刚性复合基础在高层建筑中的应用

刚性复合基础在高层建筑中的应用
【摘要】本文阐述了CFG刚性桩复合桩设计时需要注意的因素，同时分析了设计时的误区；本文结合工程实例，阐述了CFG刚性桩复合基础在高层建筑中的应用，提出了自己看法，笔者经验有限，希望能为设计同行提供参考。

标签CFG刚性桩；复合地基
前言
近年来随着我国工程建设的快速发展，高层和超高层建筑不断增多，而天然地基持力层承载力特征值显然已经很难再满足上部荷载的要求，CFG刚性桩复合基础的显著特点是承载力大、相对沉降量小；施工简易造价低，质量易控制、节省人力成本且施工速度快；适用范围广、能满足环境保护的要求，现在已经成为了应用普遍的地基加固处理技术,应用于高层建筑的地基加固处理中。

1. 刚性桩复合地基应用的几个误区
1.1 桩身强度越高越好
在复合地基中，刚性桩的承载力与桩长、桩径、桩侧桩端土的性状和桩体强度相关，通常，桩体不发生破坏的前提下，桩越长、桩径越大、桩侧桩端土越好，桩的承载力越高。

当桩长和桩径一定、桩体不发生破坏时，桩的承载力只与桩侧桩端土的性状有关，即桩的侧阻、端阻越大，桩的承载力越高。

1.2 褥垫层厚度越厚越好
刚性桩复合地基中，褥垫层具有保证桩土共同承担荷载的重要作用，但有的设计人员在复合地基设计时偏向选用厚褥垫层，认为褥垫层厚度越厚越好。

试验表明，褥垫层厚度与桩土承载力的发挥密切相关，褥垫层厚度的选用对复合地基承载力具有显著影响。

2. 桩体强度设计需考虑如下几个因素
2.1 和桩基不同，复合地基承载力可以做深度修正，基础两侧的超载越大，深度修正的数量也越大，桩承受的竖向荷载越大，设计的桩体强度应越高。

2.2 刚性桩复合地基，由于设置了褥垫层，从加荷一开始，就存在一个负摩擦区，因此，桩的最大轴力作用点不在桩顶，而是在中性点处，即中性点出的轴力大于桩顶的受力。

2.3 复合地基检测最大加载量不应小于设计要求压力的2倍，在最大加载压力作用下，桩和土不一定同时达到各自的极限承载力。

有可能在未达到最大加载压力桩就已经破坏。

3. 工程案例
工程概况
由佛山市某房地产公司开发的**国际公寓，位于佛山市新城开发区内，总建筑面积26354㎡，地上共27层，商业裙楼2层，地下一层，基础埋深为5.7米，框架剪力墙结构。

1、地基处理方案的选择
根据场地的工程地质条件，如果采用预应力管桩的话，桩侧阻力特征值和桩端阻力特征值都较大，施工难度增大，质量也难以得到保证；如果采用钻孔灌注桩，工期长，造价高，并且对环境也有很大程度的污染，经分析对比决定采用CFG桩复合地基进行地基加固处理。

2、CFG桩复合地基设计
（1）桩径
如果桩径过小,施工的质量就不容易控制；如果桩径过大，就需要加大褥垫层厚度来保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。

而CFG桩桩径宜取350-600mm，根据作者的工程经验，结合工程现场情况，确定桩径应为400mm 较适宜。

（2）桩长与桩距
根据场地的工程地质条件，设计有效桩长为13.8m，经计算，确定桩间距为1.4米。

（3）褥垫层
桩顶和基础之间应设置厚度为300mm褥垫层，碎石粒径最大不大于30mm,材料配比3：7级配砂石。

（4）单桩竖向承载力特征值Ra
根据《建筑地基处理技术规范》，可以按照下列公式来计算：Ra=up qsili+qpAp，该工程以ZK2为例计算，得出Ra=977.8KN。

（5）承载力特征值fspk
fspk=m（Ra/Ap）+β（1-m）fsk，经计算得出fspk=610.6kPa
（6）桩体设计强度
fcu≥3 Ra/ Ap=23.4Mpa，设计抗压强度应不小于24MPa。

3、CFG桩复合地基的变形验算
CFG桩设计时应进行地基变形验算,如果CFG桩复合地基仅按照承载力控制进行设计，将会出现变形过大或严重不均匀，发生建筑物倾斜、开裂等事故，影响建筑物的正常使用。

4、CFG桩的施工与质量控制措施
鉴于该场地各种因素的考虑，从而选用长螺旋钻孔和管内泵压混合料灌注成桩施工工艺较适宜。

4.1 石料粒径一般为0.5-2.0cm，针、片状颗粒含量不超过10%，坍落度要控制在18-22 cm之间。

4.2 由于场地多为含较多卵砾石的砂质地层，钻进中钻头磨损较快，因此为保证桩径满足设计要求,每施工20-30根桩，需要对钻头直径进行校核一次。

4.3 由于施工时弃土较多，采用远距离参照定位。

采用人工开挖桩间土，成桩后在桩体尚未达到一定强度的时候，防止浅部桩体裂缝和断桩，尽量避免桩体附近的机械行走。

5. CFG桩的质量检验和检测
5.1 质量检验
开挖检验：经过开挖检验以后，桩体混凝土密实均匀，桩位偏差在5-16cm 范围之内,桩径控制在400mm之间，桩顶标高同设计标高相符。

5.2 CFG桩检测
在该工程施工结束了28天以后，专业检测单位进行了单桩竖向静载荷试验4个点、低应变动力测试255根和单桩复合地基静载荷试验4个点。

结语：
我们在地基处理设计过程中，针对刚性桩复合地基，桩、土承载力的大小是与褥垫厚度、桩径之比以及基础刚度相关联的，在刚度足够大的时候，复合地基褥垫的厚度宜取桩径的一半。

刚度足够的基础复合地基，桩径取值为350～600毫米，当单桩承载力比较高时，宜取大值。

对于框架－筒体结构，由于核心筒荷
载很大、复合地基承载力和单桩承载力很高，设计时需要相应增大桩径，以免使桩体强度设计的过高。

工程设计时，必须满足刚性桩桩体强度达到建筑物使用荷载的要求，施工检测桩体时不会发生破坏。

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