摘要：本文以工程實例闡述剛性樁復合地基的設計，包括復合地基的計算、設計思路、理論計算與實際結(jié)果的比較和分析。為樁土共同作用的工程設計提供參考。
關(guān)鍵詞：復合地基；夯擴樁；設計計算；
中圖分類號：TU47文獻標識碼： A 文章編號：
1、 剛性樁復合地基的設計思想
由于剛性樁復合地基和復合樁基礎作用機理比較類同，筆者認為現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)設計原則可供剛性樁復合地基設計時參考。比如以極限狀態(tài)為原則，按“設計值”進行設計。在準確分析工程特征、工程地質(zhì)資料及選擇好樁型的前提下，須選定一個相對硬層，作為剛性樁的端層。并且必須進入一定深度，以保證端承力的發(fā)揮和必要的側(cè)向約束。須避免將樁端置于軟土層上。此外還必須計算樁長、樁間距，單樁承載力極限值、設計值，驗算樁身結(jié)構(gòu)強度，驗算群樁整體破壞的可能性。
對于剛性樁復合地基來說，由于樁土應力比較大，須在樁頂以上鋪設100mm-300mm厚的砂石褥墊層，以調(diào)整樁土應力比，增大基底摩擦。褥墊層的厚度可以根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特征、基礎形式、樁間土性質(zhì)及其對地基變形的要求等因素綜合選定。
2、 剛性樁復合地基特點
剛性樁復合地基即是采用剛性樁增強天然地基的部分土體，通過設置于基礎和樁之間的褥墊層來使增強體和地基土共同承擔荷載的人工地基。夯擴樁是沉管灌注樁的施工工藝與機械擠擴樁的樁基基礎相結(jié)合的產(chǎn)物，即用柴油錘等將內(nèi)外雙管打入樁位，采用夯擴的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴大成大頭形的一種樁型。它具有止淤止水，減少縮頸和斷樁，工程造價低等優(yōu)點。
3、工程概況
該工程為小高層住宅，地下設一層人防地下室(基坑開挖深度約4．5 m)，地
面以上為14層，屋面標高為42．850 m。結(jié)構(gòu)體系為壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，地基基礎的設計等級為乙級。基礎原設計采用大直徑鉆孔灌注樁，以7—2強風化凝灰?guī)r為持力層，在現(xiàn)場試樁至3夾塊石混(粉)砂土層，鉆孔難度大，速度很慢，無法穿透地基中存在的古江堤護坡的條石、塊石。經(jīng)可行性及經(jīng)濟性的多方案比較，地基基礎的設計方案改為剛性樁復合地基。
4剛性樁復合地基設計
4．1樁復合地基設計方案
根據(jù)補充施工勘探報告揭露的地質(zhì)，本場地的巖溶發(fā)育，鉆探見洞率高，場地的基巖變化起伏大。為避免基礎沉降大和地基承載力小的問題，根據(jù)復合地基的承載機理，決定對塔樓部分采用剛性樁復合地基的設計方案。
選夯擴樁做為剛性樁是因為其在樁端形成擴大頭，提高了樁端支承面積，同時夯擴擠密了樁端土，增大了樁端阻力，最終使得樁承載力得到提高。采用樁身直徑500 mm，擴大頭直徑為900mm的夯擴樁，等邊三角形布樁，樁中心距為1.75m,樁端持力層為地質(zhì)資料中③2、③3編號的粉質(zhì)粘土層或石灰?guī)r面，樁身混凝土強度等級均為C25。由夯擴樁單樁豎向承載力特征值公式Rk=πdΣLixqsa+π/4xD²xβxqpa根據(jù)鉆孔資料計算出Rk范圍在736kN~1183 kN,取所有鉆孔承載力計算的平均值為1000 kN。但因為基礎在溶洞發(fā)育地區(qū)，所以對Rk取調(diào)整系數(shù)0.6，則最后單樁豎向承載力特征值為600 kN。
4.2基礎設計
該工程剛性樁(長樁)采用西457 x 12鋼管樁，有效樁長為36 m，以7—2強風化沉凝灰?guī)r為持力層。樁頂用鋼板封閉與地下室底板間設置150 mm(工時改為200 mm)墊層和70mm厚的C10凝土墊層。地下室底板下有一層平均厚度為1．85 m、地基承載力標準值為160 kPa的粘質(zhì)粉土，考慮到此層土較薄，采取用φ426的振動沉管砂石短樁加固3—2粉砂層。
4.3復合地基承載力設計計算
考慮樁的設置對承載力的影響效應時，對剛性樁復合地基通常CFG合地
基承載力計算方法，即
式中： fspk——復合地基承載力特征值（kPa）；m——樁土面積置換率；d ——樁身外直徑（m）；de——一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑（m），按等邊三角形布樁時，de可按1.05s取值；Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap——包括樁芯土在內(nèi)的樁橫截面全面積（m2）；β——樁間土承載力折減系數(shù)；fsk—— 修正后樁間土承載力特征值（kPa）；s——樁間距。
承載力僅是設計控制必須遵循的一個標準，具體設計主要還取決于建筑物沉降控制要求。對大樁距剛性樁復合地基，確定復合地基承載力特征值時，對樁間土承載力乘以折減系數(shù)來反映工作荷載下樁間力的發(fā)揮程度在承載能力極限狀態(tài)設計上是不合理的。當樁距較小時，如復合地基整體達到承載能力極限狀態(tài)時，樁間土承載力仍不能充分發(fā)揮，這時將樁間土承載力乘以折減系數(shù)，這是必要的。
4.4褥墊層設置
對褥墊層進行分析，其處于兩種極端情況時，對樁上荷載向樁間土的轉(zhuǎn)移不利。其一，若褥墊層為絕對剛性，墊層就成為了基礎的一部分；其二，若褥墊層為絕對柔性，褥墊層又成為樁間土的一部分。這兩種情況都會使褥墊層形同虛設，而在這二者之間，必然存在適當“剛度”的褥墊層，能使樁間土充分發(fā)揮作用。所謂適當“剛度”，關(guān)鍵是要達到兩個目的。
第一保證在樁頂應作用下樁能刺入褥墊層中，即前面所說的變形對樁與樁間土承載力的影響；第二使褥墊層在樁間土應力作用下不產(chǎn)生過大的壓縮變形。前者的目的是樁刺入后，樁頂褥墊層材料向樁間土上部移動，加之樁間土的面積大，使樁間土分擔荷載不產(chǎn)生卸載，樁“刺入”褥墊層后，樁頂對褥墊層的作用進入塑性階段，增加樁頂荷載P
p增加不大，P增加的絕大部分由樁間土承擔。后者實質(zhì)上是當樁間土不會由于褥墊層有較大變形，而不能分擔荷載。設褥墊層的極限承載力為fu 要保證樁刺入褥墊層則樁頂應力p應大于褥墊層極限承載力如果褥墊層的厚度太薄，樁頂壓實區(qū)I實體會頂住基礎，刺入難度加大，樁頂褥墊層向樁間土區(qū)域轉(zhuǎn)移量小，則樁間土作用發(fā)揮較小，甚至復合地基可能變?yōu)橐话銟痘�。太厚，樁刺入量會很大，基礎沉降量大，并且會增加基礎造價，也加大地基土的荷載作用。筆者從樁刺入時的受力機理分析，提出褥墊層最小厚度的概念。這是基于以下考慮；滑動面不受基礎底面的干擾，則基礎底應在滑動面頂點以上，其對滑動面阻力最��；
基礎底在壓實區(qū)1Ⅱ頂點以上、塑性區(qū)Ⅱ頂點以下，基礎對滑動面產(chǎn)生阻力。褥墊層的壓縮模量應大于樁間土的壓縮模量若干倍以保證不因褥墊層變形過大而減少樁間土的承擔荷載。
4.5樁身強度確定
由樁身強度驗算公式Ra≤ψc Ap fc（式中ψc為工作條件系數(shù)取0.7）可得fc≥1000/(0.7x0.19625)=7.28N/mm²，查《混凝土規(guī)范》選用C25，fc=11.9N/mm²，滿足要求。
4.6沉降計算：
復合地基的沉降計算采用分層總和法進行，把總沉降量分為加固區(qū)的沉降S1和下臥層的沉降S2，總沉降采用兩者之和。此處要注意的是由于復合地基加固區(qū)是土體和增強體共同承擔荷載，增加體和土體應看做一個整體來考慮復合模量。由規(guī)范可知復合模量表達式為Esp= Es x(fspk / fak)，其中fak為天然地基土承載力特征值。限于篇幅不再演算計算過程，最終沉降滿足規(guī)范要求。
5、結(jié)語
本工程采用剛性樁復合地基 充分發(fā)揮了樁間土的承載力大幅度減少樁的造價減少施工難度 加快工程進度其承載力和變形均能滿足規(guī)范要求由于復合地基修正的承載力特征值取值偏低地基承載力是偏安全的
參考文獻
[1] 《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007-2002），中國建筑工業(yè)出版社, 2002
[2] 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002），中國建筑工業(yè)出版社, 2002
[3] 《CFG樁復合地基技術(shù)及工程實踐》，閆明禮、張東剛，中國水利水電出版，2000
