筏板基礎和CFG樁復合地基在駐馬店市某工程的應用

張勇強

摘 要：針對某一高層住宅建筑采用筏板基礎、CFG樁復合地基的設計形式，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果。同時提出設計上的一些建議，以供建筑結構設計人員參考和探討。

關鍵詞：CFG樁復合地基 筏板基礎 沉降

0前言

隨著我國社會的快速發展和人們生活需求的不斷提神，我國的高層建筑數量越來越多，層數也越來越多，結構也越來越復雜。與此同時科技的進步、強度高質量輕的材料的出現以及施工機械化在建筑行業中的蓬勃應用等又為高層建筑的建設提供了物質和技術方面的支持。

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防方法，來控制可能發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、城市的規劃布局、當地的氣候條件、資源的分布情況等都會對地基沉降產生不同程度的影響。

1.1 建筑的自重

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

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）中的基礎底面的壓力計算見公式（1），

（1）

式中：Pk——基礎底面處的平均壓力值（kPa）；

Fk——上部結構傳至基礎頂面的豎向力值（kN）；

Gk——基礎自重和基礎上的土重（kN）；

A——基礎底面面積（m2）。

因此，建筑結構設計人員對于高層建筑的沉降更需要引起的重視。

1.2 建筑的基礎類型

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

1.3 地基土的性質

從《建筑地基基礎設計規范》（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——沉降計算經驗系數，根據地區沉降觀測資料及經驗確定；

n——地基變形計算深度范圍內所劃分的土層數；

p0——相應于作用的準永久組合時基礎底面處的附加壓力（kPa）；

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

zi、zi-1——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離；

ai、ai-1——基礎底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數，可按本規范附錄K采用；

e0 ——土的孔隙比；

a——壓縮系數。

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。

住宅樓的抗震設防分類為丙類，上部結構為剪力墻結構。查閱《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010（2016年版）、《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3-2010和該項目的《工程地質勘察報告》得出：剪力墻抗震等級設置為四級，抗震設防烈度為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、中低層框架結構建筑常用的獨立基礎和條形基礎顯然不合適。根據建設單位的建議和當地施工經驗，設計上決定采用筏板基礎。此外，由于本工程沒有采用樁基礎，故需要對其地基進行處理。經過與建設單位的協商討論，從工程造價、工期、施工難易、施工經驗、采購等方面綜合考慮，確定采用水泥粉煤灰碎石樁復合地基，即CFG樁復合地基。事實上，采用CFG樁復合地基也是該項目《工程地質勘察報告》的結論建議之一。

3 CFG樁復合地基

復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荷載的人工地基。而CFG樁復合地基是由水泥、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，區別僅在于樁體材料的構成不同。

基礎混凝土強度等級為C30，基礎墊層為100mm厚C15混凝土，鋼筋等級為HRB400級。筏板基礎厚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。施工樁頂標高宜高于樁頂設計標高不少于0.5m。采用長螺旋鉆孔、管內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層粉質粘土層，樁端進入持力層內>2d，有效樁長最小17m。詳細情況見圖1～圖2。

4工程沉降量計算

（1）根據《建筑地基處理技術規范》中復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——單樁承載力發揮系數，按地區經驗取值，取0.9；

Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；

β——樁間土承載力發揮系數，按地區經驗取值，取0.9；

Ap——樁的截面積（m2）；

fsk——處理后樁間土承載力特征值，按地區經驗取值，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層土的側阻力特征值（kPa），可按地區經驗確定；

lpi——樁長范圍內第i層土的厚度（m）；

ap——樁端端阻力發揮系數，應按地區經驗確定；

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

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

最終，計算得出復合地基承載力特征值fspk為350Kpa。

（3）樁身抗壓強度平均值fcu應滿足公式（5），

（5）

fcu≥20Mpa，顯然已經滿足要求。

（4）地基沉降的最終變形量按公式（2）計算。由于公式（2）計算量較為復雜，因此采用YJK軟件計算。在輸入數據之后，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。而該數據也恰好和該項目《工程地質勘察報告》中擬算的數據（基礎中心沉降）一致，詳見表3。

5結論

通過上一節手算和YJK軟件計算得出的結果可以看出，該高層建筑最大沉降值和《工程地質勘察報告》中的基礎中心沉降估算值很接近。進而推斷確定，采用筏板基礎和CFG樁復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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