廣州花都巖溶地區CFG樁復合地基設計

方振雄

（廣州名陽建筑設計有限公司，廣東廣州 510000）

1 工程概況

工程場地位于廣州市花都區三東大道以南，茶園路以東，現場地地勢平坦，交通便利。工程總用地面積約為17952m2，總建筑面積約為82745.4m2（其中地上53239.4m2；地下29506m2）擬建建筑物分別為商業樓（地上3~4層，地下2層）、酒店樓（地上23層（H=99.55m），地下2層）。基坑開挖深度約為10.0m，基坑周長約為530.6m，占地面積約為14774.2m2。高層酒店樓采用框架-剪力墻結構。

2 地質特點

工程場地的地質情況自上而下：①素填土；②沖積粉質粘土；③沖積淤泥質土；④沖積粗砂；⑤沖積粉細砂；⑥沖積粉質粘土；⑦殘積粉質粘土；⑧中風化巖層：巖體破碎，分布較局限，不穩定，有溶蝕、溶洞很發育；⑨微風化灰：為下伏基巖，工程力學性能優良，具較高承載力。該場地在鉆探深度內有21個鉆孔揭露有溶洞，共揭露30個溶洞，洞高為0.50～9.10m，平均3.05m，見溶率為38.9%，線洞率為7.54%，按規范判定場地巖溶發育程度為強發育，且各向異性，對樁基設計和施工有直接的不良影響。由于場地內溶洞（溶蝕）發育不規則，防止地面塌陷，避免影響建筑物的地基基礎穩定及安全，應對場地內的溶洞處理。

3 基礎方案的選擇

根據本工程的地質特點，勘察報告建議基礎選型優先選擇沖孔灌注樁基礎，進行超前鉆判別溶洞和持力層深度，一樁一孔。沖孔樁的優點主要表現在設計持力層可靠、清晰、承載力高；存在的風險，主要是樁機鉆透溶洞施工過程中的塌孔概率大，造價成本高，如塌孔可能引起的事故處理時間長，從而造成工期拖延；對于土層內的小塌孔難以察覺容易留下隱患，出現斷樁難以判斷。

若選用CFG樁地基處理的復合地基，CFG樁的優點主要表現在施工速度快、造價經濟、無需對溶洞進行特殊處理，施工過程可控、實施完成的質量及驗收都相對可靠。缺點是灰巖巖面起伏大，凹凸不平，巖面坡度變化較大，CFG樁基施工過程中容易出現：“懸樁”、“半懸樁”等工程質量問題，在荷載作用下，可能產生樁基失穩。局部地段溶洞頂板厚度小，對樁基持力層穩定性有影響。

鑒于巖溶地區選用CFG樁復合地基和沖孔樁兩種樁型都技術可行，甲方管理層表示更多從施工便利性、檢測的可靠性和造價成本的經濟性考慮進行選擇判斷。明確選擇CFG樁的復合地基筏板作為高層酒店樓基礎。施工過程中，根據實際情況，補充增加對溶洞頂板較薄處進行有限處理，處理措施：①對溶洞頂板厚度較小區域進行溶土洞處理；②降低單樁承載力；因而是相對經濟合理、技術可行的樁型選擇方案。

4 復合地基設計

CFG樁復合地基設計參數：樁徑、樁距、樁長、置換率、樁體強度及褥墊層厚度。根據勘察報告，筏板基礎底位于粉質粘土層，天然地基承載力為fk為140kPa，由盈建科軟件計算的復合地基的承載力要求的標準值為600kPa，CFG樁復合地基的平面布置如圖1所示。

圖1 剛性樁復合地基平面布置

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012），第7.1.5條，復合地基承載力特征值應通過復合地基靜載荷試驗或采用增強體靜載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定，初步設計時，可按式（1）估算：

單樁豎向承載力特征值可按式（2）估算：

CFG樁單樁承載力及復合地基承載力特征值計算過程如表1、表2所示。

表1 單樁豎向承載力特征值計算

表2 復合地基承載力計算

同時，為了協調樁土的不均勻沉降，充分發揮樁間土的作用，樁頂和筏板基礎之間設置200mm厚的褥墊層，褥墊材料采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。施工時須先清除土層至樁頂設計標高，先虛鋪厚度250mm，后用平板震動器壓實至設計厚度200mm，基礎外圍周邊褥墊層要有原現狀土的約束[3]。

5 復合地基變形計算

根據《地基處理》規范第3.0.5條，按地基變形設計或應作變形驗算且需進行地基處理的建筑物或構筑物，應對處理后的地基進行變形驗算；故本工程應進行沉降變形計算。

由于褥墊層的壓縮量很小可忽略，故復合地基的沉降變形主要由兩部分組成，即樁長范圍內的土層壓縮量和樁端下的土層壓縮量；但本工程樁端下為灰巖層且灰巖為較硬巖，故樁端下的壓縮量也可忽略，因此，本工程的復合地基的變形沉降主要來源于樁間土的壓縮變形。CFG樁復合地基多用于20層左右的高層建筑，上部結構的剛度相對于筏板基礎的剛度要大得多，故筏板主要受局部彎曲作用。如果計算模型不考慮上部結構剛度，則筏板不僅承受局部彎曲作用，還要承受整體的彎曲作用，這與實際情況不符。按箱筏基礎技術規范，對筏板基礎一般也是僅考慮局部彎曲作用。

采用盈建科軟件計算復合地基的沉降變形，軟件設置采用Mindlin法計算沉降變形，筏板采用彈性地基梁計算，同時考慮上部結構剛度，板上剪力墻按深梁方案計算，復合地基地基土分擔的荷載比例約0.2。根據本工程勘察報告，在盈建科軟件的基礎模塊中的輸入各土層地質參數進行沉降變形試算，得沉降變形如圖2所示。

由計算結果可知，最大沉降量為26mm，發生在筏板中間，即框架剪力墻的剛度中心處滿足規范要求。

圖2 CFG樁復合地基沉降變形

6 結語

本文以工程實例闡述了如何選擇合理恰當的地基處理方案，己成為關系到整個工程質量，投資和進度的重點問題。介紹了巖溶地區的復合地基設計過程及要點，通過不斷試算，調整CFG樁的樁徑、樁間距以及布樁形式來調整地基承載力滿足基礎以上建筑結構的承載力要求。CFG樁復合地基還需控制基礎的沉降變形，不均勻沉降容易使基礎局部彎曲而引發破壞或傾斜。CFG樁施工技術的現已不斷完善成熟，對CFG樁復合地基的設計進行探討能夠使其得到更有效的應用。