1、1某高层建筑地基设计实例分析摘要：天然地基都有一定的承载力，当设计的基础应力超过天然地基的承载力时，如何能充分利用天然地基的承载力，同时使超过 天然地基承载力的部分采用桩基承担，使土的承载力得以充分发挥。本文通过工程实例阐述复合地基在工程上的应用。 关键词：复合地基；夯扩桩；设计计算；溶洞 中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号： 1、刚性桩复合地基特点 刚性桩复合地基即是采用刚性桩增强天然地基的部分土体，通过设置于基础和桩之间的褥垫层来使增强体和地基土共同承担荷载的人工地基。夯扩桩是沉管灌注桩的施工工艺与机械挤扩桩的桩基基础相结合的产物，即用柴油锤等将内外双管打入桩位，采用夯扩的方式将
2、桩端现浇混凝土扩大成大头形的一种桩型。它具有止淤止水，减少缩颈和断桩，工程造价低等优点。 2 刚性桩复合地基的工作机理 刚性桩复合地基主要通过挤密(反映在桩土应力比上)和置换(反映在置换率上)两种途径来大幅度地提高复合地基承载力。在外荷载作用下，复合地基中桩与土是在等变形条件下工作的。由于桩土刚度差异较大，桩身压缩变形量小于桩间土的压缩变形量，两者的差距需由桩与土的相2对位移来完成。由于刚性桩桩土应力及压缩模量都较大，特别是桩端有好土时，将难于向下刺人满足变形协调。因此，刚性桩复合地基设计计算中褥垫层的设置成为关键。有资料表明，调节褥垫层的厚度能明显改变刚性桩复合地基的承载力与变形。刚性桩复合
3、地基在加荷初期，是与基础直接接触的褥垫层受到垂直荷载的作用而压缩，随着进一步的加荷，荷载将均匀地传递到桩顶及桩间土，由于面积置换率小，在加荷不大时桩土应力比接近于 1，这时绝大部分荷载由桩间土承担。随着荷载增加，桩问土压缩沉降加大，桩土应力比随之逐渐增大，上部荷载逐渐向桩转移，通过褥垫层对荷载的调整作用，而使桩问土的承载力得以充分发挥，而大于桩间土承载能力的荷载由桩承担，从而实现桩土共同作用。因此，刚性桩复合地基可通过增大桩径、缩小桩间距来提高置换率；也可通过增加桩长，将桩打到硬土层来提高单桩承载力，大大提高桩土应力比从而增大复合地基承载力。 3、工程概况 某建筑物地上 16 层、一层地下室的
4、住宅，楼高 54.00m，一期地上总建筑面积 112278 ?，地下总建筑面积为 25604 ?。场地的复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，建筑场地类别为三类，建筑物地基基础设计等级为乙级。地下室底板板厚 400 mm，采用 C30 微膨胀混凝土。 4 刚性桩复合地基设计方案 根据补充施工勘探报告揭露的地质，本场地的岩溶发育，钻探见洞率高，场地的基岩变化起伏大。为避免基础沉降大和地基承载力小的问题，根据复合地基的承载机理，决定对塔楼部分采用刚性桩复合地基的3设计方案。选夯扩桩做为刚性桩是因为其在桩端形成扩大头，提高了桩端支承面积，同时夯扩挤密了桩端土，增大了桩端阻力，最终使得桩承载力得到提高。
5、采用桩身直径 500 mm，扩大头直径为 900mm 的夯扩桩，等边三角形布桩，桩中心距为 1.75m,桩端持力层为地质资料中2、3编号的粉质粘土层或石灰岩面，桩身混凝土强度等级均为 C25。由夯扩桩单桩竖向承载力特征值公式 Rk=dLixqsa+/4xDxxqpa 根据钻孔资料计算出 Rk 范围在 736kN1183 kN,取所有钻孔承载力计算的平均值为 1000 kN。但因为基础在溶洞发育地区，所以对 Rk 取调整系数0.6，则最后单桩竖向承载力特征值为 600 kN。 5 刚性桩复合地基设计 针对尽可能减少主楼的地基沉降这一目的，选用 600 的桩，以基底下 17.1m 的中粗砂层为桩端
6、层，并要求进入 0.9m，设计桩长 17.0m。桩顶以上铺设 100mm 厚的级配砂石。计算得单桩承载力极限值Qu=2000kN，设计值 R=1200kN，桩间土承载力设计值 fsp=318 kPa，桩间土承载力折减系数 取 0.7，计算得桩土面积置换率 m=0.081，正方形布桩，计算桩中心距为 1.87m 结合基础形式，实际采用矩形布桩，桩中心距为 1.850m x1.825，桩土面积置换率为 0.084。整个工程共布桩 684根。 5.1 设计计算 （1）天然地基承载力特征值计算 勘察报告中提供的淤泥质土承载力特征值的经验值 fak 为 60kPa，基础底面土的加权平均重度 m=6kN/
7、m，地下室的抗浮水位的高程4按地勘报告为0.00m，基础埋深 d 为 5.8m。对 18 层且有 1 层地下室的住宅塔楼，经深宽修正后的承载力特征值为 91kPa。 根据广厦软件计算结果，建筑物每层结构自重加活载按 19kPa（考虑底板）计算，主楼地上 18 层，地下室 1 层共 19 层，则基底附加压力Po=19x19-16x5.8=268kPa。则复合地基竖向承载力特征值 fspk 应不小于268 kPa。 （2）桩间距的确定 复合地基竖向承载力特征值公式如下： （1-1） （1-2） 式中： fspk复合地基承载力特征值（kPa） ；m桩土面积置换率；d 桩身外直径（m） ；de一根桩分
8、担的处理地基面积的等效圆直径（m） ，按等边三角形布桩时，de 可按 1.05s 取值；Ra单桩竖向承载力特征值（kN） ；Ap包括桩芯土在内的桩横截面全面积（m2） ；桩间土承载力折减系数；fsk 修正后桩间土承载力特征值（kPa） ；s桩间距。 由已知复合地基竖向承载力特征值，单桩竖向承载力特征值和淤泥质土承载力特征值可由公式 1-1 求出桩土面积置换率 m；再由 1-2 公式即5可确定桩间距 复合地基竖向承载力特征值计算表 则可初步确定桩间距为 1.75m,此时复合地基承载力特征值为 270 kPa。 （3）桩身强度确定 由桩身强度验算公式 Rac Ap fc（式中 c 为工作条件系数取
9、0.7）可得 fc1000/(0.7x0.19625)=7.28N/mm，查混凝土规范选用 C25，fc=11.9N/mm，满足要求。 （4）沉降计算： 复合地基的沉降计算采用分层总和法进行，把总沉降量分为加固区的沉降 S1 和下卧层的沉降 S2，总沉降采用两者之和。此处要注意的是由于复合地基加固区是土体和增强体共同承担荷载，增加体和土体应看做一个整体来考虑复合模量。由规范可知复合模量表达式为 Esp= Es x(fspk / fak)，其中 fak 为天然地基土承载力特征值。限于篇幅不再演算计算过程，最终沉降满足规范要求。 3、结束语 通过该工程设计可初步得出以下体会： (1)桩土共同作用是
10、一个复杂过程，随着沉降的发展，桩、土的荷载分担不断变化。为保证桩、土共同作用，使短桩和土的复合地基的承载6力充分发挥，刚性桩(长桩)顶面与基础底板间需有一定的褥垫层。褥垫层须密实、均匀。 (2)刚性桩复合地基可以较好地发挥桩体和桩间土的效用。刚性疏桩可以减少复合地基及下卧层的压缩量，达到控制沉降的目的。 (3)刚性桩复合地基在工程实际中，能有效降低造价，具有较好的经济效益。 参考文献 1 建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2002） ，中国建筑工业出版社, 2002 2 建筑地基处理技术规范 （JGJ79-2002） ，中国建筑工业出版社, 2002 3 CFG 桩复合地基技术及工程实践 ，闫明礼、张东刚，中国水利水电出版，2000
