高层建筑软弱地基处理设计与效果分析

湖北省核工业地质局，湖北 孝感 432000

天然地基如果不经过处理，将不能够满足拟建建筑物按照设定的建筑高度及承载力要求，因而需要对地基采取相应的加固措施，使其能够满足相关规范要求。地基处理的优劣直接影响整栋建筑的质量，而地基处理的费用一般较高，选择合适的地基处理方式，在保证工程质量的基础之上尽可能降低成本一直是高层建筑设计人员的研究重点。复合地基技术是将桩体和天然地基作为一个整体，共同承担上部所产生的荷载作用。采用复合地基的加固方式效果较好且比其他地基处理方式更具有经济优势。

1 CFG桩复合地基的工程特性

1.1 复合地基的工程特性

（1）承载力的可调性大。CFG桩的长度和桩径直接决定了桩土与地基之间的接触面积和侧摩阻力的大小，从而确定了地基的承载力大小，因而CFG桩复合地基具有较强的调控性。CFG桩的整个桩都可提供侧摩阻力，与其他的加固方式相比，CFG桩在承载力增幅上有更加明显的优势。对于承载力较好的天然地基，可以通过减小桩长和桩径的方式来优化设计方案，减小成本。

（2）适应范围广。CFG桩适用于不同的基础。

（3）刚性桩的特性明显，整个桩长都可以产生侧摩阻力，能够降低沉降量，满足设计要求。

（4）CFG桩的施工工艺较为成熟，较好地保证施工质量，比其他类型的加固措施工期更短、造价更低。

1.2 CFG桩复合地基的加固机理

CFG桩复合地基的桩体与周围的天然地基相比，具有更高的模量和强度，因而在地基中加入桩体，实际上相当于起到了置换的效果，进而提高地基的强度和模量。CGF桩可以将上部荷载传递至深层土中，降低地基的沉降变形。在CFG桩成桩的过程中，天然地基受到一定的侧向力，可以压缩土体之间的孔隙，提高其力学性能，进而降低地基的沉降量。砂土和粉土经过振动和挤密后也可提高抗液化能力。CFG桩复合地基的桩体具有良好的透水性，实质上相当于一种良好的排水通道，能够加速桩周土体直降的排水固结。设置褥垫层能够起到缓冲的作用，缓解桩体对基础的冲切作用，同时褥垫层还能与CFG桩共同承担上部的荷载作用。

2 CFG桩复合地基承载特性影响因素模拟分析

2.1 工程概况

拟建的工程为高层住宅，地上28层，地下1层，通过地勘报告可知，天然地基不能满足建筑物承载力的要求，需要采取加固处理措施。经过方案比选后，CFG桩复合地基可以对该地基进行更为有效的处理。该节主要利用ABAQUS的数值模拟方式，通过建立CFG桩复合地基三维模型来研究各个因素影响下的承载力变化。

2.2 褥垫层模量的影响

沉降量岁褥垫层模量的变化曲线如图1所示，曲线表示的是在褥垫层厚度为20cm时，褥垫层的模量与复合地基沉降量之间的关系。由图1可知，荷载的大小与沉降量之间几乎呈线性关系，且当模量较小时，随着荷载的增加，沉降量的增加增幅较大，出现这种现象的主要原因在于增加褥垫层的模量，使得桩身的应力集中现象更为显著，桩间土所承担的荷载会有所削弱，其承载力也未能够得到充分的发挥，进而导致复合地基沉降量的增加。

图1 沉降量岁褥垫层模量的变化曲线

桩身轴向力随褥垫层模量的变化曲线如图2所示，曲线表示的是荷载为500kPa、垫层厚度为20cm时，桩身轴力与褥垫层模量之间的变化规律。规律显示桩身轴向力随褥垫层模量的增大而逐渐增大，且在模量较小的情况下，调节作用更明显，有效缓解桩身应力集中。在其他条件都相同的情况之下，深度越大，桩间土对桩土的围护作用也就越强。

图2 桩身轴向力随褥垫层模量的变化曲线

对以上曲线的分析可知如果地基的承载力较高，为了削弱桩体的应力集中，可以选择模量较小的褥垫层，反之则选择较高模量，以降低沉降变形。

2.3 桩长的影响

桩长变化对CFG桩复合地基沉降的影响曲线如图3所示，曲线表示的是在褥垫层厚度为20cm、模量为60MPa时桩长与沉降量之间的规律。由图3可知，当荷载为一个定值时，增加桩的长度，复合地基的沉降量会呈现出减小的趋势，且下降的幅度也在逐渐降低最后呈稳定的状态。同时，可以看出沉降量的降幅与荷载之间呈反比例关系，主要原因是桩长度的增加会增大侧摩阻力，进而强化桩土的置换效果。

图3 桩长变化对CFG桩复合地基沉降的影响曲线

桩长变化对桩身轴向应力的影响曲线如图4所示，曲线显示轴向应力与桩长呈正比例关系，当桩的长度较小时，其受到的侧摩阻力也较小，在此时增大桩长，轴力的增幅也比较大。当桩长较大时，轴身受到的侧摩阻力也在增大，桩身的增长所引起的轴向应力增幅也会随之减小并趋于稳定。

图4 桩长变化对桩身轴向应力的影响曲线

在设计时复合地基，桩长是重要的一个因素，应结合工程的实际情况，尽可能让桩端落在良好的持力层之上。在设计桩长时，一方面需要考虑承载力的性能，另一方面需要考虑经济因素，并非所有的桩均是越长越好。在采用CFG桩复合地基进行加固时，桩体的布设形式也会直接影响地基的加固效果，具体的布设形式需要根据工程特点来进行确定，合理选择桩间距，在满足承载力的基础上最大限度地节约成本。当对桩体进行施工时，要考虑成孔的垂直度、浇筑材料的强度以及桩体的缩颈和扩径等施工工艺。

3 结束语

综上通过对CFG桩复合地基的简要分析可以看出，CFG桩能够有效提升地基的承载力且增幅较大，具有较高的经济和工程效益。CFG桩可以通过桩体、挤密、排水固结、褥垫层等多方面的作用来实现对地基的加固改善。文章采用数值模拟的方式并结合具体的工程实例，研究了影响CFG桩复合地基的各方面因素以及实用的效果，旨在为相关的工程提供一定的参考。