CFG樁復(fù)合地基設(shè)計如何提設(shè)計要求

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計如何提設(shè)計要求一、前言當(dāng)前CFG樁復(fù)合地基在高層建筑地基處理得到了廣泛應(yīng)用，但復(fù)合地基設(shè)計在不同地區(qū)有不同的方式，有的地區(qū)結(jié)構(gòu)工程師既作上部結(jié)構(gòu)又作復(fù)合地基設(shè)計，有的地區(qū)則是結(jié)構(gòu)工程師作上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計，巖土工程師作復(fù)合地基設(shè)計，復(fù)合地基設(shè)計資料和設(shè)計要求由結(jié)構(gòu)工程師提供。其中，經(jīng)常遇到的一個問題是結(jié)構(gòu)工程師提供的設(shè)計資料不全或設(shè)計要求不夠準(zhǔn)確。由于設(shè)計資料不齊全或設(shè)計要求不夠準(zhǔn)確、甚至不合理，給復(fù)合地基設(shè)計帶來許多困難，或給工程帶來不應(yīng)有的損失。顯然，討論一下如何提供設(shè)計資料和設(shè)計要求是有益的。二、CFG樁復(fù)合地基設(shè)計所需的資料CFG樁復(fù)合地基設(shè)計需提供如下的資料：（1）工程地質(zhì)勘察報告；（2）相關(guān)的建筑、基礎(chǔ)平面圖和剖面圖；標(biāo)明±0.00對應(yīng)的標(biāo)高；基底標(biāo)高；電梯井、集水坑底標(biāo)高；基礎(chǔ)外輪廓線；若有裙房應(yīng)標(biāo)明主樓和裙房（或車庫）的相關(guān)關(guān)系以及裙房（或車庫）的基礎(chǔ)形式和幾何尺寸。（3）建筑物荷載；（a）相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（用于地基承載力驗算）；（b）相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（用于地基變形驗算）；（c）當(dāng)主樓周圍有裙房（或車庫）時，還應(yīng)提供裙房（或車庫）基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，以便考慮能否以及怎樣對主樓地基承載力進行修正。（d）當(dāng)需作抗沖切驗算時（如框筒體系），尚需提供荷載設(shè)計值。（4）設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力和變形。三、常見的幾個問題（1）問題1：只提復(fù)合地基承載力特征值不小于多少、復(fù)合地基變形不大于多少而不提供荷載復(fù)合地基計算有兩個主要內(nèi)容，一是復(fù)合地基承載力計算，二是復(fù)合地基變形計算。復(fù)合地基承載力是根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002（后稱《地基規(guī)范》）和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002（后稱《地基處理規(guī)范》）,按下式驗算：（1）式中－相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；修正后復(fù)合地基承載力特征值（根據(jù)《地基處理規(guī)范》，只做深度修正，且修正系數(shù)取1）；復(fù)合地基承載力特征值；基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度；基礎(chǔ)埋置深度。式的左邊是荷載，右邊是抗力，公式表示荷載不能大于抗力。地基處理設(shè)計人員根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師提供的復(fù)合地基承載力不低于某一限值的要求，作復(fù)合地基設(shè)計，確定設(shè)計參數(shù)和承載力特征值，再根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度計算深度修正項，由（1）式右部求得經(jīng)深度修正后的復(fù)合地基承載力特征值。由于沒有提供荷載，無法按（1）式對荷載和抗力進行比較，設(shè)計者無法了解自己的設(shè)計安全儲備是多少。因此，結(jié)構(gòu)工程師提設(shè)計要求時不能遺漏提供荷載。CFG樁復(fù)合地基變形計算，是按《地基處理規(guī)范》確定復(fù)合土層的復(fù)合模量，再按《地基規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計算復(fù)合地基變形，其中規(guī)定用于計算變形的荷載為相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時的基礎(chǔ)底面處的附加壓力PO,它是使地基產(chǎn)生變形的有效應(yīng)力，數(shù)值上等于相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時的基礎(chǔ)底面平均壓力P產(chǎn)生的有效應(yīng)力（若有地下水須扣除地下水對建筑物的浮力）與基礎(chǔ)底面處原有土的自重應(yīng)力（自重應(yīng)力是有效應(yīng)力）之差，要計算PO必須知道相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時的基礎(chǔ)底面處的壓力P、地下水類型及標(biāo)高、基礎(chǔ)埋深d、和基底以上各層土的重度γ。顯然，若不提供荷載就無法計算變形；或者只提供基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，讓地基處理設(shè)計人員用基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值計算變形是不規(guī)范的；甚至什么荷載都不提供，讓地基處理設(shè)計人員用設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力特征值去計算變形，無論在規(guī)范上還是在概念上就更不合理了。問題2：基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值是多少就要求復(fù)合地基承載力特征值不小于多少比如，某工程基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值為400kPa，設(shè)計就要求復(fù)合地基承載力特征值不低于400kPa，甚至還有的在400kPa的基礎(chǔ)上增加20～40kPa作為安全儲備。產(chǎn)生上述問題的原因主要是疏漏了《地基處理規(guī)范》對承載力可以作深度修正的規(guī)定，或沒有進行具體計算分析采用了過分簡化的處理方式，認(rèn)為無非就是保守一點、把深度修正項作為安全儲備而已。但實際工程不是這么簡單，下面分兩種情況加以討論：按承載力控制設(shè)計的工程由（1）式可知，（2）由（2）式可知，滿足荷載要求的復(fù)合地基承載力與基礎(chǔ)埋深密切相關(guān)，對淺埋基礎(chǔ)深度修正項數(shù)值較小，對工程影響不大；對高層建筑基礎(chǔ)埋深很大，不考慮深度修正項是不合理的。比如，某工程基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值為400kPa，基礎(chǔ)埋深8.5m,基底以上土的加權(quán)平均重度為20KN/m3,由（2）式求得滿足設(shè)計要求。若設(shè)計要求400kPa比規(guī)范允許值高了67％，將造成不必要的浪費。按地基變形控制設(shè)計的工程《地基處理規(guī)范》規(guī)定，CFG樁復(fù)合地基變形按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》）GB50007的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，復(fù)合土層的分層與天然地基相同各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的倍，（3）式中－基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值。根據(jù)《地基規(guī)范》），按變形控制設(shè)計的地基均應(yīng)滿足承載力計算的有關(guān)規(guī)定，也就是說，復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)應(yīng)滿足承載力和變形兩個條件。按變形控制進行地基設(shè)計通常按如下方法確定設(shè)計要求的承載力：首先按（2）式確定的作復(fù)合地基設(shè)計，確定樁長、樁徑、樁距、褥墊厚度和樁體強度。根據(jù)地質(zhì)報告提供的按（3）式計算模量提高系數(shù)計算復(fù)合地基變形，當(dāng)復(fù)合地基變形滿足設(shè)計要求時，相應(yīng)的就是設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力；當(dāng)復(fù)合地基變形不滿足設(shè)計時，需調(diào)整設(shè)計參數(shù)（增大樁長或減小樁距）重新設(shè)計，直到復(fù)合地基變形滿足設(shè)計要求為止，相應(yīng)的復(fù)合地基承載力特征值才是所要求的復(fù)合地基承載力。例1：某工程，基礎(chǔ)尺寸為24×24m2，地表標(biāo)高為50m、地下水標(biāo)高30m,基礎(chǔ)埋深10.5m，基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值480kPa，準(zhǔn)永久組合值440kPa,相關(guān)的土層厚度及物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。設(shè)計要求采用CFG樁復(fù)合地基方案進行地基處理，建筑物沉降量不大于200mm，。表1土層編號層底標(biāo)高重度壓縮模量側(cè)阻特征值端阻特征值承載力特征值土層名稱（m）（KN/m3）（MPa）（kPa）（kPa）（kPa）①39.520820粉質(zhì)粘土②33201230700160粉土③292020251000中砂④52012粉質(zhì)粘土由（2）式按fspk＝280kPa,作復(fù)合地基設(shè)計，設(shè)計參數(shù)選用樁長L＝8m,樁距S=1.7m，褥墊厚度200mm。經(jīng)計算：,，>480kPa承載力滿足設(shè)計要求。模量提高系數(shù)，復(fù)合地基變形為S＝72mm,不大于設(shè)計要求的200mm。故對該工程提承載力要求應(yīng)為復(fù)合地基承載力特征值不小于280kPa即可。如果基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值是多少就要求復(fù)合地基承載力是多少，甚至還要增大安全儲備，要求復(fù)合地基承載力特征值不小于520kPa,將給工程帶來許多問題。按fspk≥520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計，設(shè)計參數(shù)選用樁長L＝9m,樁距S=1.07m，才能滿足設(shè)計要求，并有：（此值遠(yuǎn)大于480kPa）。模量提高系數(shù)，復(fù)合地基變形為S＝37mm,遠(yuǎn)小于設(shè)計要求的200mm。設(shè)計要求不同，設(shè)計參數(shù)和工程量也就不同。表2給出的是兩種設(shè)計要求時的設(shè)計參數(shù)和工程量。表2設(shè)計要求fsppk(kPa))樁長（m）樁徑(mm)樁距（m）樁數(shù)方量(m3)fa(kPa)變形(mm)28084001.72002004897252094001.0750356872637由表2可知，按fspk≥520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計比按fspk≥280kPa增加方量184％，除了增加造價和工期之外，技術(shù)上也有諸多問題，比如，為提高承載力需增加樁長或縮小樁距，對本工程樁端應(yīng)落在第③層中砂上。樁長9m已落在③層中砂中偏下的部位，且樁距小于3倍樁徑，超出規(guī)范要求。第②層為飽和粉土，如此小的樁距，采用長螺旋鉆泵送混凝土成樁工藝，將導(dǎo)致竄孔頻頻發(fā)生。顯然，按fspk≥520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計是不合理的。若設(shè)計要求復(fù)合地基變形不超過50mm,按fspk≥280kPa的設(shè)計要求確定的設(shè)計參數(shù)數(shù)樁長L＝8m、樁距S=1.7m不能滿足設(shè)計要求的限值。將設(shè)計參數(shù)調(diào)整為樁長L＝9m、樁距S=1.35m，復(fù)合地基變形為S＝49mm。即此時的設(shè)計要求為fspk≥393kPa?？⒐ず笞鰪?fù)合地基靜載檢驗將此值作為驗收條件。（3）問題3：主裙樓一體的結(jié)構(gòu)只提供主樓的荷載不提供裙房基底壓力主裙樓一體的結(jié)構(gòu)，主樓采用CFG樁復(fù)合地基時，允許對主體結(jié)構(gòu)地基承載力按《地基處理規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定作深度修正，將基礎(chǔ)底面以上的荷載按基礎(chǔ)兩側(cè)的超載考慮，當(dāng)超載寬度大于基礎(chǔ)寬度的兩倍時，可將超載折算成土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)兩側(cè)超載不等時，取小值。若不提供裙房的基底壓力，無法將基礎(chǔ)兩側(cè)的超載折算成土層厚度對主樓復(fù)合地基承載力作深度修正。（四）荷載嚴(yán)重不均如何提設(shè)計要求《地基規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)?shù)鼗帘容^均勻，上部結(jié)構(gòu)剛度比較好。、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6，且相鄰柱荷載及柱間距的變化不超過20％，基底反力按線性分布。同一基礎(chǔ)下如果荷載水平相差較大，比如框架－筒體體系，核心筒部分的荷載占總荷載的百分比甚至超過50％，這時不能用平均基底壓力進行地基設(shè)計，可對不同荷載水平區(qū)段分別給出荷載和承載力