筏板基礎(chǔ)和CFG樁復(fù)合地基在駐馬店市某工程的應(yīng)用

張勇強

摘 要：針對某一高層住宅建筑采用筏板基礎(chǔ)、CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計形式，綜合采用手算和YJK軟件計算該建筑物的沉降，并分析得出的計算結(jié)果。同時提出設(shè)計上的一些建議，以供建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考和探討。

關(guān)鍵詞：CFG樁復(fù)合地基 筏板基礎(chǔ) 沉降

0前言

隨著我國社會的快速發(fā)展和人們生活需求的不斷提神，我國的高層建筑數(shù)量越來越多，層數(shù)也越來越多，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。與此同時科技的進(jìn)步、強度高質(zhì)量輕的材料的出現(xiàn)以及施工機械化在建筑行業(yè)中的蓬勃應(yīng)用等又為高層建筑的建設(shè)提供了物質(zhì)和技術(shù)方面的支持。

為了保證建筑物的正常使用壽命，必須分析建筑物不均勻沉降的原因，從而制定有針對性的預(yù)防方法，來控制可能發(fā)生的建筑物不均勻沉降，以此來確保建筑物的正常使用。

1沉降原因

造成高層建筑的地基沉降有很多因素，人為因素、城市的規(guī)劃布局、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、資源的分布情況等都會對地基沉降產(chǎn)生不同程度的影響。

1.1 建筑的自重

直觀而言，相對于單、多層建筑，高層建筑的層數(shù)更多，總高度更高，主體結(jié)構(gòu)的水平荷載（風(fēng)荷載、水平地震作用）和豎向荷載（自重、恒荷載、活荷載）也更大，從而其作用于基礎(chǔ)底面上的壓力更大，顯然，地基的沉降也將會更大。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007-2011）中的基礎(chǔ)底面的壓力計算見公式（1），

（1）

式中：Pk——基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（kPa）；

Fk——上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力值（kN）；

Gk——基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重（kN）；

A——基礎(chǔ)底面面積（m2）。

因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對于高層建筑的沉降更需要引起的重視。

1.2 建筑的基礎(chǔ)類型

同樣由公式（1）得出，當(dāng)從建筑上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向荷載Fk、基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重Gk之和相同的情況下，基礎(chǔ)底面積A越大，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值Pk越小，從而引起建筑沉降越小。因此，單從基礎(chǔ)的類型來看，條形基礎(chǔ)要優(yōu)于獨立基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)又要優(yōu)于條形基礎(chǔ)。

1.3 地基土的性質(zhì)

從《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007-2011）中地基變形公式和壓縮模量計算公式

， （2）

（3）

式中：s——地基最終變形量（mm）；

s——按分層總和法計算出的地基變形量（mm）；

ψs——沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定；

n——地基變形計算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

p0——相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合時基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kPa）；

Esi——基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模具（MPa），應(yīng)取土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算；

zi、zi-1——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離；

ai、ai-1——基礎(chǔ)底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，可按本規(guī)范附錄K采用；

e0 ——土的孔隙比；

a——壓縮系數(shù)。

由公式（2）和公式（3）可知，各層地基土在自重壓力下的孔隙比越大，壓縮模量越大，地基變形就越小，即沉降越小。

2工程概況

某住宅建筑位于河南省駐馬店市，建筑高度為53.7m，占地面積1100m2，為一棟高層住宅樓，包括地上18層和地下1層，其中地下1層為地下車庫。

住宅樓的抗震設(shè)防分類為丙類，上部結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)。查閱《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010（2016年版）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010和該項目的《工程地質(zhì)勘察報告》得出：剪力墻抗震等級設(shè)置為四級，抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震加速度值為0.05g，地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期值為0.45s。

由于本工程存在作為地下車庫的地下室，如果采用多層、中低層框架結(jié)構(gòu)建筑常用的獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)顯然不合適。根據(jù)建設(shè)單位的建議和當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，設(shè)計上決定采用筏板基礎(chǔ)。此外，由于本工程沒有采用樁基礎(chǔ)，故需要對其地基進(jìn)行處理。經(jīng)過與建設(shè)單位的協(xié)商討論，從工程造價、工期、施工難易、施工經(jīng)驗、采購等方面綜合考慮，確定采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，即CFG樁復(fù)合地基。事實上，采用CFG樁復(fù)合地基也是該項目《工程地質(zhì)勘察報告》的結(jié)論建議之一。

3 CFG樁復(fù)合地基

復(fù)合地基是指部分土體被增加或被置換，形成由地基土和豎向增墻體共同承擔(dān)荷載的人工地基。而CFG樁復(fù)合地基是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成豎向增強體的復(fù)合地基。其與素混凝土樁在受力和變形特性方面沒有不同，區(qū)別僅在于樁體材料的構(gòu)成不同。

基礎(chǔ)混凝土強度等級為C30，基礎(chǔ)墊層為100mm厚C15混凝土，鋼筋等級為HRB400級。筏板基礎(chǔ)厚900mm，其平面尺寸沿建筑外輪廓延伸1500mm（局部延伸1600mm），配筋為C22@200雙層雙向拉通。CFG樁徑400mm，樁間距1800mm。施工樁頂標(biāo)高宜高于樁頂設(shè)計標(biāo)高不少于0.5m。采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁。樁體試塊抗壓強度 fcu≥20MPa。持力層為第⑤層粉質(zhì)粘土層，樁端進(jìn)入持力層內(nèi)>2d，有效樁長最小17m。詳細(xì)情況見圖1～圖2。

4工程沉降量計算

（1）根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中復(fù)合地基承載力特征值fspk計算見公式（3），

（3）

式中：m——面積置換率，m=（d*d）/1.13s，d為樁直徑，s為樁間距，計算得，m=0.039；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗取值，取0.9；

Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗取值，取0.9；

Ap——樁的截面積（m2）；

fsk——處理后樁間土承載力特征值，按地區(qū)經(jīng)驗取值，取90kPa。

（2）增強體單樁豎向承載力特征值Ra計算見公式（4）

（4）

式中：up——樁的周長（m）；

qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（kPa），可按地區(qū)經(jīng)驗確定；

lpi——樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；

ap——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗確定；

qp——樁端端阻力特征值（kPa），可按地區(qū)經(jīng)驗確定；對于水泥攪拌樁、旋噴樁應(yīng)取未經(jīng)修正的樁端地基土承載力特征值。

再結(jié)合上文中的圖1地質(zhì)柱狀示意圖和表2，采用公式（4）算出單樁豎向承載力特征值Ra=500kN。

最終，計算得出復(fù)合地基承載力特征值fspk為350Kpa。

（3）樁身抗壓強度平均值fcu應(yīng)滿足公式（5），

（5）

fcu≥20Mpa，顯然已經(jīng)滿足要求。

（4）地基沉降的最終變形量按公式（2）計算。由于公式（2）計算量較為復(fù)雜，因此采用YJK軟件計算。在輸入數(shù)據(jù)之后，得到了圖5沉降圖。從沉降圖中可看出，YJK軟件計算得出的地基沉降最大值為23mm。而該數(shù)據(jù)也恰好和該項目《工程地質(zhì)勘察報告》中擬算的數(shù)據(jù)（基礎(chǔ)中心沉降）一致，詳見表3。

5結(jié)論

通過上一節(jié)手算和YJK軟件計算得出的結(jié)果可以看出，該高層建筑最大沉降值和《工程地質(zhì)勘察報告》中的基礎(chǔ)中心沉降估算值很接近。進(jìn)而推斷確定，采用筏板基礎(chǔ)和CFG樁復(fù)合地基有效地控制了高層建筑的不均勻沉降，在實際工程中可以參考和采用該方案。

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