摘要：本文以工程實(shí)例闡述剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)，包括復(fù)合地基的計(jì)算、設(shè)計(jì)思路、理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)果的比較和分析。為樁土共同作用的工程設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：復(fù)合地基；夯擴(kuò)樁；設(shè)計(jì)計(jì)算；
中圖分類(lèi)號(hào)：TU47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1、 剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思想
由于剛性樁復(fù)合地基和復(fù)合樁基礎(chǔ)作用機(jī)理比較類(lèi)同，筆者認(rèn)為現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)設(shè)計(jì)原則可供剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)參考。比如以極限狀態(tài)為原則，按“設(shè)計(jì)值”進(jìn)行設(shè)計(jì)。在準(zhǔn)確分析工程特征、工程地質(zhì)資料及選擇好樁型的前提下，須選定一個(gè)相對(duì)硬層，作為剛性樁的端層。并且必須進(jìn)入一定深度，以保證端承力的發(fā)揮和必要的側(cè)向約束。須避免將樁端置于軟土層上。此外還必須計(jì)算樁長(zhǎng)、樁間距，單樁承載力極限值、設(shè)計(jì)值，驗(yàn)算樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，驗(yàn)算群樁整體破壞的可能性。
對(duì)于剛性樁復(fù)合地基來(lái)說(shuō)，由于樁土應(yīng)力比較大，須在樁頂以上鋪設(shè)100mm-300mm厚的砂石褥墊層，以調(diào)整樁土應(yīng)力比，增大基底摩擦。褥墊層的厚度可以根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特征、基礎(chǔ)形式、樁間土性質(zhì)及其對(duì)地基變形的要求等因素綜合選定。
2、 剛性樁復(fù)合地基特點(diǎn)
剛性樁復(fù)合地基即是采用剛性樁增強(qiáng)天然地基的部分土體，通過(guò)設(shè)置于基礎(chǔ)和樁之間的褥墊層來(lái)使增強(qiáng)體和地基土共同承擔(dān)荷載的人工地基。夯擴(kuò)樁是沉管灌注樁的施工工藝與機(jī)械擠擴(kuò)樁的樁基基礎(chǔ)相結(jié)合的產(chǎn)物，即用柴油錘等將內(nèi)外雙管打入樁位，采用夯擴(kuò)的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)大成大頭形的一種樁型。它具有止淤止水，減少縮頸和斷樁，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
3、工程概況
該工程為小高層住宅，地下設(shè)一層人防地下室(基坑開(kāi)挖深度約4．5 m)，地
面以上為14層，屋面標(biāo)高為42．850 m。結(jié)構(gòu)體系為壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)�；A(chǔ)原設(shè)計(jì)采用大直徑鉆孔灌注樁，以7—2強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r為持力層，在現(xiàn)場(chǎng)試樁至3夾塊石混(粉)砂土層，鉆孔難度大，速度很慢，無(wú)法穿透地基中存在的古江堤護(hù)坡的條石、塊石。經(jīng)可行性及經(jīng)濟(jì)性的多方案比較，地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案改為剛性樁復(fù)合地基。
4剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)
4．1樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案
根據(jù)補(bǔ)充施工勘探報(bào)告揭露的地質(zhì)，本場(chǎng)地的巖溶發(fā)育，鉆探見(jiàn)洞率高，場(chǎng)地的基巖變化起伏大。為避免基礎(chǔ)沉降大和地基承載力小的問(wèn)題，根據(jù)復(fù)合地基的承載機(jī)理，決定對(duì)塔樓部分采用剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方案。
選夯擴(kuò)樁做為剛性樁是因?yàn)槠湓跇抖诵纬蓴U(kuò)大頭，提高了樁端支承面積，同時(shí)夯擴(kuò)擠密了樁端土，增大了樁端阻力，最終使得樁承載力得到提高。采用樁身直徑500 mm，擴(kuò)大頭直徑為900mm的夯擴(kuò)樁，等邊三角形布樁，樁中心距為1.75m,樁端持力層為地質(zhì)資料中③2、③3編號(hào)的粉質(zhì)粘土層或石灰?guī)r面，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C25。由夯擴(kuò)樁單樁豎向承載力特征值公式Rk=πdΣLixqsa+π/4xD²xβxqpa根據(jù)鉆孔資料計(jì)算出Rk范圍在736kN~1183 kN,取所有鉆孔承載力計(jì)算的平均值為1000 kN。但因?yàn)榛A(chǔ)在溶洞發(fā)育地區(qū)，所以對(duì)Rk取調(diào)整系數(shù)0.6，則最后單樁豎向承載力特征值為600 kN。
4.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
該工程剛性樁(長(zhǎng)樁)采用西457 x 12鋼管樁，有效樁長(zhǎng)為36 m，以7—2強(qiáng)風(fēng)化沉凝灰?guī)r為持力層。樁頂用鋼板封閉與地下室底板間設(shè)置150 mm(工時(shí)改為200 mm)墊層和70mm厚的C10凝土墊層。地下室底板下有一層平均厚度為1．85 m、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為160 kPa的粘質(zhì)粉土，考慮到此層土較薄，采取用φ426的振動(dòng)沉管砂石短樁加固3—2粉砂層。
4.3復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)計(jì)算
考慮樁的設(shè)置對(duì)承載力的影響效應(yīng)時(shí)，對(duì)剛性樁復(fù)合地基通常CFG合地
基承載力計(jì)算方法，即
式中： fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；m——樁土面積置換率；d ——樁身外直徑（m）；de——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑（m），按等邊三角形布樁時(shí)，de可按1.05s取值；Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap——包括樁芯土在內(nèi)的樁橫截面全面積（m2）；β——樁間土承載力折減系數(shù)；fsk—— 修正后樁間土承載力特征值（kPa）；s——樁間距。
承載力僅是設(shè)計(jì)控制必須遵循的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，具體設(shè)計(jì)主要還取決于建筑物沉降控制要求。對(duì)大樁距剛性樁復(fù)合地基，確定復(fù)合地基承載力特征值時(shí)，對(duì)樁間土承載力乘以折減系數(shù)來(lái)反映工作荷載下樁間力的發(fā)揮程度在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)上是不合理的。當(dāng)樁距較小時(shí)，如復(fù)合地基整體達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，樁間土承載力仍不能充分發(fā)揮，這時(shí)將樁間土承載力乘以折減系數(shù)，這是必要的。
4.4褥墊層設(shè)置
對(duì)褥墊層進(jìn)行分析，其處于兩種極端情況時(shí)，對(duì)樁上荷載向樁間土的轉(zhuǎn)移不利。其一，若褥墊層為絕對(duì)剛性，墊層就成為了基礎(chǔ)的一部分；其二，若褥墊層為絕對(duì)柔性，褥墊層又成為樁間土的一部分。這兩種情況都會(huì)使褥墊層形同虛設(shè)，而在這二者之間，必然存在適當(dāng)“剛度”的褥墊層，能使樁間土充分發(fā)揮作用。所謂適當(dāng)“剛度”，關(guān)鍵是要達(dá)到兩個(gè)目的。
第一保證在樁頂應(yīng)作用下樁能刺入褥墊層中，即前面所說(shuō)的變形對(duì)樁與樁間土承載力的影響；第二使褥墊層在樁間土應(yīng)力作用下不產(chǎn)生過(guò)大的壓縮變形。前者的目的是樁刺入后，樁頂褥墊層材料向樁間土上部移動(dòng)，加之樁間土的面積大，使樁間土分擔(dān)荷載不產(chǎn)生卸載，樁“刺入”褥墊層后，樁頂對(duì)褥墊層的作用進(jìn)入塑性階段，增加樁頂荷載P
p增加不大，P增加的絕大部分由樁間土承擔(dān)。后者實(shí)質(zhì)上是當(dāng)樁間土不會(huì)由于褥墊層有較大變形，而不能分擔(dān)荷載。設(shè)褥墊層的極限承載力為fu 要保證樁刺入褥墊層則樁頂應(yīng)力p應(yīng)大于褥墊層極限承載力如果褥墊層的厚度太薄，樁頂壓實(shí)區(qū)I實(shí)體會(huì)頂住基礎(chǔ)，刺入難度加大，樁頂褥墊層向樁間土區(qū)域轉(zhuǎn)移量小，則樁間土作用發(fā)揮較小，甚至復(fù)合地基可能變?yōu)橐话銟痘�。太厚，樁刺入量�?huì)很大，基礎(chǔ)沉降量大，并且會(huì)增加基礎(chǔ)造價(jià)，也加大地基土的荷載作用。筆者從樁刺入時(shí)的受力機(jī)理分析，提出褥墊層最小厚度的概念。這是基于以下考慮；滑動(dòng)面不受基礎(chǔ)底面的干擾，則基礎(chǔ)底應(yīng)在滑動(dòng)面頂點(diǎn)以上，其對(duì)滑動(dòng)面阻力最�。�
基礎(chǔ)底在壓實(shí)區(qū)1Ⅱ頂點(diǎn)以上、塑性區(qū)Ⅱ頂點(diǎn)以下，基礎(chǔ)對(duì)滑動(dòng)面產(chǎn)生阻力。褥墊層的壓縮模量應(yīng)大于樁間土的壓縮模量若干倍以保證不因褥墊層變形過(guò)大而減少樁間土的承擔(dān)荷載。
4.5樁身強(qiáng)度確定
由樁身強(qiáng)度驗(yàn)算公式Ra≤ψc Ap fc（式中ψc為工作條件系數(shù)取0.7）可得fc≥1000/(0.7x0.19625)=7.28N/mm²，查《混凝土規(guī)范》選用C25，fc=11.9N/mm²，滿(mǎn)足要求。
4.6沉降計(jì)算：
復(fù)合地基的沉降計(jì)算采用分層總和法進(jìn)行，把總沉降量分為加固區(qū)的沉降S1和下臥層的沉降S2，總沉降采用兩者之和。此處要注意的是由于復(fù)合地基加固區(qū)是土體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載，增加體和土體應(yīng)看做一個(gè)整體來(lái)考慮復(fù)合模量。由規(guī)范可知復(fù)合模量表達(dá)式為Esp= Es x(fspk / fak)，其中fak為天然地基土承載力特征值。限于篇幅不再演算計(jì)算過(guò)程，最終沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求。
5、結(jié)語(yǔ)
本工程采用剛性樁復(fù)合地基 充分發(fā)揮了樁間土的承載力大幅度減少樁的造價(jià)減少施工難度 加快工程進(jìn)度其承載力和變形均能滿(mǎn)足規(guī)范要求由于復(fù)合地基修正的承載力特征值取值偏低地基承載力是偏安全的
參考文獻(xiàn)
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