高層建筑軟弱地基處理設(shè)計(jì)與效果分析

湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000

天然地基如果不經(jīng)過(guò)處理，將不能夠滿(mǎn)足擬建建筑物按照設(shè)定的建筑高度及承載力要求，因而需要對(duì)地基采取相應(yīng)的加固措施，使其能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。地基處理的優(yōu)劣直接影響整棟建筑的質(zhì)量，而地基處理的費(fèi)用一般較高，選擇合適的地基處理方式，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)之上盡可能降低成本一直是高層建筑設(shè)計(jì)人員的研究重點(diǎn)。復(fù)合地基技術(shù)是將樁體和天然地基作為一個(gè)整體，共同承擔(dān)上部所產(chǎn)生的荷載作用。采用復(fù)合地基的加固方式效果較好且比其他地基處理方式更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

1 CFG樁復(fù)合地基的工程特性

1.1 復(fù)合地基的工程特性

（1）承載力的可調(diào)性大。CFG樁的長(zhǎng)度和樁徑直接決定了樁土與地基之間的接觸面積和側(cè)摩阻力的大小，從而確定了地基的承載力大小，因而CFG樁復(fù)合地基具有較強(qiáng)的調(diào)控性。CFG樁的整個(gè)樁都可提供側(cè)摩阻力，與其他的加固方式相比，CFG樁在承載力增幅上有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于承載力較好的天然地基，可以通過(guò)減小樁長(zhǎng)和樁徑的方式來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減小成本。

（2）適應(yīng)范圍廣。CFG樁適用于不同的基礎(chǔ)。

（3）剛性樁的特性明顯，整個(gè)樁長(zhǎng)都可以產(chǎn)生側(cè)摩阻力，能夠降低沉降量，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）CFG樁的施工工藝較為成熟，較好地保證施工質(zhì)量，比其他類(lèi)型的加固措施工期更短、造價(jià)更低。

1.2 CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理

CFG樁復(fù)合地基的樁體與周?chē)奶烊坏鼗啾龋哂懈叩哪Ａ亢蛷?qiáng)度，因而在地基中加入樁體，實(shí)際上相當(dāng)于起到了置換的效果，進(jìn)而提高地基的強(qiáng)度和模量。CGF樁可以將上部荷載傳遞至深層土中，降低地基的沉降變形。在CFG樁成樁的過(guò)程中，天然地基受到一定的側(cè)向力，可以壓縮土體之間的孔隙，提高其力學(xué)性能，進(jìn)而降低地基的沉降量。砂土和粉土經(jīng)過(guò)振動(dòng)和擠密后也可提高抗液化能力。CFG樁復(fù)合地基的樁體具有良好的透水性，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一種良好的排水通道，能夠加速樁周土體直降的排水固結(jié)。設(shè)置褥墊層能夠起到緩沖的作用，緩解樁體對(duì)基礎(chǔ)的沖切作用，同時(shí)褥墊層還能與CFG樁共同承擔(dān)上部的荷載作用。

2 CFG樁復(fù)合地基承載特性影響因素模擬分析

2.1 工程概況

擬建的工程為高層住宅，地上28層，地下1層，通過(guò)地勘報(bào)告可知，天然地基不能滿(mǎn)足建筑物承載力的要求，需要采取加固處理措施。經(jīng)過(guò)方案比選后，CFG樁復(fù)合地基可以對(duì)該地基進(jìn)行更為有效的處理。該節(jié)主要利用ABAQUS的數(shù)值模擬方式，通過(guò)建立CFG樁復(fù)合地基三維模型來(lái)研究各個(gè)因素影響下的承載力變化。

2.2 褥墊層模量的影響

沉降量歲褥墊層模量的變化曲線(xiàn)如圖1所示，曲線(xiàn)表示的是在褥墊層厚度為20cm時(shí)，褥墊層的模量與復(fù)合地基沉降量之間的關(guān)系。由圖1可知，荷載的大小與沉降量之間幾乎呈線(xiàn)性關(guān)系，且當(dāng)模量較小時(shí)，隨著荷載的增加，沉降量的增加增幅較大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因在于增加褥墊層的模量，使得樁身的應(yīng)力集中現(xiàn)象更為顯著，樁間土所承擔(dān)的荷載會(huì)有所削弱，其承載力也未能夠得到充分的發(fā)揮，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合地基沉降量的增加。

圖1 沉降量歲褥墊層模量的變化曲線(xiàn)

樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線(xiàn)如圖2所示，曲線(xiàn)表示的是荷載為500kPa、墊層厚度為20cm時(shí)，樁身軸力與褥墊層模量之間的變化規(guī)律。規(guī)律顯示樁身軸向力隨褥墊層模量的增大而逐漸增大，且在模量較小的情況下，調(diào)節(jié)作用更明顯，有效緩解樁身應(yīng)力集中。在其他條件都相同的情況之下，深度越大，樁間土對(duì)樁土的圍護(hù)作用也就越強(qiáng)。

圖2 樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線(xiàn)

對(duì)以上曲線(xiàn)的分析可知如果地基的承載力較高，為了削弱樁體的應(yīng)力集中，可以選擇模量較小的褥墊層，反之則選擇較高模量，以降低沉降變形。

2.3 樁長(zhǎng)的影響

樁長(zhǎng)變化對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降的影響曲線(xiàn)如圖3所示，曲線(xiàn)表示的是在褥墊層厚度為20cm、模量為60MPa時(shí)樁長(zhǎng)與沉降量之間的規(guī)律。由圖3可知，當(dāng)荷載為一個(gè)定值時(shí)，增加樁的長(zhǎng)度，復(fù)合地基的沉降量會(huì)呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，且下降的幅度也在逐漸降低最后呈穩(wěn)定的狀態(tài)。同時(shí)，可以看出沉降量的降幅與荷載之間呈反比例關(guān)系，主要原因是樁長(zhǎng)度的增加會(huì)增大側(cè)摩阻力，進(jìn)而強(qiáng)化樁土的置換效果。

圖3 樁長(zhǎng)變化對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降的影響曲線(xiàn)

樁長(zhǎng)變化對(duì)樁身軸向應(yīng)力的影響曲線(xiàn)如圖4所示，曲線(xiàn)顯示軸向應(yīng)力與樁長(zhǎng)呈正比例關(guān)系，當(dāng)樁的長(zhǎng)度較小時(shí)，其受到的側(cè)摩阻力也較小，在此時(shí)增大樁長(zhǎng)，軸力的增幅也比較大。當(dāng)樁長(zhǎng)較大時(shí)，軸身受到的側(cè)摩阻力也在增大，樁身的增長(zhǎng)所引起的軸向應(yīng)力增幅也會(huì)隨之減小并趨于穩(wěn)定。

圖4 樁長(zhǎng)變化對(duì)樁身軸向應(yīng)力的影響曲線(xiàn)

在設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合地基，樁長(zhǎng)是重要的一個(gè)因素，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況，盡可能讓樁端落在良好的持力層之上。在設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)時(shí)，一方面需要考慮承載力的性能，另一方面需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，并非所有的樁均是越長(zhǎng)越好。在采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行加固時(shí)，樁體的布設(shè)形式也會(huì)直接影響地基的加固效果，具體的布設(shè)形式需要根據(jù)工程特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行確定，合理選擇樁間距，在滿(mǎn)足承載力的基礎(chǔ)上最大限度地節(jié)約成本。當(dāng)對(duì)樁體進(jìn)行施工時(shí)，要考慮成孔的垂直度、澆筑材料的強(qiáng)度以及樁體的縮頸和擴(kuò)徑等施工工藝。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上通過(guò)對(duì)CFG樁復(fù)合地基的簡(jiǎn)要分析可以看出，CFG樁能夠有效提升地基的承載力且增幅較大，具有較高的經(jīng)濟(jì)和工程效益。CFG樁可以通過(guò)樁體、擠密、排水固結(jié)、褥墊層等多方面的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的加固改善。文章采用數(shù)值模擬的方式并結(jié)合具體的工程實(shí)例，研究了影響CFG樁復(fù)合地基的各方面因素以及實(shí)用的效果，旨在為相關(guān)的工程提供一定的參考。