高層建筑軟弱地基處理設計與效果分析

湖北省核工業地質局，湖北 孝感 432000

天然地基如果不經過處理，將不能夠滿足擬建建筑物按照設定的建筑高度及承載力要求，因而需要對地基采取相應的加固措施，使其能夠滿足相關規范要求。地基處理的優劣直接影響整棟建筑的質量，而地基處理的費用一般較高，選擇合適的地基處理方式，在保證工程質量的基礎之上盡可能降低成本一直是高層建筑設計人員的研究重點。復合地基技術是將樁體和天然地基作為一個整體，共同承擔上部所產生的荷載作用。采用復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濟優勢。

1 CFG樁復合地基的工程特性

1.1 復合地基的工程特性

（1）承載力的可調性大。CFG樁的長度和樁徑直接決定了樁土與地基之間的接觸面積和側摩阻力的大小，從而確定了地基的承載力大小，因而CFG樁復合地基具有較強的調控性。CFG樁的整個樁都可提供側摩阻力，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勢。對于承載力較好的天然地基，可以通過減小樁長和樁徑的方式來優化設計方案，減小成本。

（2）適應范圍廣。CFG樁適用于不同的基礎。

（3）剛性樁的特性明顯，整個樁長都可以產生側摩阻力，能夠降低沉降量，滿足設計要求。

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

1.2 CFG樁復合地基的加固機理

CFG樁復合地基的樁體與周圍的天然地基相比，具有更高的模量和強度，因而在地基中加入樁體，實際上相當于起到了置換的效果，進而提高地基的強度和模量。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樁成樁的過程中，天然地基受到一定的側向力，可以壓縮土體之間的孔隙，提高其力學性能，進而降低地基的沉降量。砂土和粉土經過振動和擠密后也可提高抗液化能力。CFG樁復合地基的樁體具有良好的透水性，實質上相當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。設置褥墊層能夠起到緩沖的作用，緩解樁體對基礎的沖切作用，同時褥墊層還能與CFG樁共同承擔上部的荷載作用。

2 CFG樁復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，通過地勘報告可知，天然地基不能滿足建筑物承載力的要求，需要采取加固處理措施。經過方案比選后，CFG樁復合地基可以對該地基進行更為有效的處理。該節主要利用ABAQUS的數值模擬方式，通過建立CFG樁復合地基三維模型來研究各個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如圖1所示，曲線表示的是在褥墊層厚度為20cm時，褥墊層的模量與復合地基沉降量之間的關系。由圖1可知，荷載的大小與沉降量之間幾乎呈線性關系，且當模量較小時，隨著荷載的增加，沉降量的增加增幅較大，出現這種現象的主要原因在于增加褥墊層的模量，使得樁身的應力集中現象更為顯著，樁間土所承擔的荷載會有所削弱，其承載力也未能夠得到充分的發揮，進而導致復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

樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線如圖2所示，曲線表示的是荷載為500kPa、墊層厚度為20cm時，樁身軸力與褥墊層模量之間的變化規律。規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，調節作用更明顯，有效緩解樁身應力集中。在其他條件都相同的情況之下，深度越大，樁間土對樁土的圍護作用也就越強。

圖2 樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線

對以上曲線的分析可知如果地基的承載力較高，為了削弱樁體的應力集中，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 樁長的影響

樁長變化對CFG樁復合地基沉降的影響曲線如圖3所示，曲線表示的是在褥墊層厚度為20cm、模量為60MPa時樁長與沉降量之間的規律。由圖3可知，當荷載為一個定值時，增加樁的長度，復合地基的沉降量會呈現出減小的趨勢，且下降的幅度也在逐漸降低最后呈穩定的狀態。同時，可以看出沉降量的降幅與荷載之間呈反比例關系，主要原因是樁長度的增加會增大側摩阻力，進而強化樁土的置換效果。

圖3 樁長變化對CFG樁復合地基沉降的影響曲線

樁長變化對樁身軸向應力的影響曲線如圖4所示，曲線顯示軸向應力與樁長呈正比例關系，當樁的長度較小時，其受到的側摩阻力也較小，在此時增大樁長，軸力的增幅也比較大。當樁長較大時，軸身受到的側摩阻力也在增大，樁身的增長所引起的軸向應力增幅也會隨之減小并趨于穩定。

圖4 樁長變化對樁身軸向應力的影響曲線

在設計時復合地基，樁長是重要的一個因素，應結合工程的實際情況，盡可能讓樁端落在良好的持力層之上。在設計樁長時，一方面需要考慮承載力的性能，另一方面需要考慮經濟因素，并非所有的樁均是越長越好。在采用CFG樁復合地基進行加固時，樁體的布設形式也會直接影響地基的加固效果，具體的布設形式需要根據工程特點來進行確定，合理選擇樁間距，在滿足承載力的基礎上最大限度地節約成本。當對樁體進行施工時，要考慮成孔的垂直度、澆筑材料的強度以及樁體的縮頸和擴徑等施工工藝。

3 結束語

綜上通過對CFG樁復合地基的簡要分析可以看出，CFG樁能夠有效提升地基的承載力且增幅較大，具有較高的經濟和工程效益。CFG樁可以通過樁體、擠密、排水固結、褥墊層等多方面的作用來實現對地基的加固改善。文章采用數值模擬的方式并結合具體的工程實例，研究了影響CFG樁復合地基的各方面因素以及實用的效果，旨在為相關的工程提供一定的參考。