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1、CFG 桩复合地基与筏板基础的工程设计摘要：在我国，由于早期的建筑物通常为多层建筑，高层建筑少之又少，所以 普遍采用天然地基上的浅基础。进入二十一世纪以来，随着高层建筑的大量兴建 桩基础已成为广泛应用的一种基础形式。这主要是因为桩基础设计简便，工艺成 熟利于应用。另一方面，由于高层建筑竖向荷载比多层建筑要大很多，在风荷载 和地震荷载作用下的倾覆力矩也因为建筑高度的增加而成倍增加。这就要求基础 和地基在协同工作时能提供较高的水平和竖向承载力，并将沉降和倾斜控制在规 范的限值之内。桩基础就是众多基础形式中最理想的基础形式。关键词：CFG桩复合地基；地基处理；沉降引言对高层建筑而言，应用的较多的是桩
2、筏基础和经人工处理的复合地基。在商 业建筑中，工程造价是基础方案确定的一个重要因素，总的来说桩筏基础造价要 比筏板基础造价增加 10%20%，经人工处理的复合地基造价要比未经处理的天然 地基造价增加5%15%,而地基处理方面应用最多的就是CFG桩复合地基。由于 CFG桩复合地基比桩基础更有价格优势，所以CFG人工复合地基受到越来越多地 产开发商的青睐, CFG 桩复合地基的研究具有非常重要的意义。1. 上部结构-基础-CFG复合地基的作用机理CFG 桩复合地基是当前工程中应用相对广泛的一种人工地基，它具有工艺成 熟、成本低等优点。 CFG 桩复合地基和筏板基础的设计与桩筏基础和天然地基有 很多
3、不同之处。在设计上除了需要考虑上部结构-筏板基础-CFG复合地基的相互 作用之外，还要考虑 CFG 桩复合地基的桩土共同工作机理。在设计过程中上部结构-筏板基础-地基是一个有机整体，彼此之间既传递荷 载又互相约束。上部结构通过竖向构件将荷载传递给筏板，筏板又传递给地基。 除此之外，筏板还与上部结构共同工作，利用筏板自身的刚度调节不均匀沉降。 所以在建筑地基基础设计规范8.4.22 条中规定了筏板的整体挠度值不宜大于 0.05%，主楼筏板边与相邻地下车库柱的沉降差不应大于主楼墙边与相邻柱距离 的0.1%。上部结构刚度对筏板的作用是使其在纵向的弯曲变形较为平缓（X向和 Y 向柱距相等的条件下）。在
4、分析上可以将上部结构和基础的刚度作为一个整体，地基刚度作为另一个 整体。两个整体互相影响互相约束，把地基反力施加于上部结构-基础这一体系可 以求出基础的变形，即挠度以及基础内力。若将地基反力施加于地基，可以求出 地基的变形值。在上部结构、基础、地基三者中，加大其刚度是控制沉降的最佳 方法。由于工程设计中上部结构刚度受建筑方案、结构形式等因素制约，可调整 的空间不大。基础的刚度虽然可以调节，但遇到上部结构荷载分布不均匀、地基 土相对软弱等情况时，基础刚度无法发挥作用。因此增加地基刚度成了最有效最 直接的方法，也就是经过加固的人工复合地基。当地基刚度较大，压缩性较小时，基础的挠度和内力也会相对较小
5、，这样的 地基对实际工程是有利的。反之，则会偏于不安全。2. CFG 桩复合地基与筏板基础的设计应用2.1 CFG 桩复合地基有以下几个特点：1）.通过加固地基、增强地基的刚度使得地基抵抗变形的能力增强，从而在 同等的荷载条件下，减小高层建筑基础的最大沉降量，减小高层建筑基础和车库 基础之间的沉降差。2）.由于筏板基础面积大、整体性好，可以有效减小基底压力。在上部结构 刚度和基础刚度的共同作用下，可以有效的将荷载传递给基础，并调节基础沉降。 但在实际工程中，筏板的整体挠曲都比较小，反而是最大沉降和基础宽度方向的 整体倾斜较难控制。这主要是由于上部结构的刚度分布不均造成的，通常情况下， 核心筒区
6、域刚度大于其他区域。3）.筏板基础的内力、变形、反力和上部结构-基础-CFG桩复合地基之间的相 对刚度相关联，三者之间刚度的变化也会引起筏板内力的变化。2.2 工程实例某郑州新村4号地块采用的CFG桩复合地基，桩间距为1.2m，正三角形布 置，桩长1819m。褥垫层厚度为200mm。由于CFG桩复合地基自身刚度大、变 形小，使得筏板基础受力更加均匀、沉降控制在规范限值以内。由于上部的34 层住宅整体刚度大，在设计时可以不考虑基础的整体变形，即按倒楼盖法进行分 析。倒楼盖基础的特点是基底反力呈直线分布形态，其值大小采用基本组合下的 最大基底压力。在设计校核时通常采用倒楼盖和弹性地基梁两种方法分析
7、，包络 设计。在计算时，由于是按照将上部结构刚度叠加到基础上进行分析，基础在刚度 加大后处于刚性基础和柔性基础之间。柔性基础的变形特点是，在均布荷载作用 下呈现中间变形大，梁边变形小的特点。刚性基础的变形特点是，在均布荷载作 用下，各点变形一致，基底反力呈抛物线分布。因此，高层建筑的筏板基础，在 考虑上部刚度后，基底反力的分布形态介于刚性基础和柔性基础之间。经过现场实测， CFG 桩复合地基的变形也是中心点大，边角点小，从而印证 了筏板基础反力分布形态与CFG复合地基变形规律相一致。实际上由于筏板刚度 的调节作用，沉降值更趋于平均。地基变形的大小决定了基础底板内力的大小， 内力的大小又决定了配
8、筋的大小。在采用了复合地基以后，地基刚度增大，基床 反力系数增大，配筋减小。最后实际配筋略大于最小配筋率，证明设计方案合理、 可靠。2.3在遇到不同的工程案例时，CFG桩复合地基的布桩方式也大不相同。（1）对于大底盘相连的主裙楼工程，由于主楼荷载很大，通常筏板基础采 用变厚度的设计来调整刚度。为了减少主裙楼之间的不均匀沉降，需要在主楼下 设置 CFG 桩复合地基以减少其沉降值，裙楼部分沉降相对较小，可以在主楼外筏 板的一跨范围内设置沉降后浇带以减小两者的沉降差。（2）当主楼为框筒结构时，由于核心筒竖向荷载较大，通常其基底反力是 外框柱的1.3倍1.5倍。在采用CFG桩复合地基时，应根据工程的实
9、际情况，适 当增加桩长、减小桩距。使核心筒和外框柱的沉降差控制在规范允许值之内。（3）对于单栋的高层建筑，可以根据其结构形式、上部荷载的大小、土层 条件等因素，将CFG桩均匀的分布在基础范围之内。考虑到各施工单位施工水平 的差异，当需要减小桩间距、增大桩长以提高 CFG 桩复合地基的承载力时，优先 采用减小桩间距的方案。工程实践证明，按照上部结构-基础-CFG桩复合地基相互作用、相互约束的 设计方法是可靠的，满足规范要求的。CFG桩复合地基设计的关键是地基变形计 算的准确性。只有将上部结构、筏板基础、 CFG 桩复合地基的刚度控制的彼此协 调，且在合理的范围内，才能保证工程的安全可靠。结束语通
10、过以上工程实例可以发现，当筏板基础下的地基采用 CFG 桩复合地基时， 通常先依据建筑地基基础设计规范和建筑地基处理技术规范合理确定筏 板基础的各项参数，再依据软件算出的标准组合和准永久组合下的地基反力进一 步确定筏板大小及CFG桩复合地基参数，使基础沉降控制在规范允许值内，即筏 板的整体挠度值不宜大于 0.05%，主楼筏板边与相邻地下车库柱的沉降差不应大 于主楼墙边与相邻柱距离的 0.1%。最后依据基本组合下的地基反力，进行倒楼盖 模型和弹性地基梁模型包络设计，进行筏板基础的配筋设计。在整个设计过程中 需要将三者统筹考虑，具体情况具体分析，只有在三者刚度合理分配的情况下才 能保证设计成果合理、经济并且可靠。参考文献1 党昱敬.CFG桩复合地基设计的几点认识J.建筑结构，2014, 43 (24)： 80-83.2 党昱敬，柳建国等.上部结构、基础和地基协同工作时刚性桩复合地基沉降 计算分析J.建筑结构，2010，40(1)： 65-68.孙宏伟，常为华，宫贞超等.中国尊大厦桩筏协同作用计算与设计分析J. 建筑结构， 20014， 44(20)： 109-114.4 朱炳寅，娄宇，杨琪.建筑地基基础设计方法及实例分析M.北京：中国建 筑工业出版社， 2007.
CFG桩复合地基与筏板基础的工程设计
