閆北京

（成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610094）

0 引言

大直徑素混凝土樁復(fù)合地基是一種具有地方特色的復(fù)合地基，也是一種剛性樁復(fù)合地基，即由大直徑素混凝土樁、樁間土及褥墊層協(xié)同作用形成的人工地基，其特點(diǎn)是混凝土增強(qiáng)體的直徑大，單樁承載力較高，其中增強(qiáng)體的直徑大于600mm、長(zhǎng)徑比≥6、長(zhǎng)度≥4m；處理后地基具有承載力提高幅度大、變形小等特點(diǎn)，主要適用于荷載較大的建（構(gòu)）筑物地基的處理。隨著大量基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，該類復(fù)合地基在四川省得到廣泛的應(yīng)用，其中成都地區(qū)應(yīng)用最為普遍，多用于30 層以上的高、超高層建筑。2017年地方標(biāo)準(zhǔn)《四川省大直徑素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》（DBJ51/T061－2016）［1］（簡(jiǎn)稱地標(biāo)）施行，更加有力地推動(dòng)了該類復(fù)合地基的發(fā)展。

工程實(shí)踐過(guò)程中也遇到一些設(shè)計(jì)問(wèn)題，如大直徑素混凝土樁持力層常選用中風(fēng)化泥巖層，嵌巖樁能否保證樁土共同承擔(dān)荷載？樁間土多為多層土組合，地基承載力特征值的取值方法各有不同，哪種方法比較合理？處理后地基承載力提高系數(shù)多為2～3，但不少工程中達(dá)到4～5，該系數(shù)取值有沒(méi)有限制？本文根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐，嘗試對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答，希望為后期大直徑素混凝土樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)有所借鑒。

1 增強(qiáng)體類型選擇

關(guān)于剛性樁復(fù)合地基中增強(qiáng)體的類型選擇，不同規(guī)范有不同的規(guī)定?！稄?fù)合地基技術(shù)規(guī)范》［2］中明確要求：“剛性樁復(fù)合地基中的剛性樁應(yīng)采用摩擦型樁”。而《四川省大直徑素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》5.2.1條的規(guī)定是“上硬下軟地基宜以摩擦型為主，并適度考慮軟弱地層的樁端阻力作用；上軟下硬地基宜以端承型為主，并適度考慮軟弱地層的側(cè)阻力作用”?？梢娔Σ列蜆蹲鳛樵鰪?qiáng)體，已被業(yè)界廣泛認(rèn)可；而增強(qiáng)體是否可以選用端承型樁，業(yè)界尚未取得共識(shí)。嵌巖樁常被視為端承型樁，作為復(fù)合地基增強(qiáng)體時(shí)，樁端在荷載作用下樁體無(wú)法產(chǎn)生向下的刺入變形，僅發(fā)生向褥墊層的刺入變形；在使用過(guò)程中，可能無(wú)法產(chǎn)生足夠的變形來(lái)應(yīng)對(duì)諸如地下水位變化引起樁間土沉降等未知因素，從而無(wú)法保證樁土共同作用。

目前，成都地區(qū)大直徑素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)增強(qiáng)體選為摩擦端承樁、端承樁，樁端持力層多為中風(fēng)化泥巖，褥墊層厚度為200~300mm，小于樁徑的0.4 倍，均取得良好的工程效果。造成上述現(xiàn)象的原因可能來(lái)自以下三個(gè)方面：

（1）成都地區(qū)采用大直徑素混凝土樁復(fù)合地基處理的地層主要為卵石層中軟弱透鏡體、卵石層與風(fēng)化泥巖組合、風(fēng)化泥巖及硬黏土（膨脹土）與風(fēng)化巖組合等；上述地層具有地基承載力高、壓縮（變形）模量大等特點(diǎn)，因此被處理土體產(chǎn)生的沉降較小，可以通過(guò)樁向褥墊層的刺入變形調(diào)節(jié)。

（2）設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)多為極限狀態(tài)下的端承樁。而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大直徑素混凝土樁在工作荷載下性狀多為摩擦樁，少量為摩擦端承樁；主要是由于樁側(cè)阻力實(shí)測(cè)值比設(shè)計(jì)取值大，在工作荷載下大部分反力是由樁身側(cè)阻提供。

（3）成都地區(qū)建筑地下室的埋深多為6~10m。場(chǎng)地位于一、二級(jí)階地時(shí)，基底為卵石層，目前成都市地下水呈逐年下降的趨勢(shì)，隨著大規(guī)模建設(shè)的完成及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，地下水位將會(huì)有一定的回升，因此場(chǎng)地將會(huì)經(jīng)歷水位的上下波動(dòng)，但卵石變形模量大，水位波動(dòng)引起的沉降量將很小。而場(chǎng)地處于三級(jí)階地及以上時(shí)，地層多由低滲透性土組成，基底位于水位以上。因此成都地區(qū)一般場(chǎng)地由于地下水水位變化引起的土層沉降量值較小，不會(huì)影響樁土共同作用發(fā)揮。

因此，成都地區(qū)的一般場(chǎng)地選用持力層為中風(fēng)化泥巖的嵌巖樁作為大直徑素混凝土樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體是可行的。但當(dāng)處理地層為軟塑黏土、地下水水位變化劇烈或其他因素等可能會(huì)引起地層沉降大時(shí)，則不宜選用。設(shè)計(jì)時(shí)建議適當(dāng)降低單樁承載力，注重褥墊層設(shè)計(jì)，提高沉降估算精度及選擇合適的地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)環(huán)境。

2 樁間土承載力取值

大直徑素混凝土樁復(fù)合地基承載力的估算方法［2］與CFG樁復(fù)合地基相同，計(jì)算公式如下：

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可取0.85～0.95；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap——樁身截面積，m2；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，可取0.75~0.90；

fsk——樁間土天然地基承載力特征值。

樁間土為上軟下硬的地層時(shí)，fsk取軟弱地層的地基承載力，若遇上硬下軟的地層時(shí)，fsk如何取值尚無(wú)共識(shí)。

目前，對(duì)于上硬下軟的地層，fsk的取值方法有兩類。第一類方法為根據(jù)硬土層厚度和基礎(chǔ)寬度比值來(lái)確定承載力；當(dāng)比值小于0.25時(shí)，fsk取軟弱土層的天然地基承載力；比值大于等于0.25時(shí)，fsk取值為硬層土的天然地基承載力適當(dāng)折減。該方法原理為當(dāng)硬土層厚度與基礎(chǔ)寬度之比小于0.25時(shí)，應(yīng)力擴(kuò)散為零，即不考慮硬土層的壓力擴(kuò)散作用，僅起到調(diào)節(jié)變形并保護(hù)其下軟弱層的作用，地基承載力由軟弱土層控制。該方法原理明確，結(jié)果偏安全，但當(dāng)采用筏板基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)寬度大，相應(yīng)硬土層厚度要求比較大，造成經(jīng)濟(jì)性下降。

第二類方法為樁間土承載力fsk取樁體長(zhǎng)度范圍內(nèi)各土層承載力特征值的厚度加權(quán)平均值，是一種折中的計(jì)算方式。該方法優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，當(dāng)為上硬下軟的地層時(shí)，基礎(chǔ)的沉降量偏大，缺點(diǎn)是理論上不合理，夸大了較深處土層的作用。

地標(biāo)中fsk取值方法為當(dāng)淺層地基為上硬下軟且硬層厚度超過(guò)3倍樁徑時(shí)，可取5倍樁徑范圍內(nèi)天然地基承載力特征值厚度加權(quán)平均值。該處理方式屬于第二類方法，存在因樁徑不同、樁間土影響范圍差別大的問(wèn)題，使用時(shí)應(yīng)引起注意。

樁間土承載力的確定，目前還沒(méi)有一種簡(jiǎn)單、有效的方法。因此設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮處理地層結(jié)構(gòu)、土層特性、基礎(chǔ)形式及大小等因素，以復(fù)合地基的沉降量作為控制目標(biāo)，結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定樁間土承載力，不宜機(jī)械的執(zhí)行規(guī)范。

3 處理后地基承載力提高系數(shù)取值

當(dāng)復(fù)合地基承受的荷載等于復(fù)合地基承載力特征值時(shí)，樁土應(yīng)力比n為：

將式（2）帶入式（1）可得：

根據(jù)地標(biāo)中處理后地基承載力提高系數(shù)ζ的定義，即復(fù)合地基承載力特征值fspk與樁間土天然地基承載力特征值fak之比。式（3）可變?yōu)椋?/p>

《CFG 樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐》[3]中用樁土應(yīng)力比表示的樁荷載分擔(dān)比公式如下：

選用設(shè)計(jì)時(shí)常用的樁間距，即2.5d、3d、4d，按正方形布置，相應(yīng)的置換率m為0.1253、0.087、0.0489，β取為0.75，將上述參數(shù)代入式(4)、(5)計(jì)算不同ζ情況下的n、δp，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同ζ的分析結(jié)果

從表1可以看出：

（1）隨著提高系數(shù)ζ增大，樁土應(yīng)力比n、樁分擔(dān)荷載比δp均相應(yīng)增大；

（2）ζ大于3時(shí)，δp增幅逐步下降，樁分擔(dān)荷載將超過(guò)復(fù)合地基承載力的75%；

（3）當(dāng)ζ進(jìn)一步增大時(shí)，樁分擔(dān)荷載過(guò)大，受力模式更類似樁基礎(chǔ)，同時(shí)不利于樁間土承載能力的發(fā)揮。

《四川省大直徑素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》［2］中對(duì)素混凝土樁最大樁間距的要求為（3.5～4）D,相應(yīng)的面積置換率m 為0.0489～0.0639(正方形布置)和0.0567~0.0740(等邊三角形布置)。取ζ 為3.0、β 為0.75時(shí)，經(jīng)計(jì)算可得n為41.5~62、δp為0.76～0.77。

結(jié)合楊光華等[4]基于褥墊層的承載能力提出樁土應(yīng)力比應(yīng)控制范圍40~60，建議處理后地基承載力提高系數(shù)ζ不宜超過(guò)3.0。該結(jié)果與黨昱敬[5]建議ζ控制在2.5~3.0之間的結(jié)論基本相符。

設(shè)計(jì)時(shí)ζ若超過(guò)上述限值時(shí)，需適當(dāng)減小樁間距，降低樁土應(yīng)力比，避免出現(xiàn)樁身承擔(dān)荷載過(guò)分集中的問(wèn)題；加強(qiáng)褥墊層設(shè)計(jì)，適當(dāng)提高褥墊層的承載能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)成都地區(qū)大直徑素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中遇到的增強(qiáng)體類型選擇、樁間土承載力取值及處理后地基承載力提高系數(shù)的限值等問(wèn)題進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）成都地區(qū)大直徑素混凝土樁復(fù)合地基的增強(qiáng)體可選用嵌巖樁，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低單樁承載力、加強(qiáng)褥墊層的設(shè)計(jì)及復(fù)合地基沉降的估算。

（2）樁間土承載力取值時(shí)，應(yīng)以合理的復(fù)合地基沉降量要求為前提，綜合考慮擬處理地層結(jié)構(gòu)、土層特性、基礎(chǔ)形式及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等因素。

（3）處理后地基承載力提高系數(shù)ζ不宜超過(guò)3.0，若需超過(guò)該限值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小樁土應(yīng)力比，以提高褥墊層的承載能力。