高层建筑采用CFG 桩复合地基在中

韩志刚

【摘要】近些来采用CFG桩地基处理越来越广泛，特别是在粘性土层分布地区积累了较多经验，当高层建筑采用CFG桩复合地基的设计方案时，建筑物的最终沉降量往往要大于规范法计算的沉降量，且存在一定的经验关系。

【关键词】CFG桩复合地基，高层建筑，粘性土，沉降量，沉降计算经验系数

引言

CFG桩复合地基即水泥粉煤灰碎石桩复合地基的简称，近些年来我们在廊坊地区，在高层建筑采用CFG桩复合基地处理方法方面积累了大量的工程经验，这种处理方法产生了较好的经济效益和社会效益。

目前建筑高度越来越高，采用CFG桩复合地基的建筑由原来的十几层增加到二十几层，其中由我院设计的廊坊市最高建筑达到99.7米。这些成功案例为CFG桩设计积累了宝贵的经验，特别是廊坊市霸州市地区最近几年高层建筑不断增多，最高高度达30层。例如，霸州市某小区28层的高层建筑（当时该地区首个最高的建筑），我们通过对该住宅小区的勘察报告[1]仔细研究得出，该建筑地基主要持力层为厚度很大的粘性土层，并且分部少量薄层粉土；土的压缩模量在4-6Mpa左右，属于中高压缩性土。这种地基会使建筑物沉降量增大，在这种地区高层建筑应用CFG桩复合地基尚无经验可循。通过对比方案，优化设计，最后确定CFG桩复合地基设计方案为：大桩径，长桩，小桩距，且以可塑状态的粘性土作为桩端持力层。这种方案不仅满足了设计要求，而且为甲方节省了大量资金，获得了较好的经济效益。根据该小区的地基处理成功经验，CFG桩复合地基在霸州地区高层建筑中已经成功应用到30层住宅，效果良好。

1.工程概况

本文涉及的工程为霸州市某高层住宅小区，该小区位于霸州市区 102国道西侧，其中1号搂高28层，2层地下室，筏板基础，筏板底绝对标高0.3m，建筑物的±0.000m相当于绝对高程的7.7m。框架剪力墙结构，基础面积39.6m×18.6m，，采用CFG桩复合地基设计方案，桩径500mm，有效桩长28.0m，桩间距1.76*1.73 m，总桩数264根，采用混凝土强度C25。CFG桩施工时间： 2011年7-8月份，主体开工时间： 2012年 3 月份，1#楼竣工时间： 2013年12月份。

2 CFG桩复合地基设计

2.1 设计依据

2.1.1依据规范：

1、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

2、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

3、《中国地震动参数区划图》GB18306-2001

4、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

5、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

2.1.2设计要求：

设计单位提供控制参数要求1#住宅楼处理后（修正前）复合地基承载力特征值（fspk）不小于500kPa，准永久组合基底反力为450kPa，最终沉降量不大于70mm，控制倾斜值不大于0.0007。

2.1.3地层岩性及工程地质条件

依据我院勘察报告[1]60.0m深度的勘探孔探范围内揭露土层属第四系全新统（Q4）～上更新统（Q3）河流冲积夹湖积地层，工程地质特性分层描述如表1所示：

2.2.2 CFG桩复合地基承载力及沉降估算

根据以上土层参数，CFG桩设计拟采用桩径500mm ，有效桩长28.0m。

复合地基承载力特征值fspk

取β=0.75，λ=0.93，m=0.0645，处理后桩间土承载力特征值fsk=110 kpa，单桩竖向承载力特征值取Ra=1460.0KN，故复合地基承载力特征值可由下式得出：

fspk=mλRa/Ap+β（1-m）fsk=523kpa

最终沉降量估算

复合地基地基变形计算时，采用分层总和法。其最终变形量按下式计算： 公式2经计算建筑物最终沉降量S= 43.04 mm。

2.3 设计结果

由2.2.2章节计算结果可知，计算复合基地承载力特征值fspk= =523 Kpa大于设计值500 Kpa，最终沉降量计算值S= 43.04 mm小于控制沉降量70mm，计算倾斜值=0.00002<控制倾斜值0.0007，故满足设计要求。CFG桩复合地基设计方案主要参数如下表3所示

3结果分析及讨论

3.1 桩基检测成果及分析

依据该设计方案，CFG桩地基处理工作在2011年7月完成施工，复合基地检测工作于2011年12月26日至28日完成，根据桩基检测公司提供的检测报告[2]，对1#住宅楼地基抽取3个点位的单桩复合地基进行了载荷试验，对27根桩进行了低应变动力检测试验。承载力及变形均满足设计要求。

3.1.1单桩复合地基载荷试验结果

抽检的3个单桩复合地基载荷试验桩桩身完整。单桩复合地基载荷试验P-S曲线为均匀沉降型曲线，加荷至1000kpa时未出现明显拐点，单桩承载力特征值按s/b=0.01取值，不小于500kpa满足设计要求。单桩复合地基载荷试验成果汇总表如表4所示，静载试验点P-S曲线如图1所示：

3.1.2桩身完整性低应变动力检测数据分析结果

低应变共抽检桩27根，Ⅰ类完整桩12根，占检测桩数的44.44%，Ⅱ类桩15根，占抽检桩数的55.56%，未发现Ⅲ类Ⅳ类桩，桩身完整性满足规范要求。

3.2 沉降观测成果及分析

3.2.1 沉降觀测成果

根据测绘公司提供的测绘结果[3]，1#楼长39.6m宽18.6m，按测量规范要求在建筑物四周均匀布置8个观测点，沉降观测工作自2012年5月20日开始至2014年4月8日沉降稳定结束。沉降观测成果如图2、图3、图4所示：

3.2.2沉降数据分析

1、由沉降时间曲线图（图3）和沉降速率曲线图（图4）可以看出：建筑物各观测点沉降过程曲线变化形态一致，曲线聚拢，各观测点沉降速率变化一致，整个楼体的沉降过程平稳。

2、由观测成果图2分析可知：1#住宅楼5号观测点与4号观测点间南北方向沉降差最大，5号点沉降值（52.9mm），4号沉降值（56.9mm），沉降差（4.0mm），5号至4号点间距18.6m，兩点间倾斜值为0.0002 与倾斜计算值相符，倾斜值小于控制值0.0007符合设计要求。

3、按测量规范要求，建筑物最后百天沉降观测稳定标准为（0.01～0.04 mm/d）。1#住宅楼竣工后最后一次沉降观测时隔130天，建筑整体平均沉降量为（2.7mm）。平均沉降速率为0.02mm/d ，达到稳定状态标准（0.01～0.04 mm/d）。

4、在建筑物整个沉降观测周期内，1号楼稳定沉降量为49.9-58.5mm，平均总沉降量54.4mm，小于设计要求的最终沉降量（70mm），满足设计要求。

5、最终沉降量计算值与实测值的比较

经过沉降量的计算值与实测值的对比表4可知，计算值比实测值偏小，两个数值的经验关系如表5第五列所示。

通过小区内3栋住宅楼沉降数据对比，建筑沉降值均满足设计要求（70mm），但计算值都小于实测值，且存在经验关系。

4总结

该工程地基处理结果及我院在霸州地区大量的成功案例充分说明：在地基持力层为软塑-可塑状态的中高压塑性的粘性土时，CFG桩复合地基在高层建筑中的应用可满足其承载力和变形的设计要求，目前在该地区由我院设计的利用CFG桩复合地基处理方法加固的高层建筑多达几十栋，楼层最高达到30层，而且使用效果良好。根据诸多CFG桩复合地基设计成功案例我们得出如下结论：

1、CFG桩的设计思路

在这种粘性土层分部较厚且压缩模量较小的地区做CFG桩设计，宜采用大桩径、长桩、桩距在3.5d左右的设计方法。具体来说，CFG桩设计参数宜为：桩径450-500mm，桩长在29m之内，桩间距在1.70m左右。

2、沉降计算经验系数

通过以上案例对比可知：在粘性土分布较厚的地区采用规范法计算的最终沉降量与实测值有一定的偏差，实测值为计算值的1.23-1.42倍，就是说，在该地区当以可塑状态的粘性土做桩端持力层，且基础底面以下粘性土层较厚时，高层建筑的最终沉降量大于设计方案的计算值。所以在实际工程的沉降量取值时应取计算值的1.23-1.43倍。此外，考虑到建筑物在使用期间仍有部分后期沉降，设计时建筑物的最终沉降量应至少取沉降计算值的1.4倍，该倍数可作为沉降计算经验系数应用于类似的地层和建筑物的最终沉降量计算。建筑物的最终沉降量计算值通过沉降计算经验系数的修正后更接近建筑物的实际沉降量，可确保建筑物的安全、稳定。

例如，在本案例中1#住宅楼最终沉降量宜为：43.04*1.4= 60.256mm，该数值与实测值（54.4mm）更为接近，并满足最终沉降量不大于70mm的设计要求，所以原设计方案是可行的，但宜乘以1.4倍的沉降计算经验系数更符合实际情况。以上工程实例说明在粘性土占主要土层的地区，高层建筑采用CFG桩复合地基设计方案，当采用规范法进行建筑物沉降计算时，其沉降量计算值往往小于建筑物的最终沉降值，偏于不安全，需引起广大设计人员的注意。

参考文献

[1]霸州某小区勘察报告、CFG桩设计成果我院提供

[2]某检测公司提供CFG桩复合地基检测报告

[3] 某测绘公司提供沉降观测成果

[4]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

[5]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[6]《中国地震动参数区划图》GB18306-2001

[7]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

[8]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

[9]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

[10]《工程测量规范》GB 50026-2007

[11]《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007