對高層住宅建筑CFG樁復合地基設計的探討

■焦學林 ■煤炭工業合肥設計研究院，安徽 合肥 230041

現階段，隨著城市建設不斷發展，高層住宅建筑日益增加，在對高層建筑結構的設計過程中，結構的基礎設計是重中之重，建筑物的地基只有在滿足變形與受力條件的前提下，才能確保建筑結構體系的安全。而CFG樁復合地基具備較強的承載力與變形小的特點，且造價相對較低，施工工藝成熟和施工質量可靠，滿足了現階段高層建筑地基結構設計的條件。由此可見，在進行高層建筑結構設計的過程中，對CFG樁復合地基的設計至關重要。

1 CFG的概述

復合地基是指在天然地基在地基處理過程中，在天然地基中設置加筋體，由天然地基土體和增強體及鋪設在增強體頂部的褥墊層部分組成共同承擔荷載的人工地基。所謂地基處理中的CFG樁，是指由粉煤灰、水泥以及碎石的混合物等加水攪拌和在土中灌注從而形成豎向的增強體。與其他的復合地基相比，CFG樁復合地基具有地基變形小、較高承載力以及使用范圍廣的優點。目前，在高層建筑結構的設計和施工中，CFG樁復合地基不但適用于獨立基礎與條形基礎，而且還適用于伐基與箱基。針對CFG樁的特性來講，其主要適用于粉土、粘性土、砂土以及正常固結的素填土等地基，對于淤泥質的地基采用CFG樁處理地基，應該對其進行現場的試驗并確定其適用性。高層建筑結構的地基采用CFG復合地基，不僅能夠提高地基的承載力，減少結構的沉降，同時對高層建筑與裙房之間的結構不均勻沉降也能夠進行有效的控制。此外，CFG樁復合地基具備造價低、施工工藝簡潔的優點，能夠提高施工單位的經濟效益以及社會效益。

2 高層住宅建筑CFG樁復合地基設計的原則與處理方法

2.1 高層住宅建筑CFG樁復合地基設計的原則

針對高層住宅建筑，在運用CFG樁復合地基對其進行設計的過程中，應該遵守以下原則:(1)CFG復合地基設計前，應具備場地巖土工程的勘察、上部結構及基礎設計和場地環境等有關資料。(2)CFG復合地基設計應根據上部結構對對地基處理的要求、工程和水文地質、工期、地區經驗和環保等要求，選用技術可行經濟合理的方案。(3)CFG樁復合地基的地基承載設計必須滿足上部結構能夠承受地基的壓力。結構設計師應依據上部結構的計算對地基承載力的要求，并依據建筑場地巖土工程的勘察報告對CFG樁的樁徑、持力層、計算樁的承載力、樁體強度以及有效樁長進行確定設計;滿足其復合地基承載力的要求，結構設計師應合理選擇上部結構的基礎形式，明確基礎的受力范圍。確定基礎的平面尺寸，滿足CFG樁的布置要求;(4)針對高層建筑形態復雜以及裙房不設沉降縫的建筑，應該對地基以及基礎進行協調變形驗算。如CFG樁端以下仍然存在較軟弱的土層時，應驗算下臥層的地基強度。(5)應根據復合地基的荷載轉遞特性，設置合理厚度的褥墊層，保證復合地基中樁體和樁間土共同承擔荷載。(6)CFG樁復合地基應按上部結構、基礎、地基共同作用的原理進行設計。

2.2 高層住宅建筑CFG樁復合地基設計的處理方法

2.2.1 高層建筑CFG樁復合地基作用機理

復合地基簡單講就是指經過人工處理過的地基，CFG樁復合地基是用各種成樁地基中制成的強度等級≥C25的樁，其樁間土、樁土以及褥墊層共用構成剛性樁復合地基。CFG樁增強體對提高地基承載力和減小變形起著非常重要的作用。CFG樁的作用效應表現為:墊層效應、樁體效應、對周邊土體的擠密或擾動效應、排水效應和加筋效應。

2.2.2 高層建筑CFG樁復合地基的加固機理

建筑的地基承受結構上部的垂直荷載時，樁間土以及樁之間都會發生變形與沉降。在建筑剛性基礎下面設置褥墊層，樁可以向上刺入褥墊層，隨著這一變化，墊層中的墊層材料經過不斷的調整補充到樁間土之上，進而確保樁間土與荷載下樁一直參與工作。褥墊層的作用主要有:保證增強體與周邊土共同承擔荷載、減小上部基礎底面的應力集中、褥墊層的厚度可以調整樁與土體的豎向和水平荷載分擔比。

3 高層住宅建筑CFG樁復合地基設計分析

3.1 CFG樁復合地基面積置換率

地基面積置換率與樁的平面布置方式(通常有:等邊三角形、正方形和矩形三種)有關，CFG樁復合地基的面積置換率是根據公式對其進行計算，其公式為:m=Ap/Aε(m為地基面積置換率、Ap為樁截面積、而Aε是單根樁的分擔處理的面積)。

3.2 CFG樁復合地基單樁承載力特征值計算

如巖土工程勘察中的報告提供了樁基的極限側阻力、極限端阻力的標準值qsik、qpk，單樁豎向承載力特征值計算公式為:

如報告提供樁的側阻力的特征值為qsi、而其端阻力的特征值為qp，其單樁豎向承載力的特征值為:

除對單樁豎向承載力進行計算外，還應同時考慮樁身的強度滿足單樁豎向承載力的要求。

3.3 CFG樁復合地基承載力特征值

CFG樁復合地基承載力的特征值，應通過豎向抗壓載荷試驗或綜合樁體豎向抗壓載荷試驗和樁間土豎向抗壓載荷試驗，并結合工程實踐經驗綜合確定。CFG樁復合地基承載力的特征值可按以下的公式對其進行估算:fspk=βpmRa/Ap+βs(1－m)fsk，fsk為天然的地基承載力;βp為樁承載力折減系數;βs為樁間土承載力折減系數;

3.4 CFG樁復合地基變形驗算

復合地基變形驗算時，應依據樁長范圍內的土層分布情況，對樁長范圍內的土的壓縮模量進行合理的提高，其中復合地基土層的壓縮模量是天然土層的壓縮模量的ξ倍。其地基壓縮模量提高系數的計算公式為:ξ=fspk/fsk。

4 高層住宅建筑CFG樁復合地基設計注意事項

高層住宅建筑CFG樁復合地基的設計應該滿足樁土共同作用的原則，上部結構的剛性基礎與復合地基間設置褥墊層等構造措施來保證實施樁土的共同作用。主要應該注意以下幾個內容:(1)CFG樁復合地基設計前，要全面了解和掌握與工程有關工程和水文地質、場地周邊環境資料、當地建筑施工工藝及水平;同時要了解上部結構的信息及結構基礎形式，提供合理的、經濟的、安全可靠的地基處理方案與業主溝通。(2)合理確定復合地基承載力標準。(3)確定合理的CFG樁單樁承載力，采用合理經濟的樁徑、樁長及樁的平面布置方式。(4)建筑物長期最大沉降量及沉降差的進行合理控制。(5)復合地基處理施工過程中結構設計師對地基處理的質量跟蹤，發現問題要及時分析和提供處理方案。地基處理施工完成后要進行樁體質量檢測，同時對處理后的復合地基進行豎向抗壓載荷試驗。確保復合地基的承載力滿足上部結構的承載要求，從而保證整個結構的安全。

5 結論

根據本文的論述可知，隨著社會經濟的迅速發展，人們以及社會對高層建筑的需求日益增加，目前比較多的高層建筑采用CFG樁復合地基。采用CFG樁復合地基不僅能夠降低施工造價成本，提高施工質量，加快施工進度，還提高了建設單位及施工單位的經濟效益。由此可見，結構設計師在進行CFG樁復合地基設計過程中必須嚴格遵守設計的原則和規范，采取合理地方法，對其進行科學的計算、精心合理的設計，進而保證高層建筑地基的穩固性。

［1］李虎林，沈紅蕾.CFG樁復合地基在鄭州高層住宅中的應用［J］.建筑結構，2011(04).

［2］王開軍.CFG樁復合地基設計相關問題的探討［J］.山西建筑，2010(14).

［3］程宏生.CFG樁復合地基設計理論與應用［D］.長沙:中南大學，2010.