探讨长短桩复合地基的实际应用

纪翠红

【摘 要】CFG桩与碎石桩相组合所生产出的的长短桩符合地基能够极为有效的解决地质层出现严重液化现象的地基，将地基土层中的液化现象完全消除，提高地基强度，以此来满足高层建筑对于地基承载力的需要以及对变形范围的要求。本篇文章主要对长短桩复合地基在高层建筑液化土层中的应用进行了全面详细的阐述，以期为其他建筑工程修建过程中提供参考。

【关键词】长短桩复合地基；高层建筑；液化地基；承载力；沉降

长短桩的复合地基指的是利用两种以上的不同长度竖向的增强体以及桩体来增强地基土层，提升地基荷载能力的一种地基处理措施。这种措施不但能够有效的解决土层液化现象严重的问题，还能够对复合地基的承载力以及沉降进行改善。这一施工技术是近新兴的复合地基处理技术。在使用长短桩复合地基技术进行施工的过程中，其长短桩主要是通过不同材料制造而成，再将不同桩体进行组合。下文主要对使用CFG桩体来与碎石桩进行长短不同的组合，将其应用到液化土层中的案例进行了研究。

0.工程概况

我国某处的商住楼整体的结构形式双子塔楼结构，这种结构美观别致，平面形状为矩形。每个塔楼的长度和宽度均为39米，地上部分为24层，其中四层办公楼，20层住宅楼，地下为1层。主楼的主要建筑结构形式为剪刀墙结构，以筏板为基础，板底较高。基础第三层为粘土层，主要是在这一层添加筏板，地下水约在地下一米处。由于这种地质结构本身的特点，天然的承载能力不能满足主楼的承重量，因此需要对整个地基进行加固处理，处理的方式是采用碎石桩和cfg桩相结合的复式地基形式。其中碎石桩的直接在40厘米，长度需达到9米左右，桩端处于粉砂层内，CFG桩的直径也在40厘米范围内，但长度需要达到13米，也处于粉砂层内。这两种桩体均采用三角形的布置结构，要形成一定的间距。

1.工程地质条件及长短桩复合地基设计

1.1工程地质条件

根据场地的具体情况和基本的勘查数据得知，这块场地地势平坦，适合用于塔楼的建筑，同时该场地的地势结构为冲击平原结构，受力程度比较均匀，承载能力较好。

1.2长短桩复合地基的设计计算

在桩体的长短设计上，首先需要对现场的环境进行勘查，提出合理的设计方案。需要注意的是，碎石桩复合地基的承载能力在120kpa范围内，而cfg桩的承载力的最大限度为550kN，碎石桩加CFG桩复合地基承载力特征值不小于308kPa。因此两者在复合时，需要考虑到极限设置。

1.2.1复合地基承载力设计计算

复合地基承载力计算公式为：

公式中：m1、m2分别指的是长桩体与短桩体这两者之间所存在的置换率；β1、β2则分别指的是端庄体桩体之间所存在的强度折减数值；Ra1、Ra2主要指的是长桩体、短单桩这两个竖向桩体承载能力的特征值，该数值主要是通过桩身的强度所决定的单桩承载力以及静载承载力来确定。Ap1、Ap2这两个数据主要指的是长桩体与短桩体这两者的截面面积；fspk、fsk主要指的是复合地基以及桩间土这两者自身所具有的承载力特性。

本工程中，经过优化设计，整个基础桩位平面布置为正三角形布置， 桩距均为1200mm，长桩、短桩的置换率均为m1=m2=0.101。

（1）CFG单桩竖向承载力特征值及单桩复合地基承载力特征值计算。

单桩竖向极限承载力公式为：

Ru=up∑qsili+Apqp （2）

相应的单桩竖向承载力特征值：

Ral=jRu/2=661.1 kN/2=330.6kN。

CFG单桩复合地基承载力特征值计算公式fspkl为：

fspkl=344.9kPa。

（2）碎石桩设计：设碎石桩复合地基承载力特征值f′spk=120kPa，

由式（4）计算得Ra2=26.3kN。

式中：f′spk为碎石桩处理后地基承载力特征值。

（3）长短桩复合地基承载力特征值计算：

将计算结果代入公式（1）得352.2kPa，此处β1、β2均取0.8。满足原设计要求。

1.2.2复合地基沉降计算

（1）计算简图。

沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：长短桩区域H1、长桩区域H2、下卧层区域H3。基础底面处的附加压力为P0=283kPa。

（2）沉降计算。

长短桩复合地基的沉降由三部分组成，即S=S1+S2+S3。在工程实践中，对每部分的沉降计算可采用现行建筑地基基础设计规范中建议的方法进行计算。长短桩复合地基沉降公式为：

式中：Sc为计算沉降量；SH1为H1区域的计算沉降量；SH2为H2区域的计算沉降量；SH3为H3区域的计算沉降量；ψ为沉降计算修正系数；P0为基础底面处的附加压力（kPa）；Espi为天然土层与桩形成的复合模量或天然土的模量值；Zi、Zi-1分别为基础底面至第i、i-1层土底面的距离（m）；ai、ai-1分别为基础底面计算点至第i层土底面范围内平均附加应力系数；n1、n2、n3分别为H1区域、H2区域、H3区域内土层数。地基处理后的变形计算按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定执行。

H1区域的复合压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值可按下式[3]确定：

H2区域内的复合压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ1倍，ζ1值可按下式[6]确定：

式中：fak

为基础底面下天然地基承载力特征值；fspkl

为CFG单桩复合地基承载力特征值。地基沉降计算深度Zn根据规范应满足下列条件：

由该深度向上取1m所得的计算沉降量ΔS′n应满足下式要求：

ΔS′≤0.025ΔS′（8）

根据规范计算到第9-1层底满足沉降计算要求，得总沉降为：

SC=ψ（SH1+SH2+SH3）=0.2×251.05=50.2mm

式中：ψ为沉降计算经验系数，由压缩模量的当量值Es=25.74 MPa 查《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中表确定。

1.3复合地基检测试验

1.3.1检测内容

（1）碎石桩桩体动力触探检验和桩间土标准贯入检验。

（2）CFG单桩竖向载荷试验。

（3）碎石桩复合地基载荷试验。试验载荷板尺寸为1.21m2，碎石桩单桩复合地基承载力p-s曲线。

1.3.2 检测结论

本文案例工程的碎石桩只要是在地面以下的6至7米左右，碎石桩的密度较低，而7至15米的桩体则具有较高的连续性以及密度。在对碎石桩采取一定的措施之后，桩间土所存在的液化现象已经完全解决掉。CFG桩的单桩竖向承载力特征数值达到了275kN之后，其极限值能够达到550kN，完全满足高层建筑的需求。其碎石桩的复合地基承重特征数值也达到了120kPa，复合工程设计需要。

1.4 实测沉降数据与理论计算的对比

通过对整个建成完成的住宅建筑外墙上所不知的15个沉降观测点回馈的数据来看，均匀铺设的观测点数据基本一致。通过多统计的数据图标可以明显看出，在整个住宅建筑的内部装修完毕之后，建筑所呈现出的平均沉降值为48mm，其计算结果完全符合工程设计要求。

2.结语

总而言之，从这个案例中得知，采用碎石桩和cfg桩结合的复合地基技术，可以解决高层建筑中的地基不稳和地基液化的问题，也满足了基本的沉降度。在施工的过程中，还需要考虑科学的方法，考虑到多种参数，提高复合地基的承载能力，确保施工能够保质保量的进行。

【参考文献】

[1]葛忻声，龚晓南，张先明.长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法探讨[J].建筑结构学报，2003（04）.

[2]闫明礼，王明山，闫雪峰，张东刚.多桩型复合地基设计计算方法探讨[J].岩土工程学报，2003（03）.

[3]邓超，龚晓南.长短桩复合地基在高层建筑中的应用[J].建筑施工，2003（01）.