刚性桩复合地基在高层建筑中的应用

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘要：基于已有复合地基理论，探讨刚性桩复合地基的计算及影响建筑物沉降的主要因素。以广州市花都区某住宅工程为例，简述刚性桩复合地基的工程特性及适用情况。阐明刚性桩复合地基在降低工程造价、减少升降量等方面的优点，以期为高层建筑的地基基础选型论证提供更多的选择。

　　关键词：刚性桩复合地基;沉降;载荷试验;长螺旋泵压混凝土;

　　Abstract:This paper take Huadu Area Guangzhou City housing project for example, briefly described rigid pile composite foundation engineering properties and situation. Clarify the advantages of rigid pile composite foundation to offer more choices in the selection of demonstration of the lower construction costs, to reduce the lift amount,in order to provide the choice for the high-rise building foundation.

　　Keywords: rigid pile composite foundation; settlement; load test; long spiral pumping concrete;

　　中图分类号 : 文献标识码： A 文章编号：

　　前言

　　复合地基的类型以桩身刚度划分可分为柔性桩、亚刚性桩、刚性桩三种。柔性桩复合地基以散粒材料类桩构成，如碎石桩、砂桩、矿渣桩等，目前用于处理六、七层建筑下的软土地基;亚刚性桩复合地基以水泥土类桩构成，如灰土桩，旋喷桩等，主要用于多层建筑软土地基处理，对高层建筑地基处理正处于探索中;刚性桩复合地基以混凝土类桩构成，如CFG桩、素混凝土桩等，对多高层建筑的地基处理均适用。柔性桩及亚刚性桩复合地基对地基承载力提供幅度有限(一般为1.5～2.0倍)，多用于多层建筑地基处理。刚性桩复合地基能够调动深层土参与工作，充分利用天然土强度，承载力提高幅度可调范围大，压缩模量大，桩体质量及耐久性有保证，能使复合地基应用取得极大的经济技术效果。

　　一、刚性桩复合地基原理及承载力计算

　　刚性桩复合地基的原理是利用桩身轴向变形很小，桩体强度较高的刚性桩于桩间天然土体通过桩顶褥垫层的协调作用来共同承担荷载，到达提高地基承载力的目的。其中刚性桩设计为摩擦型桩，并以承载力相对较高的土层作为桩端持力层，既可提高地基承载力，又能通过桩身将荷载更多地向地基深处传递，以减少压缩变形。刚性桩复合地基承载力特征值计算公式如下：

　　式中m为面积置换率;Ra为单桩承载力特征值;Ap为桩的截面积;β为桩间土天然地基承载力折减系数;fsk 为桩间土天然地基承载力特征值。单桩承载力估算公式如下：

　　褥垫层技术是复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层是在基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的散体粒状材料组成的垫层。其主要作用是协助调整桩与土竖向荷载的分担比例;减少基础底面的应力集中。当桩较长，桩端土层较硬，桩间土较软时褥垫层可厚些，反之可薄些，一般宜取200～400mm;垫层材料可用中、粗砂，石屑或级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。

　　二、刚性桩复合地基的变形控制

　　刚性桩复合地基的变形是由三部分组成：S=S1+S2+S3;S1为桩顶与基础间褥垫层的压缩变形，由于垫层材料的变形模量较大，厚度较小所以S1变形可以忽略;S2为桩间土的变形，而加固后的土层的复合加权平均压缩模量比天然土层的要大，所以S2得到控制;S3为桩端土层的变形量，是建筑物产生的主要变形，所以设计中选择桩端持力层对控制总沉降量十分重要，对于高层建筑最好选择强风化或基岩面，有效地控制了总沉降量，则差异沉降也可满足要求。

　　三、刚性桩复合地基的载荷检测

　　载荷试验是确定复合地基承载力最可靠的方法，而且国家规范强制性条文规定“复合地基承载力特征值检测应采用静载荷试验”。复合地基载荷试验可测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形模量。正确选择承压板面积是确保试验结果准确性的重要环节。对于单桩或多桩复合地基载荷试验，其承压板面积必须与单桩或实际桩数所承担的处理面积相等。

　　四、刚性桩复合地基的工程实例

　　1、工程与地质概况

　　该工程位于广州市花都区云山大道东段北侧，为9栋十八层住宅小区，设一层地下室。塔楼部分为剪力墙结构;裙楼部分为框架结构。根据勘察报告场地内地质情况如下表： 从表中可看出，场地位于石灰岩地区，地质条件复杂，而且部分钻孔揭露溶洞和土洞，情况如下表：

　　2、基础设计

　　考虑如按勘察报告建议采用钻孔灌注桩，其桩端持力层在微风化灰岩，由于承载力不高，塔楼荷载较大，桩径必然选大值;而且岩面起伏较大，灰岩层中溶洞发育所以需要对桩位进行超前钻，对深部溶洞及土洞必须进行灌浆加固处理。这个方案造价高，施工工期长，不可预知情况太多。经多方考虑比较后决定采用刚性桩复合地基,将多个塔楼下的核心筒和剪力墙做一个整体的筏板，裙房下的框架柱做独立基础。地下室开挖深度为3.8m，筏板底面落在粗砾砂层，故选取该层作为基础的持力层，其天然承载力特征值为160KPa;刚性桩端支承于微风化灰岩上，桩长约18m，这要求桩身强度较高，故采用素混凝土桩。桩径为400mm，混凝土强度为C20，根据估算公式得出单桩承载力特征值为Ra≥400KN。根据建筑物上部荷载要求复合加固的地基承载力特征值达到250KPa以上，核心筒下的到达350KPa。素混凝土桩采用正方形布置，桩心距为1600mm;核心筒下桩心距为1200m。

　　3、刚性桩施工过程中对溶洞土洞的处理

　　素混凝土桩的施工采用长螺旋钻机成孔，管内泵送混凝土成桩。由于场地位于岩溶地区,土洞率和溶洞率较高,岩面标高变化大，遇洞时,素混凝土刚性桩原则以混凝土填充,并循环检测桩顶混凝土面;对于建筑范围内开口溶洞贯通的土洞希望回填至该开口溶洞底至顶,不应在回填中由于混凝土重力,压力作用下将尚未结硬混凝土冲向建筑物范围外，可采用间歇填堵方法,首次填堵以控制在15～20m3以内,间歇时间大于10小时,10小时以后继续填堵。

　　4、褥垫层的设置

　　素混凝土刚性桩施工完毕后,应凿除桩顶0.5m浮浆,在基底范围内铺设砂石褥垫层。砂石选中、粗砂，碎石粒径不应大于10mm，砂石比例为3：7.砂石褥垫层虚铺厚度250mm,然后灌水夯实至200mm，密实度不小于95%.褥垫层超出基底边缘200mm,素混凝土刚性桩桩顶入褥垫层50mm。

　　5、复合地基质量检测

　　复合地基施工完成后，桩身混凝土强度达到28天可采用平板载荷试验法对地基承载力进行检测。共布置20个检测点作原位载荷试验，平板载荷值为复合地基承载力特征值的2倍。测得最大沉降量为21mm。对桩的完整性采用了低应变动测，结果显示桩身质量完整，能满足设计要求。

　　五、结语

　　通过上述的理论分析和成功的工程实例表明刚性桩复合地基在高层建筑中应用是可行的。特别是在广州北部的广花盆地、清远英德、广西等岩溶地区，其优点更为突出。其能降低造价的主要原因在于：⑴利用了天然土的承载力;⑵桩直接较小，单位体积材料所发挥的承载力高;⑶桩为素混凝土，节省钢筋笼

　　地基与基础的涉及的费用较大，正确选择基础类型对整个项目的建设非常重要。建议在设计过程中根据场地土质情况，通过经济技术分析，多方面比较，选择最佳基础方案，从而获得良好社会效益和经济效益。

　　参考文献

　　[1]龚晓南.复合地基设计和施工指南[M].北京.人民交通出版社.2003

　　[2]建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)

　　[3]建筑地基处理技术规范(DBJ15-38-2005)