CFG桩复合地基设计
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摘要：针对现在有小高层基础设计大部分采用复合桩基，复合桩基在满足承载力和变形计算的同时也大大节省了基础方面的工程造价。但是现在设计人员对复合桩基础的设计还存在一定的误区，这样可能会导致复合桩基的造价有很提高，从而发挥不了复合桩基的优势。
关键词：复合桩基，承载力，变形，褥垫层
cfg(Cemement,Flyash,Grabel,Piles)桩，即水泥粉煤灰碎石桩，一般由碎石，石屑，粉煤灰，掺适量水泥加水拌合而成。以水泥粉煤灰碎石桩形成的复合地基具有承载力高、沉降值小并且有施工方法简便，易行，适用地层广泛，施工周期短，造价低的特点。近年我国北方地区应用较为广泛。
1、工程概况：
拟建工程位于山东省济宁市，为18层剪力墙结构住宅楼，设置一层地下室，地下室上有二层裙房。基础埋深为 0.00以下5.0米， 0.00相对绝对标高为43.80米，场地长期抗浮设计水位取绝对高程40.80m。筏板基础底在粉土上，粉土的天然地基承载力特征值 =120Mpa.不满足设计的要求(经过PKPM计算基础平均压应力Pk=300Kpa)。须采用CFG复合桩基。
2、地质资料：
①层素填土（Q4ml）：黄褐色，以粉土、粘性土为主，少含小石子、砖屑等杂质，稍密，稍湿，均匀性较差，回填时间10年以上。场区普遍分布，统计厚度：平均4.0m。土重度γ=17.8（kN/m3），压缩模值Es1-2=5.90(MPa),地基础承载力特征值fak=100(KPa)。
②层粉土（Q4al+l）：灰黄色，含云母碎片，具铁锈，湿，密实，摇震反应迅速，光泽反应无，干强度及韧性低。统计厚度：平均3.0m。土重度γ=19.30（kN/m3），压缩模值Es1-2=7.50(MPa),地基础承载力特征值fak=120KPa。桩的侧阻力特征值qsik=31KPa。
③层粉质粘土（Q4al+l）：灰黄色，可塑，含铁质氧化物，局部夹粘土薄层，摇震反应无，稍有光泽，韧性及干强度中等。场区普遍分布，统计厚度：平均5.0m。
土重度γ=19.20（kN/m3），压缩模值Es1-2=5.90(MPa),地基础承载力特征值fak=150KPa。桩的侧阻力特征值qsik=26KPa。
④层粉土（Q4al+pl）：灰黄色，含云母碎片，具铁锈，湿，密实，摇震反应中等-迅速，光泽反应无，干强度及韧性低。场区普遍分布，统计厚度：平均1.50m。土重度γ=19.40（kN/m3），压缩模值Es1-2=7.40(MPa),地基础承载力特征值fak=200KPa。桩的侧阻力特征值qsik=30KPa。
⑤层粉质粘土（Q4al+pl）： 黄绿色，硬塑-坚硬，含铁质氧化物和姜石，摇震反应无，稍有光泽，韧性及干强度中等。场区普遍分布，统计厚度：平均7.50m。土重度γ=19.60（kN/m3），压缩模值Es1-2=6.9(MPa),地基础承载力特征值fak=160KPa。桩的侧阻力特征值qsik=43KPa,桩的端阻力特征值qpk=700KPa。
⑥层中细砂（Q4al+pl）：灰黄色，饱和，中密，成份以石英为主，次为长石，级配一般，磨圆度一般。场区普遍分布，统计厚度：平均3.0m。土重度γ=19.60（kN/m3），压缩模值Es1-2=11.6(MPa),地基础承载力特征值fak=200KPa。桩的侧阻力特征值qsik=30KPa,桩的端阻力特征值qpk=700KPa。
⑦层粉质粘土（Q3al）：灰黄色，硬塑-坚硬，局部可塑，含铁质氧化物，夹灰绿条斑，摇震反应无，稍有光泽，韧性及干强度中等。该层未穿透。土重度γ=19.60（kN/m3），压缩模值Es1-2=7.15(MPa),地基础承载力特征值fak=240KPa。桩的侧阻力特征值qsik=47KPa,桩的端阻力特征值qpk=750KPa。
3、复合桩基承载力计算
3.1 复合地基承载力是根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（后称《地基规范》）和《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002（后称《地基处理规范》）,按下式验算：
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《地基处理规范》，只做深度修正，且修正系数取1）；
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。
对于本工程： ；
基础底面以上土的加权平均重度的计算：
主楼与土体相连处复合地基承载力特征值的计算：
考虑裙楼对复合基础的影响，因为裙房面积比较大，主楼一边与室外土体相连，其它三边与裙房相连，二层裙楼部分对基础的平均压力 （经过PKPM计算）。裙房对基础的平均压力换算高度为 。
裙楼边相连处主楼复合地基承载力特征值的计算：
。
综上所述：复合地基础承载力可以取两者较大的，即是 。
3.2按fspk＝249kPa,作复合地基设计，设计参数选用桩长L＝10.5m,按正方形布置，桩距S=1.6m，桩径为400mm，褥垫厚度250mm。
根据《地基处理规范》9.2.6可知
①复合桩基单桩竖向承载力特征值Ra的计算：
②桩土面积置换率：
③水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值： 。
④桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：
复合桩基桩体强度取C20。
4、复合桩基沉降计算：
模量提高系数
由于沉降计算过于复杂，一般可以利用PKPM计算可得,沉降计算在PKPM中实现的步骤如下：
①地质资料的输入。可以利用地勘报告总图和钻孔点位置准确地输入地质资料，但是每层土的压缩模量要乘以模量提高系数 。
②在基础人机交互输入内的地质资料内打开地质资料，从而把输入的地质资料导到PKPM内。
③按结构模型输入筏板厚度和范围，并计算筏板的冲切是否满足要求。
④进入桩筏筏板有限元计算模块，在模型参数中设置，计算模型选择，弹性地基梁板模型；地基基础形式与参照规范选择天然基础（地基规范）、常规桩基（桩基规范）。其它参数相应设置。
⑤形成单元和荷载选择完成。
⑥沉降试算中PKPM按之前输入的地质资料计算出板底土反力基床系数并选择基床系数赋予板。
⑦进入基床系数模块，查看基床系数是否正确。
⑧进入计算模块，等计算完成后显示结果中查看底板的沉降量。经过计算本工程地基础沉降量为80mm，满足规范不大于200mm的要求。
如果沉降不满足要求可以调节桩长和桩间距再进行上面的计算，直到满足规范对沉降的要求为至。
5、褥垫层设计：
当基础承载力受垂直荷载作用时，桩和桩间土都要发生沉降变形，而桩的弹性模量远大于土，故桩的沉降变形小于土，为了使桩与桩间同承受上部荷载作用，在基础下设置一定厚度的褥垫层，对提高桩间土承载力，减少复合土层沉降变形起着一定作用，所以在本工程基础下部设置250mm厚的褥垫层。
6、总结
①在复合桩基设计中要考虑基础的深度修正系数对承载力的提高作用。但是要注意主楼与裙楼之间的深度修正的深度的取值。
②在复合桩基设计中要计算桩体试块抗压强度平均值。
③在复合桩基设计中要计算复合地基础的沉降计算，可以通过PKPM来实现。
参考资料：
①建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）。
②建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。