巖溶地區端承型剛性樁復合地基設計研究

劉中軍，楊隨新，凌 躍

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣州 510060）

剛性樁復合地基作為地基處理的的一種方法，其豎向增強體包括預制樁、灌注樁和鋼管注漿樁等。根據現行國家標準GB/T 50783—2012《復合地基技術規范》[1]剛性樁復合地基應滿足復合地基本質和形成條件，即通過樁與土變形協調使樁與土共同承擔荷載，“不應”使用端承型剛性樁。

1 端承型剛性樁復合地基的可行性

端承型剛性樁復合地基是否能在工程實踐中運用，近年來一些專家和學者進行了很多探索和研究，提出了一些計算方法和理論依據，也介紹了一些工程實例，根據資料在山東、四川、廣東、馬爾代夫共和國等地區和國家已進行了工程實踐。楊隨新等[2]在某工程中采用了端承型剛性樁組成的剛柔性復合地基；劉清華[3]基于樁土變形協調探討了剛性樁復合地基承載力計算方法；孫卓恒等[4]研究了嵌巖剛性樁樁端鋪設一定厚度墊層的受荷情況。王世岐等[5]認為基巖埋深較淺區域嵌巖剛樁應采用土巖組合地基模型進行計算；李濤[6]研究了褥墊層對樁端落在強風化巖上的剛性樁發揮樁間土承載力的影響；張東剛等[7]探討了復合地基褥墊層的變形機理和端承型剛性樁與樁間土能否構成復合地基的問題，得出褥墊層可以有效調節樁土相對變形的結論。

廣東省《建筑地基處理技術規范》規定[8]剛性樁復合地基中的樁宜為摩擦型樁，在10.2.10條的條文說明中提到：“……目前不少工程采用端承為主的摩擦樁或端承樁，如巖溶地區一般要求剛性樁支撐于巖面上……”可以看出，廣東省標準沒有嚴格限制端承型剛性樁復合地基的使用。

2 工程設計實踐

“歐派智造創新項目”位于廣州市花都區雅瑤中路以北、鳳凰南路以西位置，建筑規劃總用地為55 926 m2，規劃總建筑面積為189 770 m2。場地巖溶強烈發育，地基基礎設計等級為甲級。其中B棟工業廠房采用獨立基礎，基礎尺寸長×寬×厚=5.5 m×5.5 m×1.5 m，基礎底標高-5.1 m，剛性樁復合地基，樁為直徑500 mm長螺旋鉆孔壓灌樁，樁身混凝土強度等級C20，摩擦端承型，正方形布置，樁距1.5 m，樁頂墊層為厚250 mm級配碎石。樁身承載力特征值要求大于等于750 kN，復合地基承載力要求大于等于450 kPa。典型地質情況及指標見表1。本工程參考廣東省標準進行設計及計算。

表1 地層及指標

2.1 根據廣東省《建筑地基處理技術規范》樁及樁間土分別計算

2.1.1 單樁承載力特征值

（1）根據廣東省《建筑地基處理技術規范》

式中：qsia為第i層樁側的摩阻力特征值，kPa；qpa為樁端持力層端阻力特征值，kPa；μ為樁身截面周長，m；li為第i層土的厚度，m；Ap為樁身截面面積，m2。

（2）根據廣東省《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》[9]：

式中：α1為考慮巖溶、潛在土洞的樁側土阻力折減系數，本工程取0.85；α2為考慮巖溶發育程度的樁端阻力折減系數，本工程取0.8。

（3）根據廣東省《建筑地基處理技術規范》水泥土類樁復合地基及剛性樁復合地基應根據修正后的復合地基承載力特征值進行樁身強度驗算，式中fck為樁身混凝土強度標準值。

樁身承載力特征值大于750 kN，滿足要求。

2.1.2 復合地基承載力特征值

根據廣東省《建筑地基處理技術規范》

式中：m為面積置換率，m=d2/de2；β為樁間土天然地基承載力折減系數，本工程取1.0；fsk為處理后樁間土地基承載力特征值，kPa，可取天然地基承載力特征值，本工程取150 kPa；d為樁直徑，m；de為樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑，m，正方形布樁de=1.13l，l為樁間距。

復合地基承載力大于等于450 kPa，滿足要求。

2.1.3 沉降計算

（1）根據廣東省《建筑地基處理技術規范》變形可按樁及樁間土分別計算。

①樁間土的變形計算

式中：p0為樁間土的基底附加壓應力，kPa，可取p0=（0.8~1.0）（1-m）fsk；SS為樁間土最終變形量，mm；S'S為按分層總和法計算出的樁間土最終變形量，mm；ψs為沉降計算經驗系數，本工程按表2取值；參數計算結果見表3。

表2 沉降計算經驗系數ψs取值

表3 參數計算結果

②樁的變形計算。

式中：Sp1為樁頂與基礎間墊層的壓縮變形，mm；Sp2為樁身與樁端土層的變形量；hco為墊層厚度，mm，本工程為250 mm；Eco為墊層變形模量，本工程取Eco=30 MPa；Pp0為樁頂壓應力為樁底持力層端阻力，MPa；D為樁徑，mm；l為樁長，mm；Eo為樁端持力土層的變形模量，MPa。

（2）根據廣東省《建筑地基處理技術規范》有經驗時剛性樁復合地基的承載力和沉降也可由樁土沉降協調確定。

①剛性樁復合地基承載力按下式計算

式中：fsk為由沉降協調確定的土分擔的承載力；式中：Rk為由沉降協調確定的樁分擔的承載力。

②樁和土的剛度計算：Kp=Ra/Sp，Ks=fa/Ss，Kp為樁的剛度；Ks為土的剛度；fa為基礎下天然地基修正承載力特征值

式中：ηsd取1.0；Sp為樁頂位置處基礎在樁承載力特征值Ra下的對應沉降；Ss為天然地基在基礎作用修正承載力特征值fa時的沉降，對于殘積土和砂土地基等非飽和土，采用變形模量代替壓縮模量計算，此時沉降修正經驗系數取1.0；參數計算結果見表4。

表4 參數計算結果

③驗算樁和地基承載力：Rk/Ra，fsk

④剛性樁復合地基沉降計算：

當Ra取931 kN時，Sp=931/22.4=42 mm，此時根據變形協調fsk為52.08 kPa，

滿足復合地基承載力大于等于450 kPa要求。

3 結束語

本文分析了使用端承型剛性樁復合地基的可行性，參考廣東省標準對某巖溶地區端承型剛性樁復合地基的承載力和沉降進行了計算，為同類型工程提供了參考。需要指出的是在沉降協調方法計算時，樁身承載力特征值取931 kN。