某工程CFG桩与PHC桩组合型复合地基的承载力分析计算

　　摘要：根据某实际工程CFG桩与PHC桩组合型复合地基的试验结果，验证多桩型复合地基承载力计算方法，根据现场实测资料，该计算方法有一定可靠性。
　　关键词：CFG桩，PHC桩，组合型复合地基，承载力
　　1前言
　　所谓多桩复合地基，是于松软土中构筑两种或者两种以上的桩体，或虽属同一类桩体但其集合尺寸不同的两种或两种以上桩型构成的复合地基，皆称为多桩型复合地基。本工程由于所承受的竖向荷载很大，故采用CFG桩和PHC桩组成的多桩型复合地基，两种桩型均可以提供较大的负荷强度，以补偿地基承载力的不足。本复合地基型式是一种新的多桩型复合地基的实际应用，对许多工程具有参考价值。
　　2组合型复合地基的理论分析
　　为分析方便，将复合地基中荷载分担比高的CFG桩型定义为主控桩，PHC桩型为辅桩，本工程为此两种桩型组成的复合地基。
　　下面先就两种桩型组成的复合地基承载力计算公式进行推导，并可推广到两种以上桩型的复合地基。
　　2.1由天然地基和主控桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为fspk1。
　　2.2将等效天然地基和辅桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即两种桩型复合地基承载力。
　　具体推导如下
　　基础下天然地基土的承载力特征值为fak。主控桩的断面面积为Ap1，平均面积置换率为m1，单桩承载力特征值为Ra1。则主控桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为
　　（1）
　　式中
　　1—桩间土承载力提高系数，与土性和主控桩成桩工艺以及主控桩的桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，1＝1；
　　1—桩间土承载力发挥系数，一般1≤1。
　　基础下辅桩的断面面积为Ap2，平均面积置换率为m2，单桩承载力特征值为Ra2。辅桩与承载力特征值为fspk1的等效天然地基复合后的承载力即为多桩型复合地基承载力，即
　　(2)
　　式中
　　fspk—多桩型复合地基承载力特征值；
　　2—桩间土承载力提高系数，与土性和辅桩成桩工艺以及辅桩的桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，2＝1；
　　2—桩间土承载力发挥系数，一般2≤1。
　　3实际工程概况及现场地质情况
　　本工程采用Ф400CFG桩和PHC-A400（95）桩双重复合地基，要求处理后的复合地基承载力特征值fak≥550kPa。桩身材料：Ф40CFG桩采用C30砼，设计桩长16.5米，单桩竖向抗压承载力特征值为Ra=690kN，试验桩顶标高-9.20。PHC-A400（95）桩设计桩长6米，单桩竖向抗压承载力特征值为Ra=900kN，试验桩顶标高-9.20。多桩复合地基静载荷试验桩位及承压板尺寸如下图：
　　根据岩土勘察报告，各层土承载力特征值及CFG桩和PHC桩桩侧阻力特征值如下：
　　各层土承载力特征值
　　层号 3 4 5 6 7 7-1 8
　　fak(kPa) 110 150 120 180 120 120 230
　　层号 9 10     
　　fak(kPa) 280 300     
　　CFG桩桩侧阻力特征值
　　层号 3 4 5 6 7 7-1
　　qsi(kPa) 30.0 18.0 28.0 23.0 18.0 28.0
　　层号 8 9 10   
　　qsi(kPa) 27 32 36   
　　PHC桩桩侧阻力特征值
　　层号 3 4 5 6 7 7-1
　　qsi(kPa) 22.0 32.5 23.0 32.5 17.0 26.0
　　层号 8 9 10   
　　qsi(kPa) 41.5 43.5 49   
　　注：第3层：粉质粘土；第4层，粉土；第5层：粉质粘土；第6层：粉土；
　　第7层：粉质粘土；第7-1层：粉土；第8层：粉土；第9层：粉砂；
　　第10层：粉砂；
　　4本工程多桩复合地基承载力理论计算
　　根据各土层承载力，按照组合型复合地基承载计算方法，理论计算所得的多桩型复合地基承载力特征值为600kPa左右，试桩施工完毕后经现场静载荷试验结果如下。
　　5现场静载荷试验结果
　　静载荷试验采用慢速维持荷载法，经过现场试验，试验结果如下表所示：
　　5.1所测5根PHC管桩的单桩竖向抗压静载荷试验结果见下表1：
　　序号 最大加载量（kN） 最大沉降量（mm） 承载力极限值（kN）
　　1 1080 68.27 900
　　2 720 68.73 540
　　3 1440 76.89 1260
　　4 720 65.73 540
　　5 1080 80.00 720
　　5.2所测3根CFG桩单桩竖向抗压静载荷试验结果汇总见下表2：
　　序号 最大加载量（kN） 最大沉降量（mm） 承载力极限值（kN）
　　1 2760 68.49 2622
　　2 2208 62.81 1932
　　3 3174 67.08 3036
　　5.3所测3组组合型复合地基静载荷测试结果见下表3：
　　序号 最大加载量
　　（kPa） 最大沉降量
　　（mm） 承载力特征值（kPa）
　　1 1100 19.16 550
　　2 1320 30.87 660
　　3 1320 51.18 660
　　6现场静载荷试验结果分析
　　本工程由于计算建筑物荷载要求大而要求加固后的复合地基承载力较高，单一CFG桩复合地基方案不能满足设计要求的承载力，采用PHC桩和CFG桩组合的多桩型复合地基方案。由于此前无此方面多桩复合地基经验，故先进行试桩试验。
　　5根PHC管桩试验结果显示，管桩承载力离散性较大，最大为900kN，最小仅为540kN，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定，以上5根单桩的竖向抗压承载力极限值的极差（720kN）已大于平均值（792kN）的30%（270kN），根据规范要求，无法进行评定。由于低值承载力出现的原因并非偶然的施工质量造成，则依次去掉高值后取平均值，直至满足极差不超过30%的条件。根据规范要求，单桩承载力特征值为300kN。
　　3根CFG桩根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定，单桩的竖向抗压承载力极限值的极差（1242kN）已大于平均值（2484kN）的30%（745.2kN），根据规范要求，无法进行评定，由于低值承载力出现的原因并非偶然的施工质量造成，则依次去掉高值后取平均值，直至满足极差不超过30%的条件。根据规范要求，单桩承载力特征值为966kN。
　　根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的有关规定，复合地基承载力特征值为623kPa。3组复合地基静载荷试验曲线如下：
　　1#2#3#
　　3组组合型复合地基静载荷试验p-S曲线
　　根据现场静载荷试验结果，理论计算所得的组合型复合地基承载力与实际情况比较吻合。但是由于PHC管桩和CFG桩的单桩静载荷试验结果离散性太大，担心将来大面积施工时单桩承载力不太好控制，故本工程基础最终没有采用此种组合型复合地基形式。但是试验结果说明，组合型复合地基可以大大提高地基土的承载力且满足有些工程的特殊布桩要求，是种很不错的地基处理手段。
　　6结语
　　6.1从工程实用角度出发，本工程实例证实多桩型复合地基承载力计算方法是可行的。
　　6.2不少地质条件和工程实际情况，采用多桩型复合地基，具有良好的技术、经济效益。对于本工程来讲，采用多桩型复合地基要比灌注桩成本节约一半左右。
　　6.3目前工程中已逐渐采用多桩型或长短桩型复合地基，而关于其计算探讨的不多。将来除理论研究外，尚需要积累更多工程实例，使其计算方法不断完善和优化。
　　参考文献：
　　1.闫雪峰.复合地基设计若干问题和沉降计算.天津大学硕士论文，1999.6：38-52.
　　2.闫雪峰，闫明礼.复合地基沉降计算的复合模量探讨.第六届地基处理学术讨论会暨第二届基坑工程学术讨论会论文集，2000：3-8.
　　3.闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践.中国水利水电出版社，2001：27-33.
　　4.陈磊，闫明礼.组合桩复合地基在工程中的应用.工程勘察，1999，第一期：24-26.
　　5.马骥等.长短桩复合地基设计计算.岩土工程技术，2001.2：86-91.
　　地层的物理力学指标
　　土层及编号 含水量
　　w/(%) 天然重度
　　γ/(kN/m3) 孔隙比
　　e 液性指数
　　IL 压缩模量Es/(Mpa) 地基承载力特征值
　　fak/(kPa)
　　第3层：粉质粘土 22.9 18.5 0.874 0.34 4.2 110
　　第4层，粉土 22.5 18.7 0.828 0.52 10.2 150
　　第5层：粉质粘土 26.3 18.7 0.873 0.54 4.6 120
　　第6层：粉土 25.2 19.1 0.824 0.74 13.3 180
　　第7层：粉质粘土 24.1 19.0 0.852 0.47 4.6 120
　　第7-1层：粉土 20.6 19.4 0.722 0.48 7.1 120
　　第8层：粉土 21.8 19.4 0.737 0.58 16.0 230
　　第9层：粉砂；  19.6   24.0 280
　　第10层：粉砂  19.6   26.0 300