CFG桩复合地基设计如何提设计要求
闫明礼许立波
（中国建筑科学研究院地基所北京100013）（中航一集团洛阳613研究所洛阳471000）
[提要]介绍了复合地基设计所需的资料，以及提设计要求时常发生的一些问题。
[关键词]CFG桩复合地基设计0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做上部结构，又做复合地基设计；有的地区则是结构工程师做上部结构和基础设计，岩土工程师做复合地基设计，复合地基设计资料和设计要求由结构工程师提供。
对于后面一种方式，常遇到的问题是：结构提供的设计资料不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，或者给工程带来不应有的损失。下面和结构工程师共同探讨一下如何提供设计资料和设计要求。
1CFG桩复合地基设计需提供的资料
1.1工程地质勘察报告
1.2总平面图；相关的建筑、基础平面图和剖面图；±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；墙、柱、梁的位置；柱距、板厚、梁高；如有裙房，应标明主楼和裙房（或车库）的相关关系（如有后浇带，应标明其位置）以及裙房（或车库）的基础形式和几何尺寸。
1.3建筑物荷载
1.基底压力满足荷载线性分布条件时：
（1）相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力和基础底面边缘处的最大压力（用于承载力验算）；
（2）相应于荷载效应准永久组合时基础底面处的平均压力（用于地基变形验算）；
（3）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；
（4）需作抗冲切验算时，尚需提供荷载设计值。
2.基底压力不满足荷载线性分布条件时，应分别提供每个柱荷载。若为框筒结构，还提供核心筒荷载标准值和设计值。
1.4设计要求的复合地基承载力和变形。对按变形控制设计的复合地基，按满足荷载对承载力的要求和按满足变形限值两者中的大值提承载力要求。
2常见的几个问题
2.1问题1:只提对复合地基承载力特征值和复合地基变形的要求，而不提供荷载条件。
复合地基计算主要包括复合地基承载力计算、复合地基变形计算。
1.复合地基承载力计算
复合地基承载力是根据《》《》《》《》（1）
式（1）表示荷载不能大于抗力。式中，为相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；为修正后复合地基承载力特征值（根据《》为基础底面以上土的加权平均重度；为基础埋置深度。
地基处理工程师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，由式（1）右部求得经深度修正后的复合地基承载力特征值。但如果结构工程师没有提供荷载，将无法按式（1）对荷载和抗力进行比较，就不能了解设计的安全储备是多少。因此结构工程师提设计要求时不能忘了提供荷载条件。
CFG桩复合地基变形计算，是按《地基处理规范》确定复合土层的复合模量，再按《地基规范》计算复合地基变形，其中规定用于计算变形的荷载为相应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力P0,它是使地基产生变形的有效应力，数值上等于相应于荷载效应准永久组合时的基础底面平均压力P产生的有效应力（若有地下水须扣除地下水对建筑物的浮力）与基础底面处原有土的自重应力（自重应力是有效应力）之差。因此，要计算P0必须知道P、地下水类型及标高、基础埋深d、和基底以上各层土的重度γ。
《》有着显著的影响。下面分两种情况进行讨论：
1.按承载力控制设计的工程
由式（1）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。
例：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,由式（1）求得(240kPa即可满足设计要求。若不考虑深度修正，要求(400kPa，比规范允许值高出了67％，将造成不必要的浪费。
2.按地基变形控制设计的工程
CFG桩复合地基变形按《》（2）
式中为基础底面下天然地基承载力特征值。
根据《》按变形控制设计时，通常按如下方法确定设计要求的承载力：首先按式（1）确定的作复合地基设计，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式（2）计算模量提高系数(，再计算复合地基变形。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；否则需调整设计参数（增大桩长或减小桩距等）重新设计，直到复合地基变形满足设计要求为止，这时相应的才是设计要求的复合地基承载力。
例：某工程基础尺寸为24m×24m，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,相关土层参数见表1。设计要求采用CFG桩复合地基进行地基处理，建筑物沉降量不大于200mm。
工程地质土层厚度及物理力学指标表1
土层 底标高m) (（kN/m3） Es（MPa） qsa（kPa） pa（kPa） fak（kPa） 按280kPa作复合地基设计。取设计参数为：桩径400mm、桩长8m、桩距1.7m、褥垫层厚度200mm。验算如下：
Ra416kN
=497kPa>480kPa，满足承载力设计要求。
模量提高系数，复合地基变形s＝72mm(200mm,满足变形设计要求。
故对该工程提出的承载力要求应为：复合地基承载力特征值不小于280kPa，即可。
如果要求复合地基承载力等于基底压力标准值，甚至还要增大安全储备的话，会给工程带来不必要的浪费和其他的难题。比如按fspk(520kPa的要求作复合地基设计，设计参数选用桩径400mm、桩长9m、桩距1.07m，才能满足设计要求。验算如下：
，>>480kPa
，s＝37mm((200mm
由表2可知，按(520kPa的要求作复合地基设计比按(280kPa的要求增加184％的方量，除了增加造价和工期之外，技术上也有诸多问题。比如，对本工程，为提高承载力需增加桩长或缩小桩距，桩端应落在层③中砂上。桩长9m已落在层③中砂偏下的部位，且桩距小于3倍桩径，超出规范要求。层②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。
若设计要求复合地基变形不超过50mm,则按(280kPa的要求确定的设计参数不能满足设计要求，将设计参数调整为桩长9m、桩距1.35m，则：，，s＝49mm。
此时的设计要求为(393kPa。竣工后做复合地基静载检验将此值作为验收条件。
两种设计要求时的设计参数和工程量比较表2
设计要求fspk(kPa) 桩长(m) 桩距(m) 桩数 方量(m3) fa(kPa) s(mm) 280 8 1.7 200 200 489 72 520 9 1.07 503 568 726 37 2.3问题3:主裙楼一体的结构只提供主楼的荷载，不提供裙房的基底压力、基础类型和基础尺寸。
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《》《》
3结语
全面、准确的提供CFG桩复合地基设计所需的资料，对复合地基设计至关重要。文中仅介绍了三个最为常见的问题，其它常见问题的讨论将后续介绍。
参考文献
建筑地基基础设计规范（GB50007－2002）[S].
建筑地基处理技术规范（JGJ79－2002）[S].
闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].中国水利水电出版社,2001.
作者简介：闫明礼，男，国家注册土木工程师（岩土），研究员，博士研究生导师，享受国务院特殊津贴。现任建研地基基础工程有限责任公司工程技术委员会委员；曾任中国建筑科学研究院地基基础研究所副所长；历任国际土力学与基础工程协会会员、中国建筑学会地基基础分会理事、中国土木工程学会地基处理学术委员会委员、《岩土工程学报》、《地基处理》、《工程勘察》编委等学术职务。《土工试验方法标准》、《建筑地基处理技术规范》、《复合载体夯扩桩设计规程》编委；编著《地基处理技术》、《CFG桩复合地基及工程实践》、参编《地基处理工程实例手册》等专著；主持研发了CFG桩复合地基成套技术、夯实水泥土桩复合地基成套技术。
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