天水建筑设计院 甘肃 741000
摘要：通过借鉴桩基规范、地基处理规范、地基处理手册理论分析，计算承载力及褥垫层的厚度，供设计人员参考
关键词：褥垫层；置换率；复合地基
1.引言
天水某棚户区改造项目原设计采用平板式筏形基础，后期由于建设单位使用功能调整，将地下室层高减小2.0m，致使若按原设计方案，处理厚度为3.0m，局部约4.0m，经比较分析基础采用CFG桩与褥垫层相结合的地基处理方式。
2.工程概况及地质情况
2.1.工程情况分述如下：
天水海林厂棚户区建设项目为1#楼，2#楼，3#楼，2#、3#楼地下车库；1#楼地上15层地下1层，剪力墙结构，2#楼地上20层地下1层（地下车库），剪力墙结构；3#楼地上24层地下1层（地下车库），剪力墙结构；
2.2工程地质情况分述如下：
杂填土层1（Q4ml）：杂色～黄褐色，干燥～稍湿，松散～稍密，该层分布于场地表层，该层厚0.60～5.30m，层底标高1137.96～1141.07m。
粉质粘土层2（Q4pl）：黄褐色，硬塑，稍湿。粘粒含量高，韧性好，含有植物根茎。分布不连续，厚度变化大。该层厚0.30～1.20m，层底埋深1.80m～3.30m，层底标高1138.87～1140.22m。
圆砾层3（Qal）：杂色，稍湿～饱和，稍密～中密，该层总厚度4.20～10.60m，层底埋深6.90m～12.00m，层底标高1129.21～1134.69m。
圆砾层4（Qal）：杂色，饱和，中密～密实，大颗粒呈亚圆形，颗粒成分以中等～微风化的岩石碎屑物为主，揭露大颗粒最大粒径约300mm，一般粒径10～30mm，骨架颗粒间以中粗砂及粉质粘土填充，颗粒级配良好。该层总厚度0.30～5.40m，层底埋深10.10～12.70m，层底标高1128.76～1132.62m。
泥岩层5（N）：该层为第三系陆源碎屑沉积物，微红褐色～青灰色，泥质结构，水平层理构造。表层1.50～2.50m呈全～强风化，其下过渡为中等～微风化，致密坚硬，力学强度高，岩石坚硬程度属极软岩，岩体完整程度为完整，岩体基本质量等级属4级。据区域地质资料，该层厚度大于50m，本次勘察该层未揭穿，最大揭露厚度5.60m，最大揭露深度17.50m，相应标高1124.15m。
3.地基处理与基础选型
原设计1#、2#、3#楼主楼基础形式均为平板式筏形基础，地下车库为柱下独立基础，原设计地下室考虑双层停车，层高为7.8m，地下室地面绝对标高为1235.70，主楼筏板厚1300mm，故基础底标高绝对高程为1234.30，设计基础持力层为圆砾层④（局部没有到圆砾层的区域，要求挖至圆砾层层后用级配良好的砂加石分层碾压回填至设计标高后再做基础。）；但由于建设单位将双层停车改为单层停车，将地下室层高减小2.0m，致使若按原设计方案执行，地基处理厚度增至3.0m，局部约4.0m，基坑开挖造成开挖量大，支护成本增加且压实质量无法保证，经比较分析最终地基处理采用CFG桩与褥垫层相结合的方式，使基础成本得到了有效的控制，并能确保基础施工质量和工期。
4.作用机理
复合地基的基本概念和根本特点就是考虑桩土共同承担上部荷载作用，充分利用二者的承载力。桩体复合地基设计中采用各类增强体的材料强度、刚度远大于基体-桩间土体。由于材料性质不同，其应力应变关系也不同，即在相同荷载作用下其产生的变形大小不同。对于柔性桩复合地基和桩端土层软弱的刚性桩复合地基，桩土的变形协调可通过共同变形或向下的刺入变形来满足，对于桩端持力层相对坚硬的刚性复合地基，可采用设置褥垫层的方法解决。
根据复合地基共同作用理论，对于上部浅层范围存在相对硬壳层的桩体复合地基，桩长相对固定的情况下，考虑褥垫层的合理设置，提出了基于桩-土-褥垫层共同作用的复合地基优化设计方法。
在传统的复合地基设计方法中，通过下式确定复合的地基承载力：
fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk
考虑桩-土-褥垫层共同作用理论进行优化设计时，通过调整褥垫层的设计参数，使桩土同时发挥各自的承载力标准值，调节桩土应力比达到目标值，即：n=fpk/fsk可简化为fspk=m fpk +β（1-m）fsk
5.设计步骤
1）、根据勘察报告、现场的载荷试验及土木试验资料综合确定桩间土的天然承载力标准值fak。成桩后的增强桩间土承载力的特征值按当地经验取值。
2）、根据上部荷载的大小、结构的要求、场地地基的地质条件，选取强度高、压缩性小的相对硬壳层作为持力层，并初步确定桩的长度L。根据本地区施工经验和技术，确定桩体的施工工艺，选定桩径D，桩身周长μp和截面积Ap。根据现场的载荷试验及土工试验资料综合确定桩端土承载力的标准值从而计算出桩体的承载力特征值。
3）、设置褥垫层的材料和合理厚度Hc，使得桩土应力比n达到目标应力比，从而得到复合地基承载力计算式：fspk=[（n-1）m+1]fsk
4）、根据复合地基置换率m，确定增强体桩距：
s=（2Ap/m）1/2
5）、按照规范验算变形要求：s≤[s]，若变形不满足要求，调整桩长，继续验算至满足要求。
6）、设计复合地基增强体桩身强度，fcu≥3Rkd/Ap
7）、根据上部结构及基础形式等具体情况，进行实际的工程桩位布置，完成桩体平面布置图。
6.处理方式
桩基采用内夯沉管灌注桩。施工顺序如下：根据场地情况，待基坑开挖至设计标高后再施工内夯沉管灌注桩对存在夹层的地基进行处理。桩施工完毕后采用300mm厚级配良好的砂石（添加6%的水泥）做褥垫层，褥垫层分层铺设，分层夯实，夯填度不大于0.9，压实系数≥0.97，至-6.200后做再筏板基础垫层。桩采用C20素混凝土。成孔桩径500mm。桩端入圆砾层^C4^C，有效桩长度为4.0m，确保桩身进入圆砾层④.
7.注意事项
a.严禁碰撞桩头，避免超挖，桩头采用人工截桩，砍凿后桩头应断面平直，防止掉角。处理后的桩头标高应进入褥垫层约10cm。
b.当有地下水时，应做好排水措施，并避免基坑暴晒和积水，及时进行基础施工。
c.基槽开挖应根据不同土层的工程地质条件确定边坡坡度。
d.基础施工完毕，基础两侧的土应及时回填夯实，土体扰动缺陷部分应作混凝土挡土墙后方可回填，夯填至基底标高。
e.地基处理后要求做载荷试验，要求承载力≥350kPa。
8.结语
桩体复合地基采用共同作用设计理论，合理设置褥垫层材料和厚度，可以调整桩土协调变形和桩土应力比，使复合地基桩体和桩间土的承载力完全发挥。
论文作者:杨东升
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/26
标签：地基论文; 褥垫论文; 标高论文; 承载力论文; 基础论文; 厚度论文; 桩头论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;