第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 高层建筑复合地基的应用与研究 陶礼斌，侯善民 （南京金底建筑设计有限公司，南京，210019) 摘要：三个30层高层建筑住宅小区项目采用了刚性桩复合地基，处理后的地基满足了高层建筑承载力和变形要 求，并取得节约工程造价的成果.
本文介绍高层建筑刚性桩复合地基的设计要点，包括基础方案比选、复合地基 的设计、复合地基工程的验收检验等内容.
关键词：高层建筑：复合地基：刚性桩 0引言 随着地基处理设计水平的提高、施工工艺的改进和施工设备的更新，我国地基处理技术发展很快.
近 些年来，复合地基技术在我国房屋建筑（包括高层建筑）得到广泛应用.
复合地基是指部分土体被增强或被置换，形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基.
刚性 桩复合地基是以摩擦型刚性桩作为竖向增强体的复合地基刚性桩一般采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩、 混凝土灌注桩、预应力管桩等.
刚性桩复合地基具有承载力提高幅度大、地基变形小、适用范围较大、经 济性好等特点，近年来在高层建筑中逐渐得到应用.
本文结合我公司设计的三个30层高层建筑住宅小区项目介绍高层建筑刚性桩复合地基的设计要点.
它们高层建筑基础底面下天然地基都较好，地基承载力都较大，都采用了刚性桩复合地基，处理后的地基 均满足了30层高层建筑承载力和变形要求，并取得节约工程造价的成果.
1工程实例一 1.1工程概况 合肥天骏花园位于安徽省合肥市习友路与吴敬梓路交口西南角.
本工程有8幢33层高层住宅楼，采 用剪力墙结构，高度97.2m：1幢28层高层住宅楼，采用剪力墙结构，5幢7层花园洋房，采用框架结构， 1层大地下室车库组成.
抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为甲级，设计使 用年限为50年.
本工程8幢33层高层住宅楼结构封顶时间为2012年1月底.
1.2工程地质概况 拟建场地勘察深度范围内，地基土自上而下分为如图1所示.
表1地基的土层参数 土层名称 状态 层厚 fak Es12 (m) (kPa) (MPa) ①杂填土 0. 7~9.9 ②粉质粘土 可塑 0. 5~0.7 160 0°8 ③1粘土 硬塑 0. 0~3. 4 220 11.0 作者簧介：陶礼斌（1967-），男，教授级高工
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 ③2 粘± 硬塑 0.0~5.1 270 14.0 ③3 粘土 硬塑~坚硬 22. 9°27.8 320 16.0 ④强风化砂岩 极软岩 2. 80^6. 4 380 20.0 ③中风化砂岩 极软岩 008 工程地质剖面见图1.
场地自然地面绝对标高为48.4m，本工程土0.00相当于绝对标高49.2m，地下室 底板顶面标高-6.10m.
±0.00 自地面 家26m 3-2退5.Bm 3-3层始士 fnk=320%P 4强风化炒35.6m 31.0m 5.层中风化形着 图1实例一的工程地质剖面 1.3基础方案比选 主楼基础底面下天然地基为③3粘土层，硬塑~坚硬，地基承载力特征值fak=320kPa，考虑基础埋深 的地基承载力特征值修正后为380kPa，不满足33层主楼基础底面处压力标准值484kPa的要求.
桩基方案有两种，一是钢筋混凝土灌注桩，二是预应力管桩.
由于钢筋混凝土灌注桩的持力层为5层中风 化砂岩埋深较大，③层是极软岩，桩端端阻力特征值只有2200kPa，需要较多、较长的混凝土灌注桩.
预 应力管桩的持力层为③3粘土层，硬塑~坚硬，大面积管桩沉桩有困难.
桩基方案主要缺点是没有充分利用 主楼基础底面下地基承载力大的天然地基.
通过基础方案比较，认为采用刚性桩复合地基较为经济、可行.
1.4复合地基设计 水泥粉煤灰碎石桩（以下简称CFG桩）是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度 桩，桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基.
复合地基中刚性桩应选择承载力和模量相对较高的土层作为 桩端持力层.
本工程刚性桩持力层为③3粘土层，承载力特征值为320kPa，压缩模量Es:为16.0MPa.
刚性桩采用CFG桩，桩长11m：桩径0.40m：桩距为1.7m，采用筏板下均匀布桩：桩基置换率0.0434； 桩身混凝土强度等级C25.
CFG桩单桩竖向承载力特征值Ra为700kN.单桩竖向承载力特征值应通过现场 静载荷试验确定.
复合地基承载力特征值fspk为500kPa.
由于地基土的复杂多变，影响复合地基承载力 的因素较多，复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验确定.
复合地基承载力可以做深度修正， 基础埋深的地基承载力修正系数取1.0.
考虑基础埋深（本工程为主楼基础两侧大地下室的荷载）的地基 承载力修正后承载力特征值为527kPa.
复合地基增强体的强度是保证复合地基工作的必要条件，必须保证其安全度.
《建筑地基处理技术规 范》JGJ79-2012适当提高了增强体材料强度的设计要求.
当复合地基承载力进行基础埋深的深度修正时， 有粘结强度复合地基增强体桩身强度应满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012式（7.1.6-2）的要求.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 fpe 小于桩体试块（边长15cm立方体）标准养护28d抗压强度平均值25kPa.
（Ra为单桩承载力特征值， Ap为桩的截面面积）.
1.5基础设计 采用1.8m厚筏板基础，基础混凝土等级为C35，筏板边为主楼四周外扩1.8m.
刚性桩复合地基的最终沉降量主要是各复合土层的沉降量和桩端下卧层的沉降量，还有一些刚性桩桩 顶进入褥垫层的刺入量.
复合地基变形计算采用单向压缩分层总和法按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第5.3.5条至第5.3.8条有关的公式计算.
各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 倍，&=复合地基承载力特征值/天然地基承载力特征值.
复合地基的沉降计算经验系数s要采用《建筑 地基处理技术规范》JGJ79-2012表7.1.8的数值.
本工程复合地基沉降计算的计算沉降量为23.0mm.
桩顶和基础之间应设置褥垫层.
褥垫层厚度宜为桩径的40%～60%.
褥垫层在复合地基中的作用：1） 保证增强体、土共同承担荷载，它是刚性桩形成复合地基的重要条件.
2）褥垫层厚度可调整桩、土的荷 载和水平荷载的分担比，褥垫越薄桩承担的荷载占总荷载的百分比越高.
3）减少基础底面的应力集中.
4） 使桩间土承载力充分发挥.
本工程采用0.2m厚碎石褥垫层，最大粒径不大于3cm.
1.6检测与监测 复合地基承载力的验收检验应采用复合地基静载荷试验，刚性桩复合地基应进行单桩静载荷试验.
CFG桩复合地基竖向抗压载荷试验和单桩竖向抗压载荷试验，应在桩体强度满足加载要求，且施工结束 28d后进行.
静载荷试验最大加载量不应小于设计要求的承载力特征值的2倍.
复合地基静载荷试验和单 桩静载荷试验的数量为总桩数的1%，且每个单体工程的复合地基静载荷试验的试验数量不应少于3点.
刚性桩应进行强度及桩身完整性检验.
刚性桩是保证复合地基工作、提高地基承载力、减少变形的必要条 件，高层建筑复合地基中的刚性桩桩身质量和承载力必须得到保证.
要求采用低应变动力试验检测桩身完 整性，检查数量不低于总桩数的10%.
复合地基上的建筑物应在施工期间及使用期间进行沉降观测，直到沉降达到稳定为止.
根据本工程沉 降观测报告，13号楼沉降量最大.
13号楼33层结构封顶时，最大沉降量为14.44mm.13号楼33层结构 封顶12个月后，最大沉降量为20.77mm，平均沉降量为19.26mm，沉降趋于稳定.
2工程实例二 2.1工程概况 淮安恒大明都位于江苏省淮安市清浦区.
本工程有11幢33层高层住宅楼，采用剪力墙结构，高度 99.85m，2层地下室：1幢4层综合楼，采用框架结构，1层大地下室车库组成.
抗震设防烈度为7度，建 筑场地类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为甲级，设计使用年限为50年.
2.2工程地质概况 拟建场地勘察深度范围内，地基土自上而下分为如图2所示.
表2地基的土层参数 土层名称 状态 直 fak Es12 (m) (kPa) (MPa) ①素填土 0. 3′1. 5 ②粉土 稍中密 0.3~1. 9 110 ③粉质粘土 硬可塑 3.3~6. 4 180 6.36 ④粉土与粉质粘土互层 中密，N=11.3 4. 78.6 170 9.26 粘土 硬塑，IL=0.15 25. 5~30. 0 260 9.46
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 ③中砂与粉砂互层 密实，N=23.3 11. 0~15. 4 250 10.2 枯土 硬望 300 13.68 工程地质剖面见图2.场地自然地面绝对标高为9.07m，本工程土0.00相当于绝对标高11.5m，地下室 底板顶面标高-5.10m.
±0:00 00 自面 3格4.70 1=10P 5是士 fdk=260P 34.80 75上 49.20 图2 实例二的工程地质剖面 2.3基础方案比选 主楼基础底面下天然地基为④粉土与粉质粘土互层，中密，地基承载力特征值fak=170kPa.
本工程地 质条件下采用钢筋混凝土灌注桩方案不经济.
采用预应力管桩方案，预应力管桩的持力层为5粘土层，硬 塑、I=0.15、N=14.3.
预应力管桩试桩结果表明，管桩进入持力层深度大于11m时，沉桩有困难.
采用刚 性桩复合地基可充分利用主楼基础底面下天然地基的承载力，较为经济、可行.
刚性桩的单桩承载力要求 会较大，以满足33层主楼基础底面处压力标准值485kPa的要求.
2.4复合地基设计 预制桩作为复合地基增强体，其单桩受力和变形特征与CFG桩复合地基接近，区别仅在与桩体材料 的构成不同".
预制桩可参照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012第7.7节水泥粉煤灰碎石桩复合地基 规定进行设计、施工和检测.
本工程刚性桩持力层为5粘土层，承载力特征值为260kPa，压缩模量Es-为9.46MPa.
刚性桩采用预应力管桩PHC500（120）-C80A，桩长14m，进入持力层深度11m：桩径0.5m：桩距为 2.0m，采用筏板下均匀布桩：桩基置换率0.049.
预应力管桩单桩竖向承载力特征值Ra为1300kN.
PHC 管桩可提供较高的竖向抗压承载力，造价低、工期短，桩身质量比CFG桩可靠.
单桩竖向承载力特征值 应通过现场静载荷试验确定.
复合地基承载力特征值fspk为468kPa.
复合地基承载力特征值应通过复合 地基静载荷试验确定.
考虑基础埋深的地基承载力修正后承载力特征值为529kPa.
刚性桩复合地基桩身强度按下式计算： 小于桩体试块（边长15cm立方体）标准养护28d抗压强度平均值80kPa，满足要求.
2.5基础设计 采用1.8m厚筏板基础，基础混凝土等级为C35，筏板边为主楼四周外扩1.8m.
复合地基沉降计算的
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 计算沉降量为22.2mm.
采用0.2m厚碎石褥垫层，最大粒径不大于3cm.
2.6检测与监测 复合地基静载荷试验、刚性桩单桩静载荷试验、刚性桩桩身完整性检验、沉降观测等要求同1.6节.
3工程实例三 3.1工程概况 淮安中南世纪城位于江苏省淮安市枚皋路北侧.
本工程有4幢33层高层住宅楼，采用剪力墙结构， 高度96.1m，2层地下室：3幢18层住宅楼，采用剪力墙结构，1层地下室：2幢3层物业用房、会所，采 用框架结构，1层大地下室车库组成.
抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为 甲级，设计使用年限为50年.
3.2工程地质概况 拟建场地勘察深度范围内，地基土自上而下分为图3所示.
表3地基的土层参数 土层名称 状态 层厚 fak Es12 (n) (kPa) (MPa) ①耕土 1.0 ②粉土 中压缩性 1. 0°1.9 105 8.94 ③粘土 软塑 0.9°1.1 80 4.28 ④精土 可塑硬塑 3.2°4.0 190 8.61 粉土粘土夹粉土 3.5°4.1 170 7.00 干@ 硬望 I1 =0. 18 14. 1~32. 0 300 11. 89 中 密实 320 15. 70 工程地质剖面见图3.
场地自然地面绝对标高为7.85m，本工程土0.00相当于绝对标高10.05m，地下 室底板顶面标高-6.30m.
±0.00 自地面 1-.00 -1.00 _700 1150 6层卷上 fdk=300kPo 层中 -43.00 图3实例三的工程地质剖面
