呂恒柱， 侯善民， 徐從榮

(南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司， 南京 210019)

0 引言

傳統(tǒng)的復(fù)合地基一般采用碎石樁、砂樁等散體材料組成柱狀加固體與樁間土共同承擔(dān)荷載，主要應(yīng)用于軟土地基。上述散體材料組成的樁體在荷載作用下，水平向會(huì)產(chǎn)生鼓脹變形，且樁體沿樁身深度方向傳遞豎向荷載時(shí)存在臨界樁長(zhǎng)(通常較短)，超過(guò)此長(zhǎng)度，再增加樁長(zhǎng)，其承載力提高并不顯著，故傳統(tǒng)復(fù)合地基豎向承載力較原狀土提高幅度有限，多應(yīng)用于處理多層建筑地基。

近年來(lái)，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，多層建筑逐步被高層建筑替代，為適應(yīng)地基承載的需要，各地已有許多采用剛性樁作為復(fù)合地基增強(qiáng)體的成功案例[1-4]，其通過(guò)增強(qiáng)樁體強(qiáng)度，以提高樁體有效樁長(zhǎng)和單樁的荷載承載能力，從而提高地基承載力。其中，CFG樁是最早廣泛應(yīng)用于復(fù)合地基的剛性樁，其他剛性樁還有素混凝土樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制混凝土樁等，凡是采用上述剛性樁作為豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基，統(tǒng)稱(chēng)為剛性樁復(fù)合地基，這為承載力較高但經(jīng)修正后仍無(wú)法滿(mǎn)足天然地基要求的基礎(chǔ)方案提供了新的設(shè)計(jì)思路。剛性樁因樁身材料的不同，剛度有所差異，如CFG樁和素混凝土樁相較于鉆孔灌注樁和預(yù)制混凝土樁而言，前兩者為低剛度樁，后兩者為高剛度樁。本文基于兩例采用不同剛性樁復(fù)合地基百米高層住宅，對(duì)基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)過(guò)程及竣工后的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討，闡明在工程項(xiàng)目中選擇不同類(lèi)型地基增強(qiáng)體的區(qū)別與注意要點(diǎn)。

1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1.1 工程概況及場(chǎng)地地質(zhì)情況

合肥中央天駿項(xiàng)目位于合肥市徽亳路以東地塊，包括8棟33層高層住宅和1棟28層高層住宅，地下為整體車(chē)庫(kù)，總建筑面積為25.8萬(wàn)m2，其中地上總建筑面積為21.4萬(wàn)m2，地下面積為4.4萬(wàn)m2，單體均采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，屬于抗震一般地段。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。該項(xiàng)目已于2011年底竣工，目前各單體沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)已趨于穩(wěn)定且符合設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目竣工實(shí)景圖見(jiàn)圖1。

場(chǎng)地土構(gòu)成順序自上而下為：①層雜填土，層厚0.70～9.90m，軟塑～可塑狀態(tài)，狀態(tài)不均勻；②層粉質(zhì)黏土，層厚0.50～0.70m，可塑狀態(tài)，飽和，含粉細(xì)砂等，其靜力觸探比貫入阻力PS=1.60～1.80MPa；③1層黏土，層厚0.00～3.40m，硬塑狀態(tài)，PS=2.10～2.40MPa；③2層黏土，層厚0.00～5.10m，硬塑狀態(tài)，PS=2.80～3.60MPa；③3層黏土，層厚22.90～27.80m，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，PS=4.00～5.50MPa；④層強(qiáng)風(fēng)化砂巖，層厚2.80～6.40m，狀態(tài)密實(shí)，表面已經(jīng)風(fēng)化成壤及砂，無(wú)水可鉆進(jìn)，屬于極軟巖；⑤層中風(fēng)化砂巖，該層未揭穿，堅(jiān)硬(密實(shí))狀態(tài)，巖體較完整，厚～中厚層狀，屬極軟巖，其巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V類(lèi)。工程典型地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2。各土層樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值見(jiàn)表1。

1.2 基礎(chǔ)選型與設(shè)計(jì)

合肥當(dāng)?shù)匕倜赘邔蛹袅Y(jié)構(gòu)住宅普遍采用的基礎(chǔ)形式有以下三種：鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(簡(jiǎn)稱(chēng)管樁)和CFG樁復(fù)合地基。以本工程13#樓為例，該單體33層，結(jié)構(gòu)主屋面結(jié)構(gòu)高度99m，單層地下室層高4.6m，頂板上覆土厚1.2m，即埋深5.8m，基礎(chǔ)初步采用1.8m厚平板式筏板，充分利用天然地基承載。同時(shí)，為減小基底壓力，降低復(fù)合地基承載提高幅度，筏板邊緣自周邊剪力墻外邊緣擴(kuò)大1～2m不等。地下室底板位于③3層黏土，承載力特征值為320kPa，根據(jù)基礎(chǔ)規(guī)范[5]，修正后的地基承載力特征值為：

圖1 項(xiàng)目竣工實(shí)景圖

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

各土層樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值/kPa 表1

式中:fa為修正后的地基承載力特征值；fak為地基承載力特征值；ηb，ηd為基礎(chǔ)寬度和埋置深度的地基承載力修正系數(shù)，分別取0.3，1.6；γ為基礎(chǔ)地面以下土的重度；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度；d為基礎(chǔ)埋置深度。

經(jīng)JCCAD軟件計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)組合下的結(jié)構(gòu)基底平均反力pk為484kPa。故采用天然地基不能滿(mǎn)足承載要求，考慮本工程總面積大、基礎(chǔ)造價(jià)高，經(jīng)基礎(chǔ)方案論證，初選CFG復(fù)合地基和管樁復(fù)合地基兩種方案，其樁徑、樁長(zhǎng)、樁距等參數(shù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試樁后，再綜合成樁工藝、工期和造價(jià)等多種因素比選后確定。

底板下③3層黏土厚度大、承載力高，無(wú)論采用CFG樁或管樁均可以此層為持力層。為使復(fù)合地基方案較為經(jīng)濟(jì)，預(yù)設(shè)修正后的復(fù)合地基承載力大于基底平均反力一定范圍即可，設(shè)計(jì)樁徑為400mm，樁間距為1.7m×1.7m，樁長(zhǎng)則根據(jù)所需承載力反算得出。復(fù)合地基承載力特征值根據(jù)地基處理規(guī)范[6]式(9.2.5)計(jì)算，即：

(1)

由地基處理規(guī)范[6]式(7.1.5-1)可知：

則有：

可得Ra=694kPa。

由表1可知③3層黏土不同樁型的樁側(cè)阻和端阻參數(shù)值，根據(jù)地基處理規(guī)范[6]式(9.2.6)可知：

Ra=qsia×L×up+qpa×Ap

(2)

式中：L為管樁樁長(zhǎng)；up為管樁周長(zhǎng)；qsia，qpa取值：CFG樁按鉆孔樁取值，管樁按預(yù)制樁取值。

根據(jù)式(2)可求得CFG樁樁長(zhǎng)L1=10.7m，管樁樁長(zhǎng)L2=5.3m，實(shí)際工程試樁分別取整，即CFG樁樁長(zhǎng)取11m，管樁樁長(zhǎng)取6m。為保證兩種基礎(chǔ)形式的可行性，分別按兩種設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行工程前試樁。

1.2.1 CFG樁復(fù)合地基試樁

根據(jù)地基處理規(guī)范[6]式(9.2.7)，CFG樁樁體抗壓強(qiáng)度平均值需滿(mǎn)足：

根據(jù)試樁荷載，CFG試樁樁身混凝土強(qiáng)度采用C30，而工程樁樁身混凝土強(qiáng)度取C25即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。考慮建設(shè)場(chǎng)地范圍內(nèi)土層分布均勻，穩(wěn)妥起見(jiàn)，在單體范圍之外的場(chǎng)地完成三根CFG樁的成樁，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行單樁和復(fù)合地基抗壓靜載荷試驗(yàn)，三根CFG樁單樁豎向靜載試驗(yàn)最大加載值分別為1 560，1 600和1 620kPa，單樁復(fù)合地基最大加載值均為1 200kPa，超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)值500kPa約200%。在加載范圍內(nèi)，各試點(diǎn)的荷載-沉降(Q-s)曲線(xiàn)均為緩變形曲線(xiàn)，最大加載值1 560，1 600，1 620kN對(duì)應(yīng)的最大沉降量分為39.62，38.42，42.58mm。根據(jù)地基處理規(guī)范[6]第B.0.10條，取載荷板寬度的6%的沉降量(本次試驗(yàn)按102mm取值)對(duì)應(yīng)的荷載值為極限荷載，當(dāng)最大沉降小于載荷板寬度的6%時(shí)，取最大加載值為極限荷載，即CFG復(fù)合地基承載力極限為1 200kPa，則承載力特征值取600kPa。

1.2.2 管樁復(fù)合地基試樁

管樁采用直徑400mm高強(qiáng)管樁，由自然地面靜壓成樁，含自然地面至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高段共11m，穿越③1和③2層，進(jìn)入③3層5～6m，由地勘報(bào)告可知，上述3層黏土均為硬塑狀態(tài)，靜力觸探比貫入阻力PS值大，現(xiàn)場(chǎng)壓樁困難，施工速度緩慢，另外采用了引孔及樁端加樁靴等輔助措施。三根單樁靜載試驗(yàn)均達(dá)到了1 600kN試樁要求值，且Q-s曲線(xiàn)較CFG樁平緩，最大沉降量小，回彈量高，兩類(lèi)樁基靜載試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)對(duì)比見(jiàn)圖3。

鑒于CFG樁單樁復(fù)合地基載荷板試樁結(jié)果情況良好，管樁復(fù)合地基載荷同理可達(dá)設(shè)計(jì)要求，管樁單樁復(fù)合地基載荷板試驗(yàn)不再贅述。

圖3 單樁靜載試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)對(duì)比

結(jié)合上述兩種現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果及施工過(guò)程所反映出的情況，最終采用CFG樁復(fù)合地基作為工程基礎(chǔ)。即CFG樁樁長(zhǎng)為11m，樁徑為0.4m，樁間距為1.7m×1.7m，單樁承載力特征值為700kPa，13#單體CFG樁總根數(shù)為397根。單體基底面積為640m2，基底范圍平均壓力為484kPa；筏板自基底范圍平均外延1.7m，總外延面積為337m2，外延部分考慮地下室頂板覆土、地下室結(jié)構(gòu)自重及筏板基礎(chǔ)自重等，外延面積范圍內(nèi)平均壓力為85kPa，即筏板自重及以上承擔(dān)荷載總壓力為338 573kN，全部397根CFG樁承載力為277 900kN。設(shè)K值為所有CFG樁樁體承載能力與基底總壓力的比值，則此單體K=0.82。

因CFG樁樁底位于③3層黏土中，其承載力特征值為320kPa，小于剛性樁復(fù)合地基承載力，需驗(yàn)算樁底處土層承載力是否滿(mǎn)足要求。由上述可知，基礎(chǔ)底面平均壓力pk=484kPa，CFG樁長(zhǎng)11m范圍內(nèi)土體自重壓力pc=γ0d′=20×11=220kPa，則基礎(chǔ)底面處的平均壓力pz=pk+pc=484+220=704kPa。而CFG樁樁端的地基承載力特征值fa經(jīng)深度修正后為：

經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。其余下臥④層強(qiáng)風(fēng)化砂巖和⑤層中風(fēng)化砂巖經(jīng)驗(yàn)算亦滿(mǎn)足承載要求，計(jì)算從略。

1.3 基礎(chǔ)沉降計(jì)算與分析

高層建筑的地基基礎(chǔ)不但要滿(mǎn)足基底承載力的要求，還需計(jì)算其沉降變形是否滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的限值要求。剛性樁復(fù)合地基沉降一般情況下來(lái)自四個(gè)方面：褥墊層的壓縮量，樁體的壓縮量，樁上、下端的刺入量以及樁下土層的壓縮量。其中，褥墊層的總厚度一般在200～400mm，其壓縮量有限，且大部分發(fā)生在施工階段，可以忽略不計(jì)；樁體壓縮量也不大，可采用彈性理論計(jì)算樁體軸向壓縮量；因此，地基沉降量主要為基底下土層的壓縮變形量，可由規(guī)范理論公式、軟件計(jì)算求取及實(shí)際觀測(cè)得到。

1.3.1 由基礎(chǔ)規(guī)范[5]理論公式計(jì)算沉降量

理論計(jì)算按基礎(chǔ)規(guī)范[5]第5.3.5條和第7.2.10條的相關(guān)公式，即復(fù)合地基最終變形量s為：

s=ψsps′

式中：Ai為加固土層第i層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值;Aj為加固土層下第j層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值；Esj為加固土層以下第j層土的壓縮模量，MPa；Espi=ξ·Esi，ξ=fspk/fak，其中Espi為復(fù)合地基處理范圍內(nèi)第i層土修正后的壓縮模量，MPa；ξ為復(fù)合土層的壓縮模量提高系數(shù)，將基底下復(fù)合地基承載力特征值600kPa(實(shí)際靜載荷試驗(yàn)值)和天然地基承載力特征值320kPa帶入，可得ξ=600/320=1.88，從而可求出復(fù)合地基各土層Espi。

1.3.2 由JCCAD軟件計(jì)算沉降量

考慮本工程1.8m厚筏板的基礎(chǔ)剛度和上部33層剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度均較大，采用軟件中剛性底板假定方法進(jìn)行沉降計(jì)算，相較于1.3.1小節(jié)的理論公式，軟件計(jì)算僅將結(jié)構(gòu)荷載傳遞給基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算沉降，而忽略上部整體剛度的影響。軟件整體計(jì)算可考慮地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)相互作用的影響，能夠比較真實(shí)地反映基礎(chǔ)的實(shí)際受力狀態(tài)，可以作為沉降量計(jì)算的補(bǔ)充，沉降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 建筑物沉降計(jì)算結(jié)果/mm

由圖4可以看出，基礎(chǔ)平均沉降量為22.5mm，最大沉降量為23.8mm，最小沉降量為20.9mm，單體整體沉降較均勻，遠(yuǎn)小于基礎(chǔ)規(guī)范[5]規(guī)定的容許平均沉降量200mm的限值。

1.3.3 實(shí)際觀測(cè)的沉降量

根據(jù)13#樓的平面情況，該樓共布設(shè)了10個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，除4個(gè)角點(diǎn)外，南北側(cè)各3個(gè)點(diǎn)。自施工至地上8層開(kāi)始沉降觀測(cè)，至結(jié)構(gòu)主體封頂及封頂后一段時(shí)間，各觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量在20.53～16.91mm不等，整體沉降均勻，樓體平均沉降量為19.26mm，最大沉降在東北角點(diǎn)，最小沉降在西南角點(diǎn)，最大差異沉降為3.62mm。單體側(cè)面荷載、沉降量和時(shí)間進(jìn)程曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖5。觀測(cè)末期各點(diǎn)沉降速率介于0.088～0.014mm/d之間，由測(cè)量規(guī)范[7]的相關(guān)條文可知，主體已處于沉降穩(wěn)定階段，且觀測(cè)期間未發(fā)現(xiàn)陡降等沉降異常，符合正常沉降規(guī)律。沉降觀測(cè)數(shù)值與JCCAD軟件計(jì)算的沉降量相接近，兩者僅為規(guī)范理論計(jì)算值的70%。

圖5 13#樓荷載、沉降量-時(shí)間進(jìn)程曲線(xiàn)

2 管樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.1 工程概況及場(chǎng)地地質(zhì)情況

淮安恒大名都項(xiàng)目位于淮安市清浦區(qū)生產(chǎn)路以南地塊，工程一期總建筑面積33萬(wàn)m2，包括11棟32～33層住宅樓，建筑高度約99m。該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，均采用剪力墻結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目已于2012年竣工，目前各項(xiàng)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)良好。項(xiàng)目整體效果圖見(jiàn)圖6。

場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)上部為第四紀(jì)全新世沖積的人工填土、粉土，中部及下部為晚更新世沖湖積黏土、粉質(zhì)黏土、粉土和砂土，各土層特征分述如下：①1層雜填土，層厚1.4～2.7m，由碎磚、碎石混粉質(zhì)黏土填積；①2層素填土，層厚0.3～1.5m；②層粉土，層厚0.3～1.9m，稍密～中密狀態(tài)，局部夾粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較均勻；③層粉質(zhì)黏土，層厚0.4～2.8m，硬～可塑狀態(tài)，局部為黏土，干強(qiáng)度和韌性高；④層粉土與粉質(zhì)黏土互層，層厚0.4～4.0m，粉土呈中密～密實(shí)狀態(tài)，粉質(zhì)黏土為可塑～軟塑狀態(tài)，土質(zhì)不均勻，干強(qiáng)度及韌性低；⑤層黏土、粉質(zhì)黏土，層厚25.5～30.0m，可～硬塑狀態(tài)，干強(qiáng)度和韌性高，土質(zhì)均勻；⑥層中砂與粉砂互層，層厚11.0～15.4m，飽和，密實(shí)狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，夾薄層粗砂；⑦層黏土，揭露厚度25.8～29.3m，硬塑狀態(tài)，局部堅(jiān)硬狀態(tài)，低壓縮性。各土層樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值見(jiàn)表2。

圖6 項(xiàng)目整體效果圖

各土層樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值/kPa 表2

2.2 基礎(chǔ)選型與設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)匾淹瓿傻陌倜赘邔踊蝾?lèi)似項(xiàng)目基礎(chǔ)多數(shù)采用鉆孔灌注樁。以本工程7#單體為例，單體基底面積915m2，主體33層，建筑高度99.5m，室內(nèi)外高差300mm，基底相對(duì)標(biāo)高-6.90m，對(duì)應(yīng)的持力層為③層粉質(zhì)黏土底部范圍或④層粉土與粉質(zhì)黏土互層頂部范圍，③,④層土的承載力特征值分別為180，170kPa，而基底平均壓力為485kPa，不能滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)的承載力要求。若采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，經(jīng)試算，需樁徑600mm，樁長(zhǎng)26m，以⑦層黏土為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層5m，共布樁175根，單樁承載力特征值為2 900kPa，相對(duì)于基底總壓力，樁基布樁系數(shù)約為1.14，即：(2 900×175)/(485×915)=1.14。單體樁基總造價(jià)約180萬(wàn)元。由于本工程地質(zhì)分布均勻，④層粉土與粉質(zhì)黏土互層較薄，其下⑤層黏土、粉質(zhì)黏土較厚，且承載力達(dá)到了260kPa，設(shè)計(jì)擬采用CFG樁復(fù)合地基形式，以⑤層黏土、粉質(zhì)黏土為樁基持力層。

因本地區(qū)百米高層住宅基礎(chǔ)形式無(wú)此先例，且項(xiàng)目總面積大，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，得到以下意見(jiàn)：考慮本工程樁基持力層為⑤層黏土、粉質(zhì)黏土，其狀態(tài)為可～硬塑，承載力特征值與設(shè)計(jì)需要承載力相差較大，當(dāng)?shù)匚从蓄?lèi)似工程先例可借鑒及工程工期等多方面因素，建議采用管樁復(fù)合地基方案。

根據(jù)專(zhuān)家論證意見(jiàn)，經(jīng)多次試算后，復(fù)合地基管樁樁徑采用0.5m，C型樁尖，樁頂標(biāo)高為-7.20m，以⑤層黏土、粉質(zhì)黏土為樁端持力層，樁長(zhǎng)仍由設(shè)計(jì)所需的地基承載力反算得出，實(shí)際取值14m，單樁承載力特征值為1 300kN。則復(fù)合地基承載力特征值由式(1)計(jì)算為：

圖7 7#單體復(fù)合地基樁基平面布置圖

其中，樁基承載力特征值Ra計(jì)算取值為表2中的預(yù)制樁參數(shù)，樁穿過(guò)2m厚的④層，進(jìn)入⑤層12m，樁基布置間距為2m×2m，樁基平面布置圖見(jiàn)圖7，總布樁根數(shù)為340根，管樁總造價(jià)約為119萬(wàn)元，較鉆孔灌注樁節(jié)約60余萬(wàn)元。7#單體基底面積為915m2，基底范圍平均壓力為485kPa；筏板自基底范圍平均外延1.8m，總外延面積為445m2，外延部分考慮地下室頂板覆土、地下室結(jié)構(gòu)自重及筏板基礎(chǔ)自重等，外延面積范圍內(nèi)平均壓力為85kPa，即筏板自重及以上承擔(dān)荷載總壓力為481 600kN，全部340根管樁承載力為442 000kN，7#單體的K值為0.918。

工程樁施工結(jié)束15d后，對(duì)工程樁進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)，單樁承載力采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)，每棟單體樁的檢測(cè)數(shù)量不小于兩根，其中7#單體某試樁單樁抗壓靜載Q-s曲線(xiàn)見(jiàn)圖8；復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí)，其承載力檢驗(yàn)采用2m×2m載荷板試驗(yàn)，每棟建筑復(fù)合地基試驗(yàn)數(shù)量不少于三點(diǎn)，其中7#單體某點(diǎn)載荷板試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)見(jiàn)圖9。由圖8和圖9可知，在設(shè)計(jì)加載范圍內(nèi)，單樁及復(fù)合地基Q-s曲線(xiàn)較平滑，沉降值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖8 單樁靜載試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)

圖9 復(fù)合地基載荷板試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)

本項(xiàng)目首次突破當(dāng)?shù)匕倜赘邔幼≌A(chǔ)以鉆孔灌注樁樁基為首選的設(shè)計(jì)思路，采用管樁復(fù)合地基。結(jié)構(gòu)主體封頂時(shí)，沉降控制在2～3cm，并趨于穩(wěn)定。此工程之后，當(dāng)?shù)赜胁簧兕?lèi)似項(xiàng)目采用了該類(lèi)型的基礎(chǔ)形式，為地方建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了新經(jīng)驗(yàn)和成功案例，起到了很好的示范作用。

3 剛性樁復(fù)合地基選型要點(diǎn)分析及思考

結(jié)合上述兩項(xiàng)工程實(shí)例及文獻(xiàn)[1-4，8-10]所述工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)案例所提供的數(shù)據(jù)(表3)，如單樁靜載試驗(yàn)、單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)、復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和沉降計(jì)算、沉降觀測(cè)資料等，針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析研究和探討如下：

(1)百米高層住宅建筑一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)，3.3～3.6m小開(kāi)間布局，剪力墻基本每間均有布置，結(jié)構(gòu)基底平均壓力在450～520kPa范圍之間，若采用樁基礎(chǔ)，樁型可選用樁徑600mm及以上鉆孔灌注樁或管樁。其中，鉆孔灌注樁為非擠土樁，布置間距3.0D(D為樁基直徑)，而管樁為擠土樁，布置間距不小于3.5D～4.0D。為便于布樁，單樁承載力特征值需在2 800kN及以上，此時(shí)，樁可沿剪力墻下布置，條形承臺(tái)間設(shè)防水板，此基礎(chǔ)形式充分利用樁基承載、經(jīng)濟(jì)性好。若單樁承載力偏低時(shí)，將出現(xiàn)布樁困難而需滿(mǎn)堂布樁的情況，此時(shí)可考慮樁筏基礎(chǔ)或采用復(fù)合地基。

(2)不同材料的復(fù)合地基剛性樁增強(qiáng)體各有特點(diǎn)。其中，預(yù)制樁為工廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)工藝生產(chǎn)，相較于現(xiàn)場(chǎng)施工的CFG樁，受外界施工水平、施工環(huán)境與工藝影響小，樁身質(zhì)量更有保障，具有施工速度快、養(yǎng)護(hù)周期短、綜合費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，若需穿越一定厚度的中密或密實(shí)土層時(shí)，則易出現(xiàn)斷樁、擠土效應(yīng)及施工周期增加等不利因素，施工可能需要引孔或其他輔助措施；而CFG樁為現(xiàn)場(chǎng)攪拌成樁，土層適用性好，施工方便，單樁混凝土用量省，但受限于自身強(qiáng)度不高、所需樁數(shù)多，從而導(dǎo)致開(kāi)挖量和材料總用量大。若樁長(zhǎng)范圍存在粉土，尤其是軟弱粉土地區(qū)，需充分評(píng)估施工振動(dòng)致土液化的可能性。在沒(méi)有可靠措施時(shí)，要慎重選擇CFG樁工藝。特別是對(duì)高飽和度的粉土地層，不宜采用CFG樁復(fù)合地基，可選擇管樁基礎(chǔ)或管樁復(fù)合地基。因此，在復(fù)合地基方案選擇時(shí)，剛性樁增強(qiáng)體設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)條件、主體結(jié)構(gòu)情況、施工便捷性、材料費(fèi)用、所需機(jī)械和工時(shí)等因素。

剛性樁復(fù)合地基工程樁基設(shè)計(jì)參數(shù) 表3

(3)由多個(gè)工程實(shí)例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(表3)可知，天然地基承載力特征值均大于150kPa，多數(shù)在200kPa以上，說(shuō)明基底土層自身承載能力較好，采用剛性樁復(fù)合地基后，地基承載力可達(dá)420～480kPa及以上。由表3可知，復(fù)合地基較天然地基承載提高倍數(shù)在1.67～3.25之間，一般在2.5左右較為常見(jiàn)，即天然地基承載力不低于剛性樁復(fù)合地基承載力的40%，能夠滿(mǎn)足高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的承載力要求，在軟土地基上采用復(fù)合地基應(yīng)慎重。組成復(fù)合地基的增強(qiáng)體樁基，應(yīng)具備一定剛度，隨著復(fù)合地基承載力需求增大，增強(qiáng)體樁基的支承剛度、樁身承載強(qiáng)度要求也需相應(yīng)提高。

(4)剛性樁具有較強(qiáng)的置換作用，在其他參數(shù)相同的情況下，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，樁的荷載分擔(dān)比越高。由文獻(xiàn)[4]中相關(guān)公式的推導(dǎo)可知，在樁總體積不變的情況下，樁徑D與單樁豎向承載力特征值Ra近似成反比，說(shuō)明樁徑越小，所獲得的樁基承載特征值Ra越高；反之，Ra越小。因此，在設(shè)計(jì)復(fù)合地基時(shí)，宜考慮采用細(xì)而長(zhǎng)的樁基，能夠提高單樁承載力，在獲得同樣復(fù)合地基承載力情況下，可減小布樁置換率，從而降低基礎(chǔ)造價(jià)。

(5)剛性樁采用CFG樁相較于管樁自身壓縮變形量要大得多，為控制結(jié)構(gòu)整體沉降量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，選擇承載力和壓縮模量相對(duì)較高的土層作為樁端持力層可以很好地發(fā)揮樁端阻力。樁按端承摩擦樁設(shè)計(jì)，不宜采用單純摩阻樁。樁端持力層宜選擇硬塑黏土層或中密砂層，乃至更好的強(qiáng)風(fēng)化巖層、密實(shí)砂層，有利于控制基礎(chǔ)的總沉降量。但應(yīng)注意，對(duì)于這類(lèi)低壓縮性土層，樁端入土不宜過(guò)深，否則會(huì)為施工帶來(lái)困難。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)樁土共同承載工作，持力層不宜為強(qiáng)風(fēng)化以上的巖層，即增強(qiáng)體不能為端承樁。

(6)式(1)中β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)系數(shù)取值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.9～1.0[6]。由文獻(xiàn)[11]的相關(guān)研究，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)壓力盒實(shí)測(cè)，β值介于0.23～0.31之間，表明在高層或超高層建筑基底高壓力水平下，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)遠(yuǎn)小于地基處理規(guī)范[6]的推薦值，實(shí)際工況下，剛性樁承載比重較大。β值不僅與樁間土、樁端土及樁周土性質(zhì)相關(guān)，還與樁長(zhǎng)、置換率、褥墊層厚度、樁土相對(duì)剛度等眾多因素相關(guān)，準(zhǔn)確取值困難。因此，為提高基礎(chǔ)承載的安全可靠度，建議基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案完成后，復(fù)核單體剛性樁承載的K值。建議K值在0.75～1.0之間，基底土層天然承載力高時(shí)，K值可取低值0.75～0.8；反之，土層承載力低，K值可取高值0.9～1.0。若K值大于1，則說(shuō)明設(shè)計(jì)方案中樁基自身已能滿(mǎn)足基底承載要求，樁基布置數(shù)量過(guò)多。假設(shè)基底平均壓力500kPa，基底天然土層承載特征值為200kPa，當(dāng)K值為0.85時(shí)，剛性樁承擔(dān)了425kPa，則樁間土承擔(dān)75kPa，β值即為0.375。剛性樁復(fù)合地基特別是管樁復(fù)合地基，因樁土剛度差別大，β取值不宜過(guò)高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文中采用剛性樁復(fù)合地基的工程均已竣工并投入使用，各方反應(yīng)良好，并在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了積極的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合國(guó)內(nèi)此類(lèi)似成功案例及相關(guān)研究成果，對(duì)該類(lèi)型基礎(chǔ)形式，從復(fù)合地基剛性樁增強(qiáng)體的特點(diǎn)、剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)要點(diǎn)、如何更好實(shí)現(xiàn)樁土共同工作等幾個(gè)方面進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及分析思考，給出了剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用于百米高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。