■焦學(xué)林 ■煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研究院，安徽 合肥 230041

現(xiàn)階段，隨著城市建設(shè)不斷發(fā)展，高層住宅建筑日益增加，在對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計是重中之重，建筑物的地基只有在滿足變形與受力條件的前提下，才能確保建筑結(jié)構(gòu)體系的安全。而CFG樁復(fù)合地基具備較強的承載力與變形小的特點，且造價相對較低，施工工藝成熟和施工質(zhì)量可靠，滿足了現(xiàn)階段高層建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計的條件。由此可見，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，對CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計至關(guān)重要。

1 CFG的概述

復(fù)合地基是指在天然地基在地基處理過程中，在天然地基中設(shè)置加筋體，由天然地基土體和增強體及鋪設(shè)在增強體頂部的褥墊層部分組成共同承擔(dān)荷載的人工地基。所謂地基處理中的CFG樁，是指由粉煤灰、水泥以及碎石的混合物等加水?dāng)嚢韬驮谕林泄嘧亩纬韶Q向的增強體。與其他的復(fù)合地基相比，CFG樁復(fù)合地基具有地基變形小、較高承載力以及使用范圍廣的優(yōu)點。目前，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工中，CFG樁復(fù)合地基不但適用于獨立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)，而且還適用于伐基與箱基。針對CFG樁的特性來講，其主要適用于粉土、粘性土、砂土以及正常固結(jié)的素填土等地基，對于淤泥質(zhì)的地基采用CFG樁處理地基，應(yīng)該對其進(jìn)行現(xiàn)場的試驗并確定其適用性。高層建筑結(jié)構(gòu)的地基采用CFG復(fù)合地基，不僅能夠提高地基的承載力，減少結(jié)構(gòu)的沉降，同時對高層建筑與裙房之間的結(jié)構(gòu)不均勻沉降也能夠進(jìn)行有效的控制。此外，CFG樁復(fù)合地基具備造價低、施工工藝簡潔的優(yōu)點，能夠提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

2 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計的原則與處理方法

2.1 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計的原則

針對高層住宅建筑，在運用CFG樁復(fù)合地基對其進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)該遵守以下原則:(1)CFG復(fù)合地基設(shè)計前，應(yīng)具備場地巖土工程的勘察、上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計和場地環(huán)境等有關(guān)資料。(2)CFG復(fù)合地基設(shè)計應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對對地基處理的要求、工程和水文地質(zhì)、工期、地區(qū)經(jīng)驗和環(huán)保等要求，選用技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的方案。(3)CFG樁復(fù)合地基的地基承載設(shè)計必須滿足上部結(jié)構(gòu)能夠承受地基的壓力。結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)依據(jù)上部結(jié)構(gòu)的計算對地基承載力的要求，并依據(jù)建筑場地巖土工程的勘察報告對CFG樁的樁徑、持力層、計算樁的承載力、樁體強度以及有效樁長進(jìn)行確定設(shè)計;滿足其復(fù)合地基承載力的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)合理選擇上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式，明確基礎(chǔ)的受力范圍。確定基礎(chǔ)的平面尺寸，滿足CFG樁的布置要求;(4)針對高層建筑形態(tài)復(fù)雜以及裙房不設(shè)沉降縫的建筑，應(yīng)該對地基以及基礎(chǔ)進(jìn)行協(xié)調(diào)變形驗算。如CFG樁端以下仍然存在較軟弱的土層時，應(yīng)驗算下臥層的地基強度。(5)應(yīng)根據(jù)復(fù)合地基的荷載轉(zhuǎn)遞特性，設(shè)置合理厚度的褥墊層，保證復(fù)合地基中樁體和樁間土共同承擔(dān)荷載。(6)CFG樁復(fù)合地基應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基共同作用的原理進(jìn)行設(shè)計。

2.2 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計的處理方法

2.2.1 高層建筑CFG樁復(fù)合地基作用機理

復(fù)合地基簡單講就是指經(jīng)過人工處理過的地基，CFG樁復(fù)合地基是用各種成樁地基中制成的強度等級≥C25的樁，其樁間土、樁土以及褥墊層共用構(gòu)成剛性樁復(fù)合地基。CFG樁增強體對提高地基承載力和減小變形起著非常重要的作用。CFG樁的作用效應(yīng)表現(xiàn)為:墊層效應(yīng)、樁體效應(yīng)、對周邊土體的擠密或擾動效應(yīng)、排水效應(yīng)和加筋效應(yīng)。

2.2.2 高層建筑CFG樁復(fù)合地基的加固機理

建筑的地基承受結(jié)構(gòu)上部的垂直荷載時，樁間土以及樁之間都會發(fā)生變形與沉降。在建筑剛性基礎(chǔ)下面設(shè)置褥墊層，樁可以向上刺入褥墊層，隨著這一變化，墊層中的墊層材料經(jīng)過不斷的調(diào)整補充到樁間土之上，進(jìn)而確保樁間土與荷載下樁一直參與工作。褥墊層的作用主要有:保證增強體與周邊土共同承擔(dān)荷載、減小上部基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中、褥墊層的厚度可以調(diào)整樁與土體的豎向和水平荷載分擔(dān)比。

3 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計分析

3.1 CFG樁復(fù)合地基面積置換率

地基面積置換率與樁的平面布置方式(通常有:等邊三角形、正方形和矩形三種)有關(guān)，CFG樁復(fù)合地基的面積置換率是根據(jù)公式對其進(jìn)行計算，其公式為:m=Ap/Aε(m為地基面積置換率、Ap為樁截面積、而Aε是單根樁的分擔(dān)處理的面積)。

3.2 CFG樁復(fù)合地基單樁承載力特征值計算

如巖土工程勘察中的報告提供了樁基的極限側(cè)阻力、極限端阻力的標(biāo)準(zhǔn)值qsik、qpk，單樁豎向承載力特征值計算公式為:

如報告提供樁的側(cè)阻力的特征值為qsi、而其端阻力的特征值為qp，其單樁豎向承載力的特征值為:

除對單樁豎向承載力進(jìn)行計算外，還應(yīng)同時考慮樁身的強度滿足單樁豎向承載力的要求。

3.3 CFG樁復(fù)合地基承載力特征值

CFG樁復(fù)合地基承載力的特征值，應(yīng)通過豎向抗壓載荷試驗或綜合樁體豎向抗壓載荷試驗和樁間土豎向抗壓載荷試驗，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗綜合確定。CFG樁復(fù)合地基承載力的特征值可按以下的公式對其進(jìn)行估算:fspk=βpmRa/Ap+βs(1－m)fsk，fsk為天然的地基承載力;βp為樁承載力折減系數(shù);βs為樁間土承載力折減系數(shù);

3.4 CFG樁復(fù)合地基變形驗算

復(fù)合地基變形驗算時，應(yīng)依據(jù)樁長范圍內(nèi)的土層分布情況，對樁長范圍內(nèi)的土的壓縮模量進(jìn)行合理的提高，其中復(fù)合地基土層的壓縮模量是天然土層的壓縮模量的ξ倍。其地基壓縮模量提高系數(shù)的計算公式為:ξ=fspk/fsk。

4 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計注意事項

高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計應(yīng)該滿足樁土共同作用的原則，上部結(jié)構(gòu)的剛性基礎(chǔ)與復(fù)合地基間設(shè)置褥墊層等構(gòu)造措施來保證實施樁土的共同作用。主要應(yīng)該注意以下幾個內(nèi)容:(1)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計前，要全面了解和掌握與工程有關(guān)工程和水文地質(zhì)、場地周邊環(huán)境資料、當(dāng)?shù)亟ㄖ┕すに嚰八?同時要了解上部結(jié)構(gòu)的信息及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式，提供合理的、經(jīng)濟(jì)的、安全可靠的地基處理方案與業(yè)主溝通。(2)合理確定復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)。(3)確定合理的CFG樁單樁承載力，采用合理經(jīng)濟(jì)的樁徑、樁長及樁的平面布置方式。(4)建筑物長期最大沉降量及沉降差的進(jìn)行合理控制。(5)復(fù)合地基處理施工過程中結(jié)構(gòu)設(shè)計師對地基處理的質(zhì)量跟蹤，發(fā)現(xiàn)問題要及時分析和提供處理方案。地基處理施工完成后要進(jìn)行樁體質(zhì)量檢測，同時對處理后的復(fù)合地基進(jìn)行豎向抗壓載荷試驗。確保復(fù)合地基的承載力滿足上部結(jié)構(gòu)的承載要求，從而保證整個結(jié)構(gòu)的安全。

5 結(jié)論

根據(jù)本文的論述可知，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們以及社會對高層建筑的需求日益增加，目前比較多的高層建筑采用CFG樁復(fù)合地基。采用CFG樁復(fù)合地基不僅能夠降低施工造價成本，提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，還提高了建設(shè)單位及施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，結(jié)構(gòu)設(shè)計師在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基設(shè)計過程中必須嚴(yán)格遵守設(shè)計的原則和規(guī)范，采取合理地方法，對其進(jìn)行科學(xué)的計算、精心合理的設(shè)計，進(jìn)而保證高層建筑地基的穩(wěn)固性。

［1］李虎林，沈紅蕾.CFG樁復(fù)合地基在鄭州高層住宅中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2011(04).

［2］王開軍.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計相關(guān)問題的探討［J］.山西建筑，2010(14).

［3］程宏生.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計理論與應(yīng)用［D］.長沙:中南大學(xué)，2010.