剛性樁復(fù)合地基在高層建筑中的應(yīng)用

李小茜

摘要：通過結(jié)合太原嘉實太高層塔樓應(yīng)用剛性樁復(fù)合地基的工程實例，闡述了剛性樁復(fù)合地基工作的基本原理，以及采用鉆孔灌注樁作為剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：剛性樁復(fù)合地基；鉆孔灌注樁；褥墊層；沉降

一、剛性樁復(fù)合地基的工作機(jī)理和褥墊層的作用

剛性樁復(fù)合地基是以摩擦型剛性樁作為豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基。剛性樁復(fù)合地基中的樁體一般可采用鋼筋混凝土樁、素混凝土樁、素混凝土樁、預(yù)應(yīng)力管樁、大直徑薄壁筒樁、CFG樁、鋼管樁等。由于剛性樁復(fù)合地基可充分的利用樁土的共同作用，相比于普通的樁基工程其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，且施工方便快捷，在工程建設(shè)中應(yīng)用較多，尤其在北方地區(qū)，應(yīng)用較為廣泛。

剛性樁復(fù)合地基的工作機(jī)理，是通過樁土之間的變形協(xié)調(diào)來達(dá)到樁土共同承擔(dān)荷載的目的。因此，我們通常在樁頂鋪設(shè)10-30cm褥墊層，樁頂向上刺入褥墊層，來完成樁土之間的變形協(xié)調(diào)。

褥墊層是保證樁土共同作用的重要措施，其材料可采用中砂、粗砂、碎石、級配砂石等。褥墊層的作用主要有以下幾點：

（1）、保證樁、土共同承擔(dān)荷載，它是形成剛性樁復(fù)合地基的重要條件；

（2）調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，通過改變?nèi)靿|層的厚度調(diào)整樁豎向荷載的分擔(dān)比例，通常褥墊層越厚樁承擔(dān)的荷載 占總豎向荷載的百分比越低，反之亦然；

（3）、減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中；

（4）、調(diào)整樁土水平荷載的分擔(dān)，褥墊層越厚，樁承擔(dān)的水平荷載占總水平荷載的百分比越小，反之亦然。

二、工程實例

1、工程概況

太原嘉實·太中心項目包括為5棟23～30層住宅樓、2棟20層辦公樓、2層商業(yè)、5層商業(yè)、6層商業(yè)及3層地下車庫?？偨ㄖ娣e約22萬m2，地上建筑面積約12萬m2，地下建筑面積約10萬m2，建筑基底面積約9100 m2。高層住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)，及辦公樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，最大柱荷載為28000KN，高層部分基底壓力約為400-600KPa。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。場地所處地貌單元為汾河?xùn)|岸Ⅰ級階地，擬建場地地形較平坦，勘探深度范圍內(nèi)場地地基土沉積時代及成因類型自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)新近人工堆積層（Q42ml），以第①層雜填土層底為界；第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl），以第⑦層中砂層底為界；第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl），本次勘察未揭穿。巖性以雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂土為主。場地各土層天然地基土承載力特征值見表一，樁側(cè)阻及樁端阻見表二。

表一天然地基土承載力特征值一覽表

表二樁側(cè)阻力及樁端阻力極限值表

2、基礎(chǔ)方案比較分析

方案一、擬采用天然地基上的筏板基礎(chǔ)。高層住宅及辦公樓基礎(chǔ)埋深為18米，各高層建筑將以第⑤層細(xì)中砂、第⑥層粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層，經(jīng)深寬修正后第⑤、⑥層天然地基承載力特征值fa依次為287kPa、243kPa，不滿足其基底壓力400～600kPa的設(shè)計要求，因此高層住宅及辦公樓天然地基強(qiáng)度不滿足要求。

方案二、擬采用剛性樁復(fù)合地基。

擬采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁或后注漿鉆孔灌注樁作為本工程復(fù)合地基的剛性基樁，現(xiàn)對兩種樁型在造價、施工過程、成樁質(zhì)量、檢測等幾方面進(jìn)行對比分析，選取性價比相對較高的樁型作為本工程的實施樁型。以本工程辦公樓A棟為例進(jìn)行分析，場地已開挖大約5米，距離基坑底仍有將近15米。對采用預(yù)應(yīng)力管樁和后注漿鉆孔灌注樁進(jìn)行造價比較 ，見表三。

通過造價對比，在沒考慮預(yù)應(yīng)力管樁送樁及鉆孔灌注樁空樁的情況下比較接近、相差不大。

如果二者都在現(xiàn)有地面施工，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁存在樁長不足需要接樁或者過長造成浪費、鉆孔灌注樁垂直度較差等，就造價而言（后注漿）鉆孔灌注樁造價更??；如果在土方開挖到基坑底后再施工剛性基樁，靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或（后注漿）鉆孔灌注樁均可作為本工程復(fù)合地基的剛性基樁。經(jīng)過綜合分析比較，本工程采用（后注漿）鉆孔灌注樁作為復(fù)合地基的剛性基樁。

3、剛性樁復(fù)合地基承載力計算

剛性樁復(fù)合地基承載力由樁豎向抗壓承載力和樁間土地基承載力兩部分組成。本工程剛性樁采用樁底后注漿鉆孔灌注樁，樁直徑為800， 樁長暫定10m， 樁底約進(jìn)入《太原市嘉實太中心巖土工程勘探報告》中第7層（中砂層）約3.0米。要求單樁豎向承載力特征值為2800kN，基底置于《太原市嘉實太中心巖土工程勘探報告》中第6層（粉質(zhì)粘土層）， 天然地基承載力特征值為220 KPa。

a） 剛性樁樁承載力計算，樁豎向極限承載力特征值按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）計算，后注漿灌注樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計算按公式：Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk =（5.3.10）確定。

以《太原市嘉實太中心巖土工程勘探報告》的16-16剖面ZK63孔和14-14剖面ZK54孔為例計算得出單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=6216KN、6237KN。單樁豎向承載力特征值按公式Ra=Quk/K（5.2.2）確定。單樁豎向承載力特征值：Ra= Quk/K=6216/2=3108KN， 取Ra =2800KN。樁身混凝土強(qiáng)度計算 Q ≤ Ap * fc * ψc=502655*14.3*0.7/1000=5042.6KN >2800x1.35=3780KN。剛性樁承載力滿足要求。 b） 剛性樁復(fù)合地基承載力特征值計算， fspk = mRa/Ap+β（1-m）fsk

m---面積置換率；m=0.051；

Ra---單樁豎向承載力特征值；Ra=2800kN；

Ap---樁截面面積；Ap=0.5m2；

β---樁間土天然地基承載力折減系數(shù)；β=0.8；

fsk---樁間土天然地基承載力特征值；

由上式：fspk=453KPa。

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007-2011）式（5.2.2-1）

pk=（Fk+Gk）/A=833700/2155=386.9KPa

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007-2011）式（5.2.2-2、3）驗算風(fēng)荷載作用下的地基承載力。

pkmax=（Fk+Gk）/A+Mk/W=833700/2155+303664/19586=402.4KPa<1.2fspk=544KPa

pkmin=（Fk+Gk）/A-Mk/W=371.4KPa>0

滿足要求。

4、剛性樁復(fù)合地基沉降計算

復(fù)合地基沉降計算按規(guī)范分層總和法進(jìn)行估算，經(jīng)計算地基最終變形量S=20.6mm；同時將土、樁按彈簧模型在ETABS中進(jìn)行整體有限元分析，分別用面彈簧、線彈簧來模擬土和樁的壓縮剛度，計算結(jié)果最終變形量約為18mm。分層綜合法估算地基變形量與有限元計算變形量接近，可判斷計算結(jié)果合理。

三、結(jié)語

剛性樁復(fù)合地基在工程應(yīng)用中能有效降低造價，且施工方便快捷，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文從實際工程中基礎(chǔ)方案的對比分析以及剛性樁復(fù)合地基承載力計算、沉降計算出發(fā)，探討了剛性樁復(fù)合地基在高層中的應(yīng)用，希望在以后的工程中遇到類似的設(shè)計能起到一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 5007-2011）中國建筑工業(yè)出版社，.2011

[2]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）

[3]龔曉南編.？復(fù)合地基理論與實踐學(xué)術(shù)討論會論文集.？杭州：浙江大學(xué)出版社，1996：43～46.