如何提設(shè)計(jì)要求

#專家論壇CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)如何提設(shè)計(jì)要求閆明禮許立波（中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所北京100013）（中航一集團(tuán)洛陽(yáng)613研究所洛陽(yáng)471000）［提要］介紹了復(fù)合地基設(shè)計(jì)所需的資料，以及提設(shè)計(jì)要求時(shí)常發(fā)生的一些問(wèn)題。［關(guān)鍵詞］CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)0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(jì)在不同地區(qū)有不同的方式。有的地區(qū)結(jié)構(gòu)工程師既做上部結(jié)構(gòu)，又做復(fù)合地基設(shè)計(jì)；有的地區(qū)則是結(jié)構(gòu)工程師做上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，巖土工程師做復(fù)合地基設(shè)計(jì)，復(fù)合地基設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)要求由結(jié)構(gòu)工程師提供。對(duì)于后面一種方式，常遇到的問(wèn)題是：結(jié)構(gòu)提供的設(shè)計(jì)資料不全或設(shè)計(jì)要求不夠準(zhǔn)確、甚至不合理，給復(fù)合地基設(shè)計(jì)帶來(lái)許多困難，或者給工程帶來(lái)不應(yīng)有的損失。下面和結(jié)構(gòu)工程師共同探討一下如何提供設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)要求。1CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)需提供的資料1.1工程地質(zhì)勘察報(bào)告1.2總平面圖；相關(guān)的建筑、基礎(chǔ)平面圖和剖面圖；±0.00對(duì)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；墻、柱、梁的位置；柱距、板厚梁高；如有裙房，應(yīng)標(biāo)明主樓和裙房（或車庫(kù)）的相關(guān)關(guān)系（如有后澆帶，應(yīng)標(biāo)明其位置）以及裙房（或車庫(kù)）的基礎(chǔ)形式和幾何尺寸。1.3建筑物荷載1.基底壓力滿足荷載線性分布條件時(shí)：（1）相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力和基礎(chǔ)底面邊緣處的最大壓力（用于承載力驗(yàn)算）；（2）相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力（用于地基變形驗(yàn)算）；（3）主樓周圍有裙房（或車庫(kù)）時(shí)，還應(yīng)提供裙房（或車庫(kù)）基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，以便考慮能否以及怎樣對(duì)主樓地基承載力進(jìn)行修正；（4）需作抗沖切驗(yàn)算時(shí)，尚需提供荷載設(shè)計(jì)值。2.基底壓力不滿足荷載線性分布條件時(shí)，應(yīng)分別提供每個(gè)柱荷載。若為框筒結(jié)構(gòu)，還提供核心筒荷載標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。1.4設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力和變形。對(duì)按變形控制設(shè)計(jì)的復(fù)合地基，按滿足荷載對(duì)承載力的要求和按滿足變形限值兩者中的大值提承載力要求。2常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題問(wèn)題1:只提對(duì)復(fù)合地基承載力特征值和復(fù)合地基變形的要求，而不提供荷載條件。復(fù)合地基計(jì)算主要包括復(fù)合地基承載力計(jì)算、復(fù)合地基變形計(jì)算。1.復(fù)合地基承載力計(jì)算復(fù)合地基承載力是根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）（簡(jiǎn)稱《地基規(guī)范》）和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）（簡(jiǎn)稱《地基處理規(guī)范》）,對(duì)軸心荷載作用時(shí)按下式進(jìn)行驗(yàn)算：P<f=f+丫（d-0.5）（1）kaspkm式（1）表示荷載不能大于抗力。式中，P為相k應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；f為修正后復(fù)合地基承載力特征值（根據(jù)《地基處理a規(guī)范》，只做深度修正，且修正系數(shù)取1.0）；f為spk復(fù)合地基承載力特征值；丫為基礎(chǔ)底面以上土的加m權(quán)平均重度；d為基礎(chǔ)埋置深度。地基處理工程師根據(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(jì)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和承載力特征值f，再根據(jù)基礎(chǔ)埋置深spk度計(jì)算深度修正項(xiàng)，由式（1）右部求得經(jīng)深度修正后的復(fù)合地基承載力特征值f。但如果結(jié)構(gòu)工程師沒(méi)有a提供荷載P，將無(wú)法按式（1）對(duì)荷載和抗力進(jìn)行比k較，就不能了解設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備是多少。因此結(jié)構(gòu)工程師提設(shè)計(jì)要求時(shí)不能忘了提供荷載條件。2.復(fù)合地基變形計(jì)算

CFG樁復(fù)合地基變形計(jì)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》計(jì)算復(fù)合地基變形，其中規(guī)定用于計(jì)算變形的荷載為相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力P0,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(shí)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(duì)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。因此，要計(jì)算P0必須知道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Y顯然，結(jié)構(gòu)工程師若不提供P,就無(wú)法確定P、0計(jì)算各土層的附加應(yīng)力，也就無(wú)法計(jì)算地基變形。有的結(jié)構(gòu)工程師只提供基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，讓地基處理工程師用基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算變形,是不符合規(guī)范要求的。有的結(jié)構(gòu)工程師甚至什么荷載都不提供，讓地基處理工程師用設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力特征值去計(jì)算變形，則無(wú)論在規(guī)范上還是在概念上都是不合理的。問(wèn)題2:要求復(fù)合地基承載力特征值f不小基spk底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，甚至在基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上增加5%-10%的安全儲(chǔ)備作為對(duì)f的要求。spk產(chǎn)生上述問(wèn)題的主要原因有兩種：1）疏漏了《地基處理規(guī)范》對(duì)承載力可作深度修正的規(guī)定；2）沒(méi)有進(jìn)行具體的計(jì)算分析，就憑直覺(jué)認(rèn)為不進(jìn)行深度修正無(wú)非就是保守一點(diǎn)，因此采用了過(guò)分簡(jiǎn)化的處理方式。f但實(shí)際工程中，深度修正對(duì)承載力特征值a有著顯著的影響。下面分兩種情況進(jìn)行討論：1.按承載力控制設(shè)計(jì)的工程由式（1）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(duì)淺埋基礎(chǔ)深度修正項(xiàng)Y（d-0.5）數(shù)值較小，對(duì)工程影響不大；對(duì)高層建筑m基礎(chǔ)埋深很大，不考慮深度修正項(xiàng)是不合理的。例：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,由式（1）求得f>240kPa即可滿足設(shè)計(jì)要求。若不考慮深度spk修正，要求f>400kPa，比規(guī)范允許值高出了67%,spk將造成不必要的浪費(fèi)。2.按地基變形控制設(shè)計(jì)的工程CFG樁復(fù)合地基變形按《地基規(guī)范》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可咅，即spk2)spkak式中f為基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值。ak根據(jù)《地基規(guī)范》，按變形控制設(shè)計(jì)的地基應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定，也就是說(shuō)，復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)同時(shí)滿足承載力和變形兩個(gè)條件。按變形控制設(shè)計(jì)時(shí)，通常按如下方法確定設(shè)計(jì)要求的承載力：首先按式（1）確定的f作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，確定樁長(zhǎng)、樁spk徑、樁距、褥墊厚度和樁體強(qiáng)度。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的/’按式（2）計(jì)算模量提高系數(shù)g,再計(jì)算復(fù)合地ak基變形。當(dāng)復(fù)合地基變形滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，相應(yīng)的fspkspk就是設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力；否則需調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)（增大樁長(zhǎng)或減小樁距等）重新設(shè)計(jì)，直到復(fù)合地基變形滿足設(shè)計(jì)要求為止，這時(shí)相應(yīng)的f才是設(shè)計(jì)spk要求的復(fù)合地基承載力。例:某工程基礎(chǔ)尺寸為24mX24m，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)土層參數(shù)見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)要求采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理，建筑物沉降量不大于200mm。工程地質(zhì)土層厚度及物理力學(xué)指標(biāo)表1土層底標(biāo)高（m）Y(kN/m3)Es(MPa)q,a(kPa)q/Pa(kPafak(kPa①粉質(zhì)粘土39.520820——②粉土33.0201230700160③中砂29.02020251000—④粉質(zhì)粘土5.02012———由式（按f>p_y（d-0.5）=480-20x（10.5-0.5）spkkm=280kPa作復(fù)合地基設(shè)計(jì)。取設(shè)計(jì)參數(shù)為：樁徑400mm、樁長(zhǎng)8m、樁距1.7m、褥墊層厚度200mm。驗(yàn)算如下：R=uYql+qA=416kNapsiipPi=1Rf=m—a+p(1一m)f=297kPaspkAakPf=f+y(d-0.5)=297+20x(10.5-0.5)aspkm=497kPa>480kPa，滿足承載力設(shè)計(jì)要求。模量提高系數(shù)g=f/f=297/160=1.9，復(fù)合spkak地基變形s=72mm<200mm,滿足變形設(shè)計(jì)要求。故對(duì)該工程提出的承載力要求應(yīng)為：復(fù)合地基承526kPa，f=726kPa526kPa，f=726kPa>>480kPaa主樓TS12B丘1連修正陶基聃埋探二di+d-載力特征值不小于280kPa，即可。如果要求復(fù)合地基承載力等于基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值，甚至還要增大安全儲(chǔ)備的話，會(huì)給工程帶來(lái)不必要的浪費(fèi)和其他的難題。比如按fsp|520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)選用樁徑400mm、樁長(zhǎng)9m、樁距1.07m,才能滿足設(shè)計(jì)要求。驗(yàn)算如下：g=526/160=3.29,s=37mm<<200mm由表2可知，按f>520kPa的要求作復(fù)合地基spk設(shè)計(jì)比按f>280kPa的要求增加184％的方量，除spk了增加造價(jià)和工期之外，技術(shù)上也有諸多問(wèn)題。比如，對(duì)本工程，為提高承載力需增加樁長(zhǎng)或縮小樁距，樁端應(yīng)落在層③中砂上。樁長(zhǎng)9m已落在層③中砂偏下的部位，且樁距小于3倍樁徑，超出規(guī)范要求。層②為飽和粉土，如此小的樁距，采用長(zhǎng)螺旋鉆泵送混凝土成樁工藝，將導(dǎo)致竄孔頻頻發(fā)生。若設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基變形不超過(guò)50mm,則按f>280kPa的要求確定的設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足設(shè)計(jì)要spk求，將設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整為樁長(zhǎng)9m、樁距1.35m，貝I」：f=393kPa，f=593kPa，s=49mm。spka此時(shí)的設(shè)計(jì)要求為f>393kPa?？⒐ず笞鰪?fù)合spk地基靜載檢驗(yàn)將此值作為驗(yàn)收條件。兩種設(shè)計(jì)要求時(shí)的設(shè)計(jì)參數(shù)和工程量比較表2設(shè)計(jì)要求fspk(kPa)樁長(zhǎng)(m)樁距(m)樁數(shù)方量(m3).fa(kPa)s(mm)28081.72002004897252091.0750356872637問(wèn)題3:主裙樓一體的結(jié)構(gòu)只提供主樓的荷載，不提供裙房的基底壓力、基礎(chǔ)類型和基礎(chǔ)尺寸。主裙樓一體的結(jié)構(gòu)，主樓采用CFG樁復(fù)合地基時(shí)，允許對(duì)主體結(jié)構(gòu)地基承載力按《地基規(guī)范》和《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(shí)，可將超載折算成土層厚度作為基礎(chǔ)埋深(圖1)。當(dāng)兩側(cè)超載不等時(shí)，取小值。若不提供裙房的基底壓力，無(wú)法將基礎(chǔ)兩側(cè)的超載折算成土層厚度對(duì)主樓復(fù)合地基承載力作深度修正。若不提供裙房的基礎(chǔ)類型和基礎(chǔ)尺寸，就無(wú)法考慮能否以及怎樣對(duì)主樓復(fù)合地基承載力作深度修正。⑹樓E的基出理探=rir此+右)倒I基礎(chǔ)遽罠的修止3結(jié)語(yǔ)全面、準(zhǔn)確的提供CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)所需的資料，對(duì)復(fù)合地基設(shè)計(jì)至關(guān)重要。文中僅介紹了三個(gè)最為常見(jiàn)的問(wèn)題，其它常見(jiàn)問(wèn)題的討論將后續(xù)介紹。參考文獻(xiàn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007—2002)[S].建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79－2002)[S].⑶閆明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].中國(guó)水利水電出版社,2001.作者簡(jiǎn)介：閆明禮，男，國(guó)家注冊(cè)土木工程師(巖土)，研究員，博士研究生導(dǎo)師，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼。現(xiàn)任建研地基基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司工程技術(shù)委員