CFG桩复合地基设计如何提设计要求
一、前言
当前CFG桩复合地基在高层建筑地基处理得到了广泛应用，但复合地基设计在不同地区有不同的方式，有的地区结构工程师既作上部结构又作复合地基设计，有的地区则是结构工程师作上部结构和基础设计，岩土工程师作复合地基设计，复合地基设计资料和设计要求由结构工程师提供。其中，经常遇到的一个问题是结构工程师提供的设计资料不全或设计要求不够准确。
由于设计资料不齐全或设计要求不够准确、甚至不合理，给复合地基设计带来许多困难，或给工程带来不应有的损失。显然，讨论一下如何提供设计资料和设计要求是有益的。
二、CFG桩复合地基设计所需的资料
CFG桩复合地基设计需提供如下的资料：
（1）工程地质勘察报告；
（2）相关的建筑、基础平面图和剖面图；
标明±0.00对应的标高；基底标高；电梯井、集水坑底标高；基础外轮廓线；若有裙房应标明主楼和裙房（或车库）的相关关系以及裙房（或车库）的基础形式和几何尺寸。
（3）建筑物荷载；
（a）相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值（用于地基承载力验算）；
（b）相应于荷载效应准永久组合时基础底面处的平均压力值（用于地基变形验算）；
（c）当主楼周围有裙房（或车库）时，还应提供裙房（或车库）基底压力标准值，以便考虑能否以及怎样对主楼地基承载力进行修正。
（d）当需作抗冲切验算时（如框筒体系），尚需提供荷载设计值。
（4）设计要求的复合地基承载力和变形。
三、常见的几个问题
（1）问题1：只提复合地基承载力特征值不小于多少、复合地基变形不大于多少而不提供荷载
复合地基计算有两个主要内容，一是复合地基承载力计算，二是复合地基变形计算。
复合地基承载力是根据《》《》《》《》（1）
式中－相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；
修正后复合地基承载力特征值（根据《》 复合地基承载力特征值；
基础底面以上土的加权平均重度；
基础埋置深度。
式的左边是荷载，右边是抗力，公式表示荷载不能大于抗力。
地基处理设计人员根据结构工程师提供的复合地基承载力不低于某一限值的要求，作复合地基设计，确定设计参数和承载力特征值，再根据基础埋置深度计算深度修正项，由（1）式右部求得经深度修正后的复合地基承载力特征值。由于没有提供荷载，无法按（1）式对荷载和抗力进行比较，设计者无法了解自己的设计安全储备是多少。因此，结构工程师提设计要求时不能遗漏提供荷载。
CFG桩复合地基变形计算，是按《》《》不小于多少
比如，某工程基底压力标准值为400kPa，设计就要求复合地基承载力特征值不低于400kPa，甚至还有的在400kPa的基础上增加20～40kPa作为安全储备。
产生上述问题的原因主要是疏漏了《》（2）
由（2）式可知，满足荷载要求的复合地基承载力与基础埋深密切相关，对浅埋基础深度修正项数值较小，对工程影响不大；对高层建筑基础埋深很大，不考虑深度修正项是不合理的。比如，某工程基底压力标准值为400kPa，基础埋深8.5m,基底以上土的加权平均重度为20KN/m3,由（2）式求得满足设计要求。若设计要求400kPa比规范允许值高了67％，将造成不必要的浪费。
按地基变形控制设计的工程
《》《》倍，（3）
式中－基础底面下天然地基承载力特征值。
根据《》作复合地基设计，确定桩长、桩径、桩距、褥垫厚度和桩体强度。根据地质报告提供的按（3）式计算模量提高系数计算复合地基变形，当复合地基变形满足设计要求时，相应的就是设计要求的复合地基承载力；当复合地基变形不满足设计时，需调整设计参数（增大桩长或减小桩距）重新设计，直到复合地基变形满足设计要求为止，相应的复合地基承载力特征值才是所要求的复合地基承载力。
例1：
某工程，基础尺寸为24×24m2，地表标高为50m、地下水标高30m,基础埋深10.5m，基底压力标准值480kPa，准永久组合值440kPa,相关的土层厚度及物理力学指标如表1所示。设计要求采用CFG桩复合地基方案进行地基处理，建筑物沉降量不大于200mm，。
表1
土层编号 层底标高 重度 压缩模量 侧阻特征值 端阻特征值 承载力特征值 土层名称 （m） （KN/m3） （MPa） （kPa） （kPa） （kPa） ① 39.5 20 8 20 粉质粘土 ② 33 20 12 30 700 160 粉土 ③ 29 20 20 25 1000 中砂 ④ 5 20 12 粉质粘土 由（2）式
按fspk＝280kPa,作复合地基设计，设计参数选用桩长L＝8m,桩距S=1.7m，褥垫厚度200mm。经计算：
,，
>480kPa
承载力满足设计要求。
模量提高系数，复合地基变形为S＝72mm,不大于设计要求的200mm。
故对该工程提承载力要求应为复合地基承载力特征值不小于280kPa即可。
如果基底压力标准值是多少就要求复合地基承载力是多少，甚至还要增大安全储备，要求复合地基承载力特征值不小于520kPa,将给工程带来许多问题。
按fspk≥520kPa的要求作复合地基设计，设计参数选用桩长L＝9m,桩距S=1.07m，才能满足设计要求，并有：
（此值远大于480kPa）。
模量提高系数，复合地基变形为S＝37mm,远小于设计要求的200mm。
设计要求不同，设计参数和工程量也就不同。表2给出的是两种设计要求时的设计参数和工程量。
表2
设计要求fspk(kPa) 桩长
（m） 桩径(mm) 桩距
（m） 桩数 方量
(m3) fa
(kPa) 变形(mm) 280 8 400 1.7 200 200 489 72 520 9 400 1.07 503 568 726 37 由表2可知，按fspk≥520kPa的要求作复合地基设计比按fspk≥280kPa增加方量184％，除了增加造价和工期之外，技术上也有诸多问题，比如，为提高承载力需增加桩长或缩小桩距，对本工程桩端应落在第③层中砂上。桩长9m已落在③层中砂中偏下的部位，且桩距小于3倍桩径，超出规范要求。第②层为饱和粉土，如此小的桩距，采用长螺旋钻泵送混凝土成桩工艺，将导致窜孔频频发生。显然，按fspk≥520kPa的要求作复合地基设计是不合理的。
若设计要求复合地基变形不超过50mm,按fspk≥280kPa的设计要求确定的设计参数数桩长L＝8m、桩距S=1.7m不能满足设计要求的限值。将设计参数调整为桩长L＝9m、桩距S=1.35m，复合地基变形为S＝49mm。即此时的设计要求为fspk≥393kPa。竣工后做复合地基静载检验将此值作为验收条件。
（3）问题3：主裙楼一体的结构只提供主楼的荷载不提供裙房基底压力
主裙楼一体的结构，主楼采用CFG桩复合地基时，允许对主体结构地基承载力按《》《》
式中
N－轴力设计值（KN）；
fR－满足筏板抗冲切要求最小地基净反力设计值（kPa）；
B1－冲切锥体底面宽（假定核心筒为方形）（m）;
FC－筏板抗冲切力（KN）;
GK－冲切锥体自重（KN）；
1.35为荷载设计值与荷载标准值之间的换算系数。
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