CFG桩复合地基变刚度调平设计探析

陈述

摘要：本文结合实例阐述了变刚度调平设计在高层建筑CFG桩复合地基基础中的运用，既满足了建筑物的承载力要求，变桩长设计对建筑物的沉降也起到了很好的控制作用。

关键词：CFG桩复合地基；变刚度调平设计；加固效果

1、工程概况

建筑物长80m，宽18m，地上28层，地下2层，筏板基础。±0.000m对应的绝对标高为20.90m，室外地坪标高16.80m。长度方向52m处设有抗震缝，结构设计计算缝宽195.75mm，实际留置缝宽250mm。抗震缝左侧主楼（A段）整体高度86.55m，基底标高-7.85m，标准组合荷载490kpa，准永久组合荷载442kpa。抗震缝右侧主楼（B段）整体高度88.35m，基底标高-9.65m，标准组合荷载490kpa，准永久组合荷载474kpa。整个建筑物南、北、西三侧为地下车库，地下车库室内地坪标高为-6.70m。设计要求建筑物最终沉降量不大于60mm。（图1）：

2、地质情况

3、CFG桩复合地基设计

3.1复合地基承载力特征值的确定

由《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中5.2.1-1和5.2.4公式可得fspk≥pk-ηdγm（d-0.5）。考虑基础深度修正，并考虑地下车库自重影响（将地下车库自重看作0.5m厚土柱），则A段复合地基承载力特征值fspk，1≥pk-ηdγm（d-0.5）=490-1.0×18×（7.85-6.70+0.5-0.5）=469.30kpa，设计时按470kpa考虑。

B段复合地基承载力特征值：

fspk，2≥pk-ηdγm（d-0.5）=490-1.0×18×（9.65-6.70+0.5-0.5）=436.90kpa，设计时按440kpa考虑。

3.2桩长的确定

因本工程需要计算建筑物的对倾，则桩长应按变形值控制。A段基础基底附加压力po1=442-18×（16.80-20.9+7.85）=374.50kpa，B段基础基底附加压力po2=474-18×（16.80-20.9+9.65）=374.10kpa。选取图一中A1，A2，A3，A4点，考虑相邻荷载的影响（即A段基础附加压力对B段基础的影响或B段基础附加压力对A段基础的影响），采用角点法按天然地基计算基底下各层土的自重应力与附加应力。四点基础底面以下各层土的压缩模量Ei取土的自重应力至自重应力与附加应力之和的压力段计算。选取桩长分别试算四点处地基变形，变形计算公式为《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中5.3.5式。计算A1，A2，A3，A4点的地基变形时，桩长范围内的土的压缩模量应乘以模量提高系数ζ值，ζ=fspk/fak（为桩间土的天然地基承载力特征值），建议ζ值不大于3。地基变形计

算深度zn应符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）下式要求，即，式中：——在计算深度范围内，第i层土的变形值；——在由计算深度向上取厚度为的土层计算变形值，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中表5.3.6确定。本工程计算结果见下表：

3.5验算加固区土层承载力和软弱下卧层承载力

根据计算的有效桩长类型，分别计算加固区土层承载力和地基受力层范围内软弱下卧层承载力，本工程经计算均满足，在此不做详细的计算。

4、复合地基加固效果

4.1低应变试验结果

建筑物基础下共布桩654根CFG桩，低应变试验抽检数量为70根，桩身完整性类别为Ⅰ类和Ⅱ类，低应变试验反映桩身没有缺陷，全部合格。

4.2复合地基承载力检测

本工程分别对6个区域进行了复合地基承载力的检测，每个区域抽检3根，检测结果表明D1、D2、D3区复合地基承载力特征值均达到470kpa，D3、D4、D5区复合地基承载力特征值均达到440kpa。

4.3变形观测结果

计算结果表明抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离均大于设计的抗震缝宽度195.75mm，满足设计要求。

4.4建筑物对倾情况

4.4.1依沉降观测结果计算抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离

抗震缝处南侧A段主楼顶与B段主楼顶的对倾：

A段楼倾斜值S1=（28.22-20.35）&pide;52×86.55=13.10mm。

B段楼倾斜值S2=（27.49-19.25）&pide;28×88.35=26.00mm。

则抗震缝处南侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离D1=250-13.10-26.00=210.90mm。

抗震缝处北侧A段主楼顶与B段主楼顶的对倾：

A段楼倾斜值S1=（29.48-19.82）&pide;52×86.55=16.08mm。

B段楼倾斜值S2=（28.53-18.30）&pide;28×88.35=32.28mm。

则抗震缝处北侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离D2=250-16.08-32.28=201.64mm。

计算结果表明抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离均大于设计的抗震缝宽度195.75mm，满足设计要求。

4.4.2实际测量抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离

建筑物封顶外装前，测量公司观测抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离，测得抗震缝处南侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离D1=212mm。抗震缝处北侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离D2=205mm。实际测量结果表明抗震缝处南北两侧A段主楼顶与B段主楼顶的距离均大于设计的抗震缝宽度195.75mm，满足设计要求。

5、小结

（1）考虑抗震缝两侧不同设计单元对倾影响的复合地基变刚度调平设计，桩长应由变形值控制，桩端也应进入较好的持力层。除考虑建筑物抗震缝两侧不同单元的对倾值满足设计要求外，还应考虑面积置换率，特别是较短桩区域的布置，桩距应满足3～5倍桩径。

（2）本工程抗震缝两侧A、B段基础持力层也不同，故抗震缝处的沉降点选取2点（A2点、A3点）进行计算。因基础连为一体，抗震缝处的沉降点计算结果也应接近，否则此处沉降差异过大致使基础断裂。

（3）观测点测量值远小于沉降点计算值的原因：①变形计算模式采用弹性力学的弹性半空间解，将地基看成均质的线性变形半空间。计算附加压力时，将基底压力看成柔性荷载，而没有考虑基础和结构的刚度影响。②CFG桩加固区计算采用的是复合模量法，预估时模量提高系数ζ=fspk/fak（fak为桩间土的天然地基承载力特征值），复合地基计算时CFG桩的侧阻力和端阻力的取值可能偏于保守，实际单桩强度特征值高，复合地基承载力fspk大，模量提高系数ξ大，最终实测沉降值偏小。③建筑物楼座荷载还没有达到其设计荷载，固结尚未终了，预计将来最终沉降量会与计算值比较接近。

（4）利用复合地基变刚度调平设计的理念和方法，既满足了建筑物的承载力要求，变桩长设计对建筑物的沉降也起到了很好的控制作用。

参考文献

[1]建筑桩基技术规范.JGJ94-2008.中国建筑工业出版社，2008-8.

[2]刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用.中国建筑工业出版社，2008-09-01.

[3]08版-JCCAD用户手册及技术条件.