CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)相關(guān)問題的探討

王開軍

CFG樁復(fù)合地基即樁與樁間土共同作用,復(fù)合地基承載力取決于單樁承載力和樁間土承載力,單樁承載力和樁間土承載力越高,復(fù)合地基承載力就越高。除提高承載力外,CFG樁復(fù)合地基還可起到減小地基變形的作用。CFG樁復(fù)合地基是介于天然地基與樁基之間的一種地基處理方式?，F(xiàn)從工程設(shè)計(jì)方面對CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行詳細(xì)的論述。

1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 面積置換率 m

其中,Ap為樁截面面積;Ae為一根樁分擔(dān)的處理地基面積。

獨(dú)立基礎(chǔ)面積較小,以上述方法計(jì)算面積置換率時(shí)會出現(xiàn)置換到基礎(chǔ)外側(cè)的情況,用樁量會加大。此時(shí)應(yīng)采用下列公式計(jì)算面積置換率:

即為獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi)所有樁截面面積之和除以基礎(chǔ)底面積,這樣可降低樁用量。

1.2 單樁承載力特征值(北京規(guī)范稱標(biāo)準(zhǔn)值)的計(jì)算

1)當(dāng)巖土工程勘察報(bào)告提供樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk時(shí),單樁豎向承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值):

2)當(dāng)巖土工程勘察報(bào)告提供樁的側(cè)阻力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值)qsi和端阻力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值)qp時(shí),單樁豎向承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值):

以上是按巖土條件計(jì)算的單樁豎向承載力,同時(shí)還要考慮樁身強(qiáng)度問題。規(guī)范規(guī)定樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足:

fcu與混凝土強(qiáng)度等級對應(yīng),如計(jì)算 fcu=18.6 MPa,則混凝土強(qiáng)度應(yīng)采用C20。

國標(biāo)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中對樁身強(qiáng)度有 Q≤ApfcΨc的要求,fcu/3大致與0.7fc相當(dāng),也就是說 fcu/3已考慮了工作條件系數(shù)(也稱施工工藝系數(shù))Ψc。

1.3 樁間土承載力折減系數(shù)β

樁間土承載力折減系數(shù)也可理解為樁間土承載力發(fā)揮度,當(dāng)復(fù)合地基受荷載作用時(shí),起始階段荷載向樁集中,樁土應(yīng)力比隨荷載的增加而增大。隨著荷載的增加,樁承受的荷載逐漸向土轉(zhuǎn)移,直至兩者均達(dá)到最佳受力狀態(tài)。

地基處理技術(shù)規(guī)范及北京地區(qū)地基基礎(chǔ)規(guī)范中β=0.75～0.95,天然地基承載力較高時(shí)宜取大值,較低時(shí)宜取小值。沒有固定的取值,在北京地區(qū)常采用0.8～0.9。

1.4 復(fù)合地基承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值)

復(fù)合地基承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值)按下式進(jìn)行計(jì)算:

其中,fsk,fsa分別為基底下樁間土地基承載力特征值、標(biāo)準(zhǔn)值,無經(jīng)驗(yàn)時(shí)按天然地基承載力取值。CFG樁施工時(shí),由于施工機(jī)具和工藝的差別會對樁間土造成一定影響,如采用沉管施工時(shí),由于擠土作用,樁間土承載力會有所提高(10%～20%)。北京地區(qū)均采用長螺旋鉆進(jìn)行CFG樁施工,屬非擠土成樁工藝,故fsa取天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fka即可。

復(fù)合地基承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)值)可在天然地基承載力基礎(chǔ)上提高1倍～2倍,即為天然地基承載力的2倍～3倍。如需提高的幅度小于50%時(shí),則采用CFG樁必要性不大,可考慮采用夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基。

1.5 地基變形計(jì)算

樁長范圍內(nèi)壓縮模量采用復(fù)合模量,復(fù)合土層壓縮模量為天然土層按實(shí)際壓力段壓縮模量的ξ倍。

其中,fak,fka分別為基底下土層天然地基承載力特征值、標(biāo)準(zhǔn)值。

目前北京地區(qū)采用CFG樁的沉降計(jì)算還沒有成熟的方法,都是參考行標(biāo)JGJ 79-2002地基處理技術(shù)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

2 問題討論

2.1 要求的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

1)高層建筑筏板基礎(chǔ)。

利用軟件或人工估算計(jì)算出對應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的基底平均壓力pk,計(jì)算時(shí)應(yīng)按荷載規(guī)范考慮活荷載折減。

復(fù)合地基不進(jìn)行基礎(chǔ)寬度修正,但可進(jìn)行基礎(chǔ)埋深修正,埋深修正系數(shù)為ηd=1.0,則修正后的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為:

則要求處理后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為:

其中,γ0為基底以上土的加權(quán)平均重度,地下水位以上可取18 kN/m3,地下水位以下可取11 kN/m3;d為基礎(chǔ)埋深,一般取從天然地面起算,除非在上部結(jié)構(gòu)完工前進(jìn)行的填方整平可取從填方地面起算。

在確定高層建筑筏形基礎(chǔ)埋深時(shí),應(yīng)考慮主樓外圍裙房或純地下室對主樓基礎(chǔ)側(cè)限的削弱影響,將裙房或純地下室的平均自重荷載折算為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深,包括純地下室頂板以上的覆土荷載。即 d′=pG/γ,γ應(yīng)取與無裙房時(shí)一致的土重度,即基底以上土的加權(quán)平均重度,地下水位以下的土取有效重度。

當(dāng)主樓四面的裙房形式不同,或有的面無裙房及純地下室時(shí),可取關(guān)于周長的加權(quán)平均埋深進(jìn)行修正。

2)多層建筑獨(dú)立基礎(chǔ)。

若無地下室基礎(chǔ)埋深較小(≤2 m)時(shí),因埋深修正的承載力較小,一般就不考慮修正了。當(dāng)埋深較大時(shí),仍要考慮埋深修正的復(fù)合地基承載力,以減小提出的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

若所提復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值低,則基礎(chǔ)底面積就大,反之基礎(chǔ)底面積就小,那么多少為宜。首先假設(shè)最大樁距(5d)布樁,如φ 400,樁距為2 m,樁端為較淺的持力層,計(jì)算復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,即為采用CFG樁復(fù)合地基的最小承載力標(biāo)準(zhǔn)值,所提復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不能小于此值。

2.2 要求的建筑物長期最大沉降量

沉降量數(shù)值不可提得過小,在CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí),地基變形限值大小對CFG樁的數(shù)量或長度影響很大。以某工程為例,原設(shè)計(jì)地基變形限值為40 mm,后經(jīng)優(yōu)化改為60 mm,前者比后者混凝土量增加了80%以上。因此在基礎(chǔ)圖中的地基變形限值在滿足要求的前提下盡量采用高值,以避免不必要的浪費(fèi)。

3 結(jié)語

復(fù)合地基一詞國外最早見于1960年,我國第一次復(fù)合地基學(xué)術(shù)會議于1990年在承德舉行。近年來復(fù)合地基理論研究和工程實(shí)踐日益得到重視,CFG樁復(fù)合地基因造價(jià)低、施工速度快而已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的地基處理,尤其在華北應(yīng)用較多,在我國已成為一種常用的地基處理方式。

[1] 龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 牛志榮,李 宏.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2000.

[3] 閆明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

[4] 吳志剛,劉景生.CFG樁地基處理及最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(1):124-125.