土樁要求相關的樁端要坐落于壓縮性小、承載力高的土層之上。結合場地地質剖面圖與土的物理學指標，要求素混凝土樁最好選擇第10層中砂作為樁端的持力層，要求樁長控制到12.5m，而保護樁的長度控制到0.5m，要求有效樁的長度控制在12.0m。

（3）樁體強度。

（4）褥墊層材料與厚度。

3.2 素混凝土樁設計計算

在計算中涉及到的計算公式都要符合相關技術規范，如《長螺旋泵壓混凝土復合地基技術規范》等。在這些公式中，有針對單樁方面的，如對其豎向承載力特征值Ra進行計算的公式，也有針對復合地基承載力特征值fpk進行計算的公式。分別如下所示：

公式中的U代表樁周長，n為土層數，q為土層的極限側阻力，qn和qp分別代表計算值和標準值，l為土層厚度，γ為調整系數，有固定值。

j在公式中代表面積置換率，Ap為樁的截面積，β為樁間土承載力折減系數，fak是地基承載力特征值。

將相關數值代入公式中，對承載力特征值進行計算，根據復合地基承載力特征值計算公式，對復合地基面積置換率進行換算，然后將其帶入樁間等校圓面積計算公式A=Ap/j中，求出j值，將其作為素混凝土樁在地基中布設的參考依據[3]。

3.3 樁體強度設計計算

在樁體強度設計中要按照公式fz≥3Ra/Ap相關公式，對fz進行計算，fz代表的是抗壓強度平均值。根據此計算值，可以對樁體混凝土型號進行選擇，對其強度進行控制。

3.4 褥墊層材料選擇及厚度設計

在對褥墊層進行設計時，應先對整樁土荷載分擔比例進行調整，對基礎底面應力進行集中。在材料選擇方面，應用級配砂石，設計人員還要對其配合比進行設計，砂石的粒徑也要控制在一定范圍。褥墊層厚度要與工程實際要求相符合。

3.5 素混凝土樁復合地基變形計算

素混凝土樁復合地基只是起到提高承載力的作用，并不能阻止地基沉降或變形，只是在一定程度上降低變形速度或減輕沉降變形后果。所以還要對其進行變形計算，主要包括兩方面：一方面是對復合土層的壓縮模量進行計算，這種復合模量法會對地基變形量進行計算。在計算中，需要將復合地基施工之前的天然地基作為參考對象，計算出其壓縮模量，然后根據天然地基和復合土層分層模量關系，計算復合地基的壓縮模量，該壓縮模量用E表示[4]。相關公式如下：

復合土層分層壓縮模量為天然地基壓縮模量的λ倍。

另一方面還要對地基中心點的沉降量進行計算，地基中心點變形深度計算出后，還要和設計要求進行對比，只有小于設計值，素混凝土樁復合地基設計才算合理。

4 結語

混凝素土樁復合地基對高層建筑地基處理來說，應用效果明顯、性價比高，但要保證地基起到顯著效果，還要對地基方案進行合理設計，樁基大小、強度、布置、褥墊層設計等使復合地基承載能力，建筑沉降變形滿足建筑要求，安全可靠。因此，從長遠角度來看，為打造更為穩定、牢固的高層建筑結構質量，應重視對混凝素土樁復合地基的設計，只有打好地基，才可充分凸顯高層建筑的應用價值。

[1]張青松.素混凝土樁復合地基在高層建筑中的應用[J].中國高新技術企業，2015（18）：147～149.

[2]邸海燕，馬潤勇.某高層建筑素混凝土樁復合地基的設計[J].土工基礎，2016，23（02）：32～34+72.

[3]周林生，宋國棟，嚴益民.高層住宅素混凝土樁復合地基設計[J].建筑技術，2017，40（01）：53～55.

[4]萬罡.素混凝土樁復合地基在鄭州某超高層建筑中的應用[J].西部探礦工程，2015（S1）：50～51.