如何提設計要求

#專家論壇CFG樁復合地基設計如何提設計要求閆明禮許立波（中國建筑科學研究院地基所北京100013）（中航一集團洛陽613研究所洛陽471000）［提要］介紹了復合地基設計所需的資料，以及提設計要求時常發(fā)生的一些問題。［關鍵詞］CFG樁復合地基設計0前言當前CFG樁復合地基在高層建筑地基處理得到了廣泛應用，但復合地基設計在不同地區(qū)有不同的方式。有的地區(qū)結構工程師既做上部結構，又做復合地基設計；有的地區(qū)則是結構工程師做上部結構和基礎設計，巖土工程師做復合地基設計，復合地基設計資料和設計要求由結構工程師提供。對于后面一種方式，常遇到的問題是：結構提供的設計資料不全或設計要求不夠準確、甚至不合理，給復合地基設計帶來許多困難，或者給工程帶來不應有的損失。下面和結構工程師共同探討一下如何提供設計資料和設計要求。1CFG樁復合地基設計需提供的資料1.1工程地質勘察報告1.2總平面圖；相關的建筑、基礎平面圖和剖面圖；±0.00對應的標高；基底標高；電梯井、集水坑底標高；基礎外輪廓線；墻、柱、梁的位置；柱距、板厚梁高；如有裙房，應標明主樓和裙房（或車庫）的相關關系（如有后澆帶，應標明其位置）以及裙房（或車庫）的基礎形式和幾何尺寸。1.3建筑物荷載1.基底壓力滿足荷載線性分布條件時：（1）相應于荷載效應標準組合時基礎底面處的平均壓力和基礎底面邊緣處的最大壓力（用于承載力驗算）；（2）相應于荷載效應準永久組合時基礎底面處的平均壓力（用于地基變形驗算）；（3）主樓周圍有裙房（或車庫）時，還應提供裙房（或車庫）基底壓力標準值，以便考慮能否以及怎樣對主樓地基承載力進行修正；（4）需作抗沖切驗算時，尚需提供荷載設計值。2.基底壓力不滿足荷載線性分布條件時，應分別提供每個柱荷載。若為框筒結構，還提供核心筒荷載標準值和設計值。1.4設計要求的復合地基承載力和變形。對按變形控制設計的復合地基，按滿足荷載對承載力的要求和按滿足變形限值兩者中的大值提承載力要求。2常見的幾個問題問題1:只提對復合地基承載力特征值和復合地基變形的要求，而不提供荷載條件。復合地基計算主要包括復合地基承載力計算、復合地基變形計算。1.復合地基承載力計算復合地基承載力是根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）（簡稱《地基規(guī)范》）和《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2002）（簡稱《地基處理規(guī)范》）,對軸心荷載作用時按下式進行驗算：P<f=f+丫（d-0.5）（1）kaspkm式（1）表示荷載不能大于抗力。式中，P為相k應于荷載效應標準組合時基礎底面處的平均壓力值；f為修正后復合地基承載力特征值（根據(jù)《地基處理a規(guī)范》，只做深度修正，且修正系數(shù)取1.0）；f為spk復合地基承載力特征值；丫為基礎底面以上土的加m權平均重度；d為基礎埋置深度。地基處理工程師根據(jù)結構工程師提供的復合地基承載力不低于某一限值的要求，作復合地基設計，確定設計參數(shù)和承載力特征值f，再根據(jù)基礎埋置深spk度計算深度修正項，由式（1）右部求得經(jīng)深度修正后的復合地基承載力特征值f。但如果結構工程師沒有a提供荷載P，將無法按式（1）對荷載和抗力進行比k較，就不能了解設計的安全儲備是多少。因此結構工程師提設計要求時不能忘了提供荷載條件。2.復合地基變形計算

CFG樁復合地基變形計算，是按《地基處理規(guī)范》確定復合土層的復合模量，再按《地基規(guī)范》計算復合地基變形，其中規(guī)定用于計算變形的荷載為相應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加壓力P0,它是使地基產(chǎn)生變形的有效應力，數(shù)值上等于相應于荷載效應準永久組合時的基礎底面平均壓力P產(chǎn)生的有效應力（若有地下水須扣除地下水對建筑物的浮力）與基礎底面處原有土的自重應力（自重應力是有效應力）之差。因此，要計算P0必須知道P、地下水類型及標高、基礎埋深d、和基底以上各層土的重度Y顯然，結構工程師若不提供P,就無法確定P、0計算各土層的附加應力，也就無法計算地基變形。有的結構工程師只提供基底壓力標準值，讓地基處理工程師用基底壓力標準值計算變形,是不符合規(guī)范要求的。有的結構工程師甚至什么荷載都不提供，讓地基處理工程師用設計要求的復合地基承載力特征值去計算變形，則無論在規(guī)范上還是在概念上都是不合理的。問題2:要求復合地基承載力特征值f不小基spk底壓力標準值，甚至在基底壓力標準值的基礎上增加5%-10%的安全儲備作為對f的要求。spk產(chǎn)生上述問題的主要原因有兩種：1）疏漏了《地基處理規(guī)范》對承載力可作深度修正的規(guī)定；2）沒有進行具體的計算分析，就憑直覺認為不進行深度修正無非就是保守一點，因此采用了過分簡化的處理方式。f但實際工程中，深度修正對承載力特征值a有著顯著的影響。下面分兩種情況進行討論：1.按承載力控制設計的工程由式（1）可知，滿足荷載要求的復合地基承載力與基礎埋深密切相關。對淺埋基礎深度修正項Y（d-0.5）數(shù)值較小，對工程影響不大；對高層建筑m基礎埋深很大，不考慮深度修正項是不合理的。例：某工程基底壓力標準值為400kPa,基礎埋深8.5m,基底以上土的加權平均重度為20kN/m3,由式（1）求得f>240kPa即可滿足設計要求。若不考慮深度spk修正，要求f>400kPa，比規(guī)范允許值高出了67%,spk將造成不必要的浪費。2.按地基變形控制設計的工程CFG樁復合地基變形按《地基規(guī)范》的有關規(guī)定執(zhí)行，復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的可咅，即spk2)spkak式中f為基礎底面下天然地基承載力特征值。ak根據(jù)《地基規(guī)范》，按變形控制設計的地基應滿足承載力計算的有關規(guī)定，也就是說，復合地基設計參數(shù)應同時滿足承載力和變形兩個條件。按變形控制設計時，通常按如下方法確定設計要求的承載力：首先按式（1）確定的f作復合地基設計，確定樁長、樁spk徑、樁距、褥墊厚度和樁體強度。根據(jù)地質報告提供的/’按式（2）計算模量提高系數(shù)g,再計算復合地ak基變形。當復合地基變形滿足設計要求時，相應的fspkspk就是設計要求的復合地基承載力；否則需調整設計參數(shù)（增大樁長或減小樁距等）重新設計，直到復合地基變形滿足設計要求為止，這時相應的f才是設計spk要求的復合地基承載力。例:某工程基礎尺寸為24mX24m，地表標高為50m，地下水標高30m，基礎埋深10.5m，基底壓力標準值480kPa，準永久組合值440kPa,相關土層參數(shù)見表1。設計要求采用CFG樁復合地基進行地基處理，建筑物沉降量不大于200mm。工程地質土層厚度及物理力學指標表1土層底標高（m）Y(kN/m3)Es(MPa)q,a(kPa)q/Pa(kPafak(kPa①粉質粘土39.520820——②粉土33.0201230700160③中砂29.02020251000—④粉質粘土5.02012———由式（按f>p_y（d-0.5）=480-20x（10.5-0.5）spkkm=280kPa作復合地基設計。取設計參數(shù)為：樁徑400mm、樁長8m、樁距1.7m、褥墊層厚度200mm。驗算如下：R=uYql+qA=416kNapsiipPi=1Rf=m—a+p(1一m)f=297kPaspkAakPf=f+y(d-0.5)=297+20x(10.5-0.5)aspkm=497kPa>480kPa，滿足承載力設計要求。模量提高系數(shù)g=f/f=297/160=1.9，復合spkak地基變形s=72mm<200mm,滿足變形設計要求。故對該工程提出的承載力要求應為：復合地基承526kPa，f=726kPa526kPa，f=726kPa>>480kPaa主樓TS12B丘1連修正陶基聃埋探二di+d-載力特征值不小于280kPa，即可。如果要求復合地基承載力等于基底壓力標準值，甚至還要增大安全儲備的話，會給工程帶來不必要的浪費和其他的難題。比如按fsp|520kPa的要求作復合地基設計，設計參數(shù)選用樁徑400mm、樁長9m、樁距1.07m,才能滿足設計要求。驗算如下：g=526/160=3.29,s=37mm<<200mm由表2可知，按f>520kPa的要求作復合地基spk設計比按f>280kPa的要求增加184％的方量，除spk了增加造價和工期之外，技術上也有諸多問題。比如，對本工程，為提高承載力需增加樁長或縮小樁距，樁端應落在層③中砂上。樁長9m已落在層③中砂偏下的部位，且樁距小于3倍樁徑，超出規(guī)范要求。層②為飽和粉土，如此小的樁距，采用長螺旋鉆泵送混凝土成樁工藝，將導致竄孔頻頻發(fā)生。若設計要求復合地基變形不超過50mm,則按f>280kPa的要求確定的設計參數(shù)不能滿足設計要spk求，將設計參數(shù)調整為樁長9m、樁距1.35m，貝I」：f=393kPa，f=593kPa，s=49mm。spka此時的設計要求為f>393kPa?？⒐ず笞鰪秃蟬pk地基靜載檢驗將此值作為驗收條件。兩種設計要求時的設計參數(shù)和工程量比較表2設計要求fspk(kPa)樁長(m)樁距(m)樁數(shù)方量(m3).fa(kPa)s(mm)28081.72002004897252091.0750356872637問題3:主裙樓一體的結構只提供主樓的荷載，不提供裙房的基底壓力、基礎類型和基礎尺寸。主裙樓一體的結構，主樓采用CFG樁復合地基時，允許對主體結構地基承載力按《地基規(guī)范》和《地基處理規(guī)范》的有關規(guī)定作深度修正，將基礎底面以上的荷載按基礎兩側的超載考慮。當超載寬度大于基礎寬度的兩倍時，可將超載折算成土層厚度作為基礎埋深(圖1)。當兩側超載不等時，取小值。若不提供裙房的基底壓力，無法將基礎兩側的超載折算成土層厚度對主樓復合地基承載力作深度修正。若不提供裙房的基礎類型和基礎尺寸，就無法考慮能否以及怎樣對主樓復合地基承載力作深度修正。⑹樓E的基出理探=rir此+右)倒I基礎遽罠的修止3結語全面、準確的提供CFG樁復合地基設計所需的資料，對復合地基設計至關重要。文中僅介紹了三個最為常見的問題，其它常見問題的討論將后續(xù)介紹。參考文獻建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007—2002)[S].建筑地基處理技術規(guī)范(JGJ79－2002)[S].⑶閆明禮，張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].中國水利水電出版社,2001.作者簡介：閆明禮，男，國家注冊土木工程師(巖土)，研究員，博士研究生導師，享受國務院特殊津貼?，F(xiàn)任建研地基基礎工程有限責任公司工程技術委員