摘要:本文结合工程实例对刚性桩复合地基的设计，阐述了采用夯扩桩作刚性桩的复合地基的设计思路和计算过程，结果表明这种地基处理方案有效解决了该岩溶地区地基承载力小和沉降大的问题，并取得了较好的经济效益。
　　关键词：高层建筑， 刚性桩复合地基设计
　　Abstract: combining with engineering examples in the design of the rigid pile composite foundation, this paper expounds the ram for the expansion of the rigid pile pile composite foundation, the design method and calculation process, and the result shows that the foundation treatment plan effectively resolve the karst area foundation bearing capacity and settlement small big problems, and have achieved good economic benefits.
　　Keywords: high buildings, the rigid pile composite foundation design
　　
　　
　　中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
　　
　　 引言
　　近年来复合地基技术发展迅速，在以砂石桩为代表的柔性桩复合地基日渐成熟的情况下，以素混凝土桩为代表的刚性桩复合地基的应用也有逐渐推广之势。由于刚性桩复合地基的作用机理和桩基础类似，因而有人认为它不是复合地基而是桩基础。规范规定高层建筑中的箱基必须有一定的埋深，以抵抗外部水平力对建筑物的倾覆作用。采用桩箱基础时，桩基础本身具有一定的抗水平力能力，通过相关的验算，就可以突破规范的限制。此时桩基础就起了加深基础的作用。在一些采用高承台桩基础的建筑物或桥梁工程中，桩基础的“基础”作用就体现的比较充分了。因此说桩基础是一种“深基础”，而复合地基是一种“地基”，基本没有抗倾覆的能力。以此来区分桩基础和复合地基就比较直观了，也较容易理解。
　　刚性桩复合地基至少是地基的一种。但在承受上部结构竖向荷载及基础自重时，刚性桩复合地基与复合桩基在作用机理、变形性状，单桩受力状态及设计思想等方面都比较类同；与传统的以柔性桩为代表的复合地基作用机理和设计思想反而差别较大。
　　
　　1、 刚性桩复合地基特点
　　刚性桩复合地基即是采用刚性桩增强天然地基的部分土体，通过设置于基础和桩之间的褥垫层来使增强体和地基土共同承担荷载的人工地基。夯扩桩是沉管灌注桩的施工工艺与机械挤扩桩的桩基基础相结合的产物，即用柴油锤等将内外双管打入桩位，采用夯扩的方式将桩端现浇混凝土扩大成大头形的一种桩型。它具有止淤止水，减少缩颈和断桩，工程造价低等优点。
　　
　　2、工程概况
　　某建筑物地上16层、一层地下室的住宅，楼高54.00m，一期地上总建筑面积112278㎡，地下总建筑面积为25604㎡。场地的复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，建筑场地类别为三类，建筑物地基基础设计等级为乙级。地下室底板板厚400 mm，采用C30微膨胀混凝土。
　　
　　2.1 刚性桩复合地基设计方案
　　 根据补充施工勘探报告揭露的地质，本场地的岩溶发育，钻探见洞率高，并且场地的基岩变化起伏大。为避免基础沉降大和地基承载力小的问题，根据复合地基的承载机理，决定对塔楼部分采用刚性桩复合地基的设计方案。
　　选夯扩桩做为刚性桩是因为其在桩端形成扩大头，提高了桩端支承面积，同时夯扩挤密了桩端土，增大了桩端阻力，最终使得桩承载力得到提高。采用桩身直径500 mm，扩大头直径为900mm的夯扩桩，等边三角形布桩，桩中心距为1.75m,桩端持力层为地质资料中③2、③3编号的粉质粘土层或石灰岩面，桩身混凝土强度等级均为C25。由夯扩桩单桩竖向承载力特征值公式Rk=πdΣLixqsa+π/4xD²xβxqpa根据钻孔资料计算出Rk范围在736kN~1183 kN,取所有钻孔承载力计算的平均值为1000 kN。但因为基础在溶洞发育地区，所以对Rk取调整系数0.6，则最后单桩竖向承载力特征值为600 kN
　　
　　2.2 刚性桩复合地基设计
　　针对尽可能减少主楼的地基沉降这一目的，选用φ600的桩，以基底下17.1m 的中粗砂层为桩端层，并要求进入0.9m，设计桩长17.0m。桩顶以上铺设100mm 厚的级配砂石。
　　计算得单桩承载力极限值Qu=2000kN，设计值R=1200kN，桩间土承载力设计值fsp=318 kPa，桩间土承载力折减系数β取0.7，计算得桩土面积置换率m=0.081，正方形布桩，计算桩中心距为1.87m结合基础形式，实际采用矩形布桩，桩中心距为1.850m x1.825，桩土面积置换率为0.084。整个工程共布桩684根。
　　
　　2.3 设计计算
　　（1）天然地基承载力特征值计算
　　勘察报告中提供的淤泥质土承载力特征值的经验值fak为60kPa，基础底面土的加权平均重度γm=6kN/m³，地下室的抗浮水位的高程按地勘报告为±0.00m，基础埋深d为5.8m。对18层且有1层地下室的住宅塔楼，经深宽修正后的承载力特征值为91kPa。
　　（2）复合地基竖向承载力特征值计算
　　根据广厦软件计算结果，建筑物每层结构自重加活载按19kPa（考虑底板）计算，主楼地上18层，地下室1层共19层，则基底附加压力Po=19x19-16x5.8=268kPa。则复合地基竖向承载力特征值fspk应不小于268 kPa。
　　（3）桩间距的确定
　　 复合地基竖向承载力特征值公式如下：
　　 ; （1-1）
　　m=d2/;（1-2）
　　式中： fspk——复合地基承载力特征值（kPa）；m——桩土面积置换率；d ——桩身外直径（m）；de——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m），按等边三角形布桩时，de可按1.05s取值；Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；Ap——包括桩芯土在内的桩横截面全面积（m2）；β——桩间土承载力折减系数；fsk—— 修正后桩间土承载力特征值（kPa）；s——桩间距。
　　由已知复合地基竖向承载力特征值，单桩竖向承载力特征值和淤泥质土承载力特征值可由公式1-1求出桩土面积置换率m；再由1-2公式即可确定桩间距
　　 复合地基竖向承载力特征值计算表
　　
　　
　　则可初步确定桩间距为1.75m,此时复合地基承载力特征值为270 kPa。
　　
　　2.4 复合地基变形
　　刚性桩复合地基的总沉降量由三部分组成，即桩长范围内土层的压缩量S1 ，加固层下卧层的压缩量S2和褥垫层的压缩量S3 ，由于S3很小可以忽略因此基础沉降量就是地基土的压缩变形，由于复合地基中桩的荷载分担和桩对桩间土的侧向约束桩长范围，桩间土的变形小于天然地基的变形但大于桩基的变形复合地基变形，固然与荷载水平有关但荷载一定时桩分担的荷载比例越大其变形越小，复合地基的强度必须能可靠地承担上部结构的荷载变形也要控制在结构所允许的范围之内。
　　2.5桩身强度确定
　　 由桩身强度验算公式Ra≤ψc Ap fc（式中ψc为工作条件系数取0.7）可得fc≥1000/(0.7x0.19625)=7.28N/mm²，查《混凝土规范》选用C25，fc=11.9N/mm²，满足要求。
　　
　　2.6沉降计算：
　　复合地基的沉降计算采用分层总和法进行，把总沉降量分为加固区的沉降S1和下卧层的沉降S2，总沉降采用两者之和。此处要注意的是由于复合地基加固区是土体和增强体共同承担荷载，增加体和土体应看做一个整体来考虑复合模量。由规范可知复合模量表达式为Esp= Es x(fspk / fak)，其中fak为天然地基土承载力特征值。限于篇幅不再演算计算过程，最终沉降满足规范要求。
　　
　　3、结束语
　　通过该工程设计可初步得出以下体会：
　　(1)桩土共同作用是一个复杂过程，随着沉降的发展，桩、土的荷载分担不断变化。为保证樁、土共同作用，使短桩和土的复合地基的承载力充分发挥，刚性桩(长桩)顶面与基础底板间需有一定的褥垫层。褥垫层须密实、均匀。
　　(2)刚性桩复合地基可以较好地发挥桩体和桩间土的效用。刚性疏桩可以减少复合地基及下卧层的压缩量，达到控制沉降的目的。
　　(3)刚性桩复合地基在工程实际中，能有效降低造价，具有较好的经济效益。
　　
　　参考文献
　　[1] 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002），中国建筑工业出版社, 2002
　　[2] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），中国建筑工业出版社, 2002
　　[3] 《CFG桩复合地基技术及工程实践》，闫明礼、张东刚，中国水利水电出版，2000
　　[4] 《建筑工程地基处理技术—夯扩桩的设计与施工》，杨家丽，北京科学技术出版社，1997
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