CFG桩复合地基在国美家园工程中的应用.pdf

第 3 7卷 第 1 1 期 建筑结构 2 0 0 7年 1 1 月 C F G桩复合地基在国美家园工程 中的应用 关伟兰 李纯仿 佟建兴。 闫明礼。 ) 提要】 国美家园工程主楼采用 C F G桩复合地基 ， 与主楼相邻的地下车库采用 独立基础加防水板的结构形 式 ， 对主楼承载力做了适当的深度修正， 检测结果表明 ， 该工程是安全的， 且技术 、 经济效益显著。建议裙房或 车库基础为独立柱基加防水板时 ， 对主体结构地基承载力的深度修正问题应作进一步深入研究。 关键词】 C F G桩复合地基独立基础深度修正 Ap p l i c a t i o n o f CF G P i l e Co m p o s i t e Fo u n d a ti o n i n En g i n e e r i n g o f Co m e Ho me s t e a d Gu a n W e i l a n ， L i C h u n f a n g 2， T o n g J i a n x i n g 3 ，Y a n Mi n g l i ( 1 B e i j i n g Wu h a o C e n t u r y A r c h i t e c t u r e D e s i g n C o ，L t d ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 6 ， C h i n a ； 2 C h i n a T e x i l e a n d C h e m i c al F i b e r E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 ， C h i n a ； 3 C h i n a A c a d e m y o f B u i l d i n g R e s e a r c h ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C F G p i l e c o m p o s i t e f o u n d a t i o n i s a p p l i e d i n t h e m a i n b u i l d i n g o f G o m e H o m e s t e a d I s o l a t e d f o u n d a t i o n j o i n e d w i t h wa t e r p r o o f b o a r d i s a d o p t e d i n u n d e r g r o u n d g ara g e b e s i d e t h e ma i n b u i l d i n gDe p t h c o r r e c t i o n i s c o n s i d e r e d i n c a l c u l a t i n g t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f m ai n b u i l d i n g T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o j e c t i s s a f e a n d t h e t e c h n i c al and e c o n o m i c b e n e f i t s are n o t a b l e Wh e n t h e f o u n d a t i o n o f p o d i u m o r u n d e r g r o u n d g ara a d o p t s i s o l a t e d f o u n d a t i o n j o i n e d w i t h w a t e r p r o o f boa r d ，i t a d v i s e s tha t the p r o b l e m o f s h a p i n g o f d e p t h t o b e a r i n g c a p a c i t y o f ma i n b u i l d i n g s h o u l d b e s t u d i e d mo r e Ke y wo r d s ： CF G p i l e c o mpos i t e f o u n d a t i o n ；i s o l a t e d f o u n d a t i o n；s h a p i n g o f d e p t h 0 前 言 建筑地基 基础设计 规范 ( G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 ) ( 简称 地基规范) 规定 ： “ 主裙楼一体 的结构 ， 对于主体 结构地 基 承载力 的深度 修正 ， 宜将基 础底 面 以上 范围 内的荷 载 ， 按基础两侧 的超载考虑 ， 当超载宽度大于基础 宽度 两倍时 ， 可将超载折算成土层厚度作为基础埋深 ， 基 础 两侧超载不等 时 ， 取小值 。 ” 当 主楼 两侧 的裙房 或车 库 采用独立基础时 ， 工程上 一般不 考虑对 主楼 承载力 进 行深度修正 。对 于独立基 础加 防水板 ， 能否对 主楼 承 载力做深度修正 、 在什么条件下怎样 修正 ， 是一个值 得 研究的问题 。首先对地基承载力深 度修正 的实质进 行 分析 ， 然后结合工程实例 ， 对相邻裙 房或车库采用独 立 基础加防水 板情况 时 ， 主体 结构 地基承载 力 的深 度修 正问题进行探讨 。 1 地 基承载 力深度修正的 实质 天然地基 承载力特征值是根据静载试验或其 它原 位测试结果 ， 通过 公式 计算并结 合工程 实践 经验综 合 确定的 。静载试验根据地基规范附录 c浅层平板 载荷 试验要点的有关规 定进 行 ， 其 中规定基 坑宽度 不应 小 于承压板宽度或 直径 的 3倍 ， 即试验 是在 承压板 无边 荷载条件下进行的。实际工 程中当基础两 侧有边荷 载 时( 图 1 ) ， 通 常用 塑性 荷载公 式 来表 示 。当塑性 开展 区的深度为 1 4基础宽度时 ， 其对应 的荷载 P 为按土 的抗剪强度指标确定 的地基 承载力特征值 。 4 2 图 1 有边载条件下的地基塑性荷载计算示意图 = + y dP x 4 r 1 、 =N c + f D y d + f B y B 式中 D 1 昔而 J、 r c = c ot 0 一 丁 【+ J、r ： 其 中 c ， 分别 为基底下一倍短边宽深度 内土 的凝 聚力 和 内摩擦角 。 由式( 1 ) 可以看 出 ， 基础 埋深越 大 ， 地 基 承载力 越 大。图 1中基础两侧基底标高 以上 的土体作用在 滑动 面上的力 q= ， 是 阻止滑 动土体 向上 挤出 和产生 滑 动的抗力 ， 可 以视 为作用 在滑 动体表 面 的压重 。基础 埋深 越大 ， 这种抗力 就越大 ， 基础 下地基 土的承载力也 就越 大。 1 ) 北京 五豪世 纪建筑设计有 限公 司， 1 0 0 0 3 6； 2 ) 中国纺 织化纤工程总 公司 ， 北京 ， 1 0 0 0 3 7 ； 3 ) 中国建筑科学研究院地基所 ， 北京， 1 0 0 0 1 3 。 维普资讯 注意到式 ( 1 ) 的建立是 以边载 q为连续 均布荷载 ， 并作用 在整个 滑动体 表面为前提的 。若基础 两侧 为独 立基础 时， 每个基础作用在 滑动体 表面为一局部 荷载 ， 不能形成连续荷 载作 用在 滑动 土体上 ， 通 常不宜 做深 度修正。 当基础两侧 为独 立基 础加 防水板 时 ， 对 68 m 的 柱距 以及板厚加 素混凝 土垫层 厚 5 0 0 ram左右 时， 也不 能形成均布荷 载 ， 也就 不能将 基底 平均 压力 全额作 为 超 载对 主楼基 础下 的承载力进行深 度修正 。不少 设计 人员将基底压 力平均 值折 减后作 为超 载 ， 折 减多 少取 决于柱跨 、 板 厚及 土 的性 状 。柱距 越小 、 筏板 越厚 、 地 基 土越好 ， 折减 越少 ， 但 由于 这方 面 的资料较 少 ， 承载 力修正的量值 具有很 大的经验性 。 2 工 程 实例 2 1 工程 概 况 国美第一城位 于北京 市朝 阳区姚 家 园青年路 1 1 5 号 ， 工程 由 1 8栋 1 42 7层 板式住宅楼 、 相邻地下 车库 及其它 配套建 筑物组成 。住 宅楼 上部结构为剪 力墙形 式筏板基 础 ， 相 邻 地下 车 库 采用 独 立 基础 加 防水 板 。 0 O 0相 当于绝对 标 高 3 4 5 0 m， 基底 标 高 为 2 1 3 8 m。 以该 工程 T 3 13 2楼 为例 ， 来 说 明主体 结构 两侧 为连 续非均匀超载情 况下 ， 主体 结构 地基 承载力 的深 度修 正 问题 。 2 2工程地质概况 拟建场区位 于永定河 冲洪 积扇 中下 部 ， 自然地 面 绝对标高约 为 3 4 0 0 m左右 ， 第 四系覆盖 层厚度 约 1 2 0 1 6 0 m左右 。地 面 以下至 基岩 顶板 之 间 的沉 积 土层 以粘性 土 、 粉土与砂 土 、 碎 ( 卵) 石土 交互层为 主。主要 地层岩性及物 理力 学指 标见 表 1 ， 场 区 潜水 静止 水 位 埋深为 8 2 O1 2 4 0 m。 2 3 C F G桩复合地基的设计 T 3 1 3 2住宅楼地上 2 3层 ， 地下 2层 ， 上部 为剪力 地 层岩 性及 其主 要物理 力 学指标 表 1 厚度 ， ， P ， L E c k 土层 ( k P a ) ( 。 ) ( k P 8 ) ( m ) ( k N m ) ( ) ( ) ( ) ( M P a ) 粉质粘土 1 9 6 7 l 9 4 2 0 1 O 6 9 7 l 2 O O 加 l O 3 2 5 6 l 3 1 l 6 0 粘质粉土 l 9 7 l 8 9 O 6 2 6 9 l O 0 2 l 3 7 l 8 8 3 1 7 l 9 0 粉质粘土 O 4 5 4 l 9 6 2 3 3 O 7 3 0 l 1 8 O 3 6 1 8 4 O 2 2 3 l 8 0 细 砂 2 3 O 2 2 0 中 砂 2 4 7 l 2 5 O 2 2 0 粉质粘土 1 9 6 6 2 0 4 2 1 3 O 6 0 9 l 1 6 O 4 0 9 7 l 8 O 粗 砂 3 0 O 2 5 0 细砂 4 0 - 2 5 O 2 5 o ： 中砂 l 1 5 2 5 O 2 5 o 3 卵石 4 0 O 2 5 0 粉质粘土 6 1 一 2 0 3 2 2 1 O 6 2 8 l 1 7 O 3 8 l 6 6 2 1 0 粉质粘土 l 4 4 2 0 5 2 1 1 O 6 0 5 l 2 1 O 2 9 l 2 7 2 2 0 墙结构 ， 筏板 基 础 ， 板 厚 为 1 3 m。用于 验算 地基 承 载 力 的基底压 力标 准值为 5 5 0 k P a ， 用 于变形 验算 的基底 压力准永久值 为 5 2 6 k P a ， 设计 要求建 筑物 最终 沉降 量 不大 于 4 0 mm。 相 邻 地 下 车 库 采 用 独 立 柱 基 ， 柱 距 8 3 m， 基础底 板厚度 为 4 0 c m， 素混 凝 土垫层 厚 7 c m， 地 下车库基底压 力标 准值为 9 0 k P a ， 独立基础在主体结 构 的两侧可形成 连续非 均匀 超载 ， 且超 载宽度 大于 主体 结构基础宽度 两倍 。经与设 计 院协商 ， 可将超 载平 均 值折减后对主 体结构 地基 承载 力作部 分深度 修正 ， 并 建议对 主楼地 基承载力的深度修正取 5 0 k P a 。 1 复合地基承载力 和变形计算 基底持力层 为层 粘质粉 土 ， 地 基承 载力标 准值 为 1 9 0 k P a 。考虑深度 修正 后采 用 天然地 基 ， 各楼 的地 基承载力 和变形 不能 满足设计 要求 ， 采 用 C F G桩 复合 地基处 理方案 进行地 基处理 。方案设计时按承 载力与 变形双 控来确定 复合 地基 参数 ， 以层 粗砂 为桩端 持 力层 。C F G桩单桩竖向承载力特征值按下式计算 ： =“ l i +q p A p ( 2 ) 式 中 ： l Z为桩 的周长 ( m) ； q 为桩周层 i土 的侧 阻力 特 征值 ( k P a ) ； z 为层 i 土 的厚度 ( m) ； q 。 为桩端端阻力特 征值 ( k P a ) ； A 为 桩截 面积 ( m 2 ) 。桩长 取 1 2 5 m， 经计 算 ， 为 6 6 0 k N。 复合地基 承载力 特征值 计算公 式如下 ： p k= m R A +卢 ( 1一m) k ( 3 ) 式 中： -厂 s 。 为复合地基承载力特征 值 ( k P a ) ； m 为面积置 换率 ； R 为单桩竖 向承载力 特征值 ( k N) ； A 。为单桩 的 截面积 ( m2 ) ； 卢为桩 问土承载力折减 系数 ； -厂 s k 为处理后 桩问 土 承 载 力 特 征 值 ( k P a ) 。考 虑 深 度 修 正 ， 。 取 5 0 0 k P a ， 取 1 9 0 k P a ， 卢取 O 8 5 ， 经计算 ， m为0 0 7 3 5 。 桩体强度按下式计算 ： f o =3 I A 。 ( 4 ) 采用复合 模量 法计 算复合 地基 变形 ， 复合 土层 的 分层 与天然地 基相 同 ， 各 复合 土层 的压 缩模 量等 于该 层 天然地基压缩模量 的 倍 ， 即 E = 钮 。 式 中 为模量提高系 数， = k 。C F G桩桩端 以下 土层取天然 土的压缩模量 。 复合地基最终 变形量 计算公 式为 ： s【 警 畿 _1) + 蓥 _ 1)】 ( 5 ) 式 中： s 。 为地基最终 变形量 ； 为沉降计算经 验系数 ； n 为加 固区范 围土层分层 数 ； r , ， 为变形计算 深度 范围 43 维普资讯 内土层总的分层 数 ； P 为对 应于荷 载效应准 永久组合 时的基础底面处 的附加压力 ( k P a ) ； a ， a 一 为基础底面 计算点至层 i ， i 一1 土底面范 围内平 均附加应 力系数 ， 按地基 规范附录 K采用 。经 验算 ， 建筑物最 终沉 降量 不大于 4 0 mm。经计算 ， T 3 1 3 2楼 C F G桩 复合地 基主 要参数见表 2 。 T 3 1 3 2楼 C F G桩复 合地基 主要 参数 表 2 桩数( 根) I 桩长( m ) l 桩径( 一 ) I 桩问 距( m ) l 桩身强度 褥垫厚 度( c m ) 5 2 4 f 1 2 5 f 4 2 0 f 1 3 5 f C 2 0 I 2 0 2 C F G桩 复合地基施工 工程采用长螺旋钻孔 、 管 内泵送混 合料 成桩工艺 。 该成桩工艺有如 下优点 ： 低噪音 、 无泥浆污 染 ； 成孔 制 桩时不产生振动 、 避免新打桩对 已打桩产 生不 良影 响 ； 成孔穿 透 能 力 强 ， 可穿 透硬 土 层 、 砂 层 、 粒 径 不 大 于 8 c m的卵石层 ； 施工效率高等 。 此外 ， 根据 工程 的地质 特点 ， 桩端 为饱 和砂层 ， 常 规侧开式钻头 易 出现 阀门打 不开现 象 ， 提 到一定 高度 才能打开 ， 造成桩端存在虚土 。选用下开式钻 头 ， 避 免 了阀门打不开的情况发生 ， 可确保做 到桩端无虚 土 ， 复 合地基承 载力和变形能满足设计要求 。 3 C F G桩检 测及 沉降观测 C F G桩施工完 毕后 ， 由检测 单位 依据 相关技 术 规 范和设计要求进行 了单桩复合地基载荷试验和低应 变 动力测试 。复合地基承载力 和桩身 完整性 均满足设计 要求 。表 3为 T 3 1 3 2楼 单桩复合地 基静载荷试 验结 果 。从载荷试 验 情况 看 ， 加 荷 到最 大荷 载 1 0 5 6 k P a时 均没有达到极 限荷 载 ， C F G桩 复 合地基 在使 用荷 载作 用下 ， 单桩复合地基沉 降量在 6 5 m m之 内。 T 3 1 3 2楼单 桩复合 地基静 载荷试 验沉 降值 ( m m) 表 3 试验桩号 2 8 2 3 9 4 4 8 设计 复合地基承载力特征值 5 0 0 k P a 时 3 0 0 6 4 1 3 2 l 最大加荷值 1 0 5 6 k P a时 l 1 1 4 l 9 0 8 1 0 1 7 沉 降观测单位定期对各主楼及地下车库进行 了变 形观测 ， 观测结果均能满足相关技 术规范和设计要求 。 表 4为 T 3 1 3 2楼变形观测结果 。沉降观测从 基础底 板开始 ， 沉降量 为地基 回弹再压 缩量 与附加应 力产 生 的地基变形之和 。可 以看 出， T 3 13 2楼 沉 降均匀 ， 附 加应力产 生 的变形 可控 制在 4 0 m m之 内。 目前 ， 该小 区早期 工程已经竣 工验 收并 交付 使用 ， 后期工程 也 已 经结构封顶。 4 技术 、 经济指标 比较 T 3 1 3 2楼结构 封顶 及封顶 6个月后 沉 降量 ( mm) 表 4 观测点 l # 2# 3# 4# 5 # 2 0 0 5 8 1 5 ( 结构封顶 ) l 8 7 2 2 8 2 3 8 2 1 5 l 7 4 结构封顶后 6个月 3 2 6 3 4 - 9 3 7 3 3 6 3 3 0 2 从表 5的技术 、 经济指标 可 以看 出， 考虑 主楼地基 承载力深度修正较不考虑深度修正 ， 桩长缩短约 1 0 ， 混凝土总量减少 2 2 7 ， 工程造价节省 2 2 7 ， 经济效 益显著 。 国 美家 园地基 处理技 术 、 经济 指标 比较 表 5 桩数 桩长 桩间距 混凝土 造 价 深度修正 ( 根 ) ( i n ) ( m) 量( m ) ( 万元 ) 不考虑 1 6 0 o 0 l 0 01 4 0 1 21 7 2 7 0 o 0 l 2 l 5 考虑 1 6 0 o 0 8 0一l 2 0 1 21 7 2 2 0 o 0 9 9 o 3 结 语 主体结构两 侧的裙 房或 车库采用 独立 柱基 时 ， 由 于独立基础在 2倍基础范围 内基础底面不 能形成连续 超载 ， 不宜对主体结构下 的地基承载力做深 度修正 ； 若 采用独立基础加防水板 ， 且板较厚 ， 在主体结构 的两侧 可形成连续非均 匀超载 ， 且超 载宽度 大于 主体结 构基 础宽度两倍时 ， 可 将超 载平均值 折减 对主体 结构 地基 承载力作部分深度修正 。国美家园车库采用独立 基础 加防水板 ， 车库基 底压 力标准 值 9 0 k P a ， 对主体 结构 下 的地基承载力修正 5 0 k P a ， 实践表明工程是安全的 。 目前 ， 裙 房或车库为独 立柱 基加 防水板时 ， 对 主体 结构地 基承 载力 深 度修 正具 有较 大 的经 验 性和 任 意 性 ， 需 进一步的理论分 析 、 模 型和 现场试 验 ， 以取 得可 靠的研 究成果 。 参 考 文 献 1 建筑地基基 础设计 规范( G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 ) S 北 京： 中国建筑工 业 出 版社 ， 2 0 0 2 2 建筑地基处 理技术 规范( J G J 7 9 -2 0 0 2 ) S 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 3 闰明礼 ， 张东刚 C F G桩复合地基技术及 工程实践 M 北 京 ： 中 国水利水 电出版社 ， 2 0 0 1 4 杨军等 高层建筑地基承载力深度修 正问题讨论 C 地基基 础 理论 与实践新进展 ， 北京 ： 中国环境科 学出版社 ， 2 0 0 2 后张预应力混凝土结构施工图表示方法及构造详图 ( 0 6 S G4 2 9 ) 国家建筑标准设计 图集内容包括 ： 施 工图表 示方 法、 现 浇预 应力混 凝土结 构构 造及 预应 力相关产 品技术参 数三 部分 。图集 的施工 图 表示方法既是设计 者完成梁 、 板 、 柱 、 墙预应 力部分施工 图的 依据 ， 也是施 工 、 监理人 员准确 实施施 工 图的依据 。标准构 造详 图编人 目前国内常用的且较为成熟的构造做法 ， 施工人 员可与按 图集 规定 的施 工图表示 方法绘 制的 施工 图配合使 用。预应 力相关产 品技 术参数为相关厂家和单位提 供 ， 设计 和施工人员可根据 工程 的实际情 况参 考选用。 图集适用于非抗 震 和抗震 设防 烈度 为 6 ， 7 ， 8度地 区抗 震等级为一 ， 二 ， 三和 四级 的现浇后 张混凝 土框 架 、 剪力墙 、 框架 剪力墙 、 框架 核心筒 、 板 柱 、 板柱 框 架 以及板 柱一 剪 力 墙等结构 的后张预应 力混凝 土构件 以及预应 力加 固结 构的 施 工 图设 计 。 ( 中国建筑标 准设计研 究院) 维普资讯