cfg樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)如何提設(shè)計(jì)要求

1、CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)如何提設(shè)計(jì)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(jì)在不同地區(qū)有不同的方式，有的地區(qū)結(jié)構(gòu)工程師既作上部結(jié)構(gòu)又作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，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(jì)，巖土工程師作復(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。其中，經(jīng)常遇到的一個(gè)問題是結(jié)構(gòu)工程師提供的設(shè)計(jì)資料不全或設(shè)計(jì)要求不夠準(zhǔn)確。 由于設(shè)計(jì)資料不齊全或設(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(jì)資料和設(shè)計(jì)要求是有益的。二、CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)所需的資料 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)需提供如下的資料：

2、 （1）工程地質(zhì)勘察報(bào)告； （2）相關(guān)的建筑、基礎(chǔ)平面圖和剖面圖；標(biāo)明±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；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(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（用于地基承載力驗(yàn)算）；（b）相應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（用于地基變形驗(yàn)算）；（c）當(dāng)主樓周圍有裙房（或車庫）時(shí)，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(duì)主樓地基承載力進(jìn)行修正。（d）當(dāng)需作抗沖切驗(yàn)算時(shí)（如框筒體系），尚需提供荷載設(shè)計(jì)值。（4）設(shè)計(jì)要求的復(fù)

3、合地基承載力和變形。三、常見的幾個(gè)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(jì)算有兩個(gè)主要內(nèi)容，一是復(fù)合地基承載力計(jì)算，二是復(fù)合地基變形計(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（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(yàn)算： （1）式中 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。（1） 式的左邊是荷載，右邊是抗力，

4、公式表示荷載不能大于抗力。地基處理設(shè)計(jì)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(jì)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和承載力特征值，再根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算深度修正項(xiàng)，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(duì)荷載和抗力進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)者無法了解自己的設(shè)計(jì)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)不能遺漏提供荷載。 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)范有關(guān)規(guī)定計(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PO , 它是使地基產(chǎn)生變形的有效應(yīng)力，數(shù)值上等

5、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，要計(jì)算PO必須知道相應(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。顯然，若不提供荷載就無法計(jì)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(jì)人員用基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)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(jì)人員用設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力特征值去計(jì)算變形，無論在規(guī)范上還是在概念上就更不合理了。（2） 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

6、程基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值為400kPa，設(shè)計(jì)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2040kPa作為安全儲(chǔ)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(duì)承載力可以作深度修正的規(guī)定，或沒有進(jìn)行具體計(jì)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(diǎn)、把深度修正項(xiàng)作為安全儲(chǔ)備而已。但實(shí)際工程不是這么簡單，下面分兩種情況加以討論：（a） 按承載力控制設(shè)計(jì)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(duì)淺埋基礎(chǔ)深度修正項(xiàng)數(shù)值較小，對(duì)工程影響不大；對(duì)高層建筑基礎(chǔ)埋深很大，不考慮深度修正項(xiàng)是不合理的。比如，某工程基底壓

7、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(jì)要求。若設(shè)計(jì)要求400kPa比規(guī)范允許值高了67，將造成不必要的浪費(fèi)。（b） 按地基變形控制設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的地基均應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定，也就是說，復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足承載力和變形兩個(gè)條件。按變形控制進(jìn)行地基設(shè)計(jì)通常按如下方法確定設(shè)計(jì)要求的承載力

8、：首先按（2）式確定的作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，確定樁長、樁徑、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（3）式計(jì)算模量提高系數(shù)計(jì)算復(fù)合地基變形，當(dāng)復(fù)合地基變形滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，相應(yīng)的就是設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，需調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)（增大樁長或減小樁距）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，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(jì)要求采用CFG樁復(fù)合地基方

9、案進(jìn)行地基處理，建筑物沉降量不大于200mm，。表1土層編號(hào)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）39.520820粉質(zhì)粘土33201230700160粉土292020251000中砂52012粉質(zhì)粘土由（2）式按fspk280kPa,作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)選用樁長L8m,樁距S=1.7m，褥墊厚度200mm。經(jīng)計(jì)算：,， >480kPa承載力滿足設(shè)計(jì)要求。模量提高系數(shù)，復(fù)合地基變形為S72mm,不大于設(shè)計(jì)要求的200mm。故對(duì)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

10、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(chǔ)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fspk520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)選用樁長L9m,樁距S=1.07m，才能滿足設(shè)計(jì)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S37mm,遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的200mm。 設(shè)計(jì)要求不同，設(shè)計(jì)參數(shù)和工程量也就不同。表2給出的是兩種設(shè)計(jì)要求時(shí)的設(shè)計(jì)參數(shù)和工程量。表2設(shè)計(jì)要求fspk(kPa)樁長（m）樁徑(mm)樁距（m）樁數(shù)方量(m3)fa(kPa)變形(mm)28084001.72002004897252094001.07

11、50356872637 由表2可知，按fspk520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計(jì)比按fspk280kPa增加方量184，除了增加造價(jià)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(duì)本工程樁端應(yīng)落在第層中砂上。樁長9m已落在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fspk520kPa的要求作復(fù)合地基設(shè)計(jì)是不合理的。 若設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基變形不超過50mm, 按fspk280kPa的設(shè)計(jì)要求確定的設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)樁長L8m、樁距S=1.7m不能滿足設(shè)計(jì)要求的限值。將設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整為

12、樁長L9m、樁距S=1.35m， 復(fù)合地基變形為S49mm。即此時(shí)的設(shè)計(jì)要求為fspk393kPa。竣工后做復(fù)合地基靜載檢驗(yàn)將此值作為驗(yàn)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(shí)，允許對(duì)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(jì)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(shí)不能用平均基底壓力進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，可對(duì)不同荷載水平區(qū)段分別給出荷載和承載