某工程CFG 复合地基设计

2012-07-28李娟

山西建筑 2012年8期

李娟

(中国中元国际工程公司，北京 100089)

CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基是由水泥、粉煤灰及碎石，按照一定比例加水拌和，制成一种高粘性强度的桩体、桩端土和垫层共同工作的复合地基，是一种较新的地基处理技术。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺合料，大大降低了工程造价。因此该技术在北方地区的高层建筑地基处理中得到广泛应用。

1 工程概况

本工程为陕西省某医院的住院楼工程，位于陕西省西安市，该建筑总建筑面积为77 260 m2，地下2层，地上20层(含设备层)，局部机房层凸出屋面。其中地下部分面积10 600 m2，主要建筑功能为车库、设备用房、药库、药房，地下2层局部为人防地下室，平时为车库，战时为甲类二等人员掩蔽部，抗力级别为核6级和常6级;地上面积66 660 m2，主要建筑功能为检验科、病理科、中心供应、血库、手术部及科室病房。标准层平面尺寸为115.40 m×37.20 m，基本柱网尺寸为7.6 m×7.5 m，7.6 m×7.2 m。建筑总高度为81.80 m。效果图如图1所示。平面图及立面收进情况如图2所示。

2 地基基础设计

2.1 地质资料

本工程拟建场地位于西安市黄雁村十字西南角，场地地形平坦。地貌单元属皂河Ⅱ级阶地。根据该场地详细的岩土工程勘察报告，场地地层自上而下主要由人工填土、第四纪全新世冲洪积黄土状、晚更新世风积黄土、残积古土壤及中更新世冲积粉质粘土、砂土组成。根据其成因、时代、颗粒组成及物理力学性质，将勘探深度范围内的地层分为11个工程地质单元层，见表1。

表1 工程地质各单元层力学指标

场地地下水属空隙潜水类型，场区地下水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性;场地地下水对混凝土结构具有微腐蚀性;在干湿交替条件下，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

根据地勘资料分析结果，场地内分布的②层黄土状土具有湿陷性，拟建场地为非自重湿陷性黄土场地。由于本工程基础埋深约为12.00 m，②层黄土状土已全部挖除，其他土层自重湿陷系数均小于0.015，设计时按一般地区的规定设计。

2.2 地基基础方案

本工程基础埋深约为12 m，基底持力层为④层古土壤，该层土地基承载力特征值约为160 kPa，经修正后地基承载力约为376 kPa，可以满足纯地下室部分的地基承载力要求，故纯地下部分拟采用天然地基方案;但该承载力不能满足高层部分地基承载力要求，而且高层与纯地下室部分基础差异沉降较大，若采用天然地基，则差异变形不满足规范要求。因此高层部分须采用适宜的方法对其进行处理，保证地基承载力和沉降差同时满足规范要求。

根据地勘报告，地基土⑥层粉质粘土层及以下的各层地基土均为良好的CFG桩持力层。考虑到拟建物的重要性，各方案的施工条件、技术保证等，且针对本工程高层部分与纯地下室部分连为一体，两者之间的差异沉降问题较为突出的特点，结合场区土层特性，高层部分采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG)地基处理方案，并以⑥层粉质粘土层作为桩端持力层。

CFG桩径为400 mm，桩长为12.0 m，且桩进入⑥层粉质粘土层不小于1.2 m。单桩承载力特征值为620 kN，桩体抗压强度大于20 MPa。同时，地基处理要求CFG桩间距1.2 m×1.2 m处理后的复合地基承载力特征值不小于540 kPa;桩CFG间距1.4 m×1.4 m处理后的复合地基承载力特征值为430 kPa。

CFG桩布置如图3所示。

总桩数为2 317根，面积置换率为6.99%。

桩顶面铺设200厚褥垫层，材料选用中砂、粗砂、级配砂石或碎石，最大粒径不大于30 mm。

复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，对于调整桩土相对变形，保证桩土共同工作是极为有效的。

基础形式采用平板筏基，高层部分基础底板厚1 400 mm，剪力墙井筒处考虑上部荷载较大，按冲切控制取1 800 mm;纯地下室部分考虑抗浮设计的因素，底板厚700 mm。

本工程采取CFG桩地基处理方案后，采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件JCCAD》中的桩筏有限元计算的高层部分绝对沉降量很小(最大沉降约为48 mm)，高层部分与纯地下室部分的沉降差较小(最大沉降差为40 mm，倾斜为40/126 900=0.000 3＜0.002 5)，满足规范要求。