沉降控制复合桩基的设计及应用

【摘要】根据规范和工程应用实例，介绍沉降控制复合桩基的设计方法及体会。
【关键词】沉降控制复合桩基，应用
介绍
上海为软土地区，因商品住宅沉降过大引发的民事纠纷屡见不鲜。为此，上海市建委在1999年发布上海市沪建建（99）第0037号文，明确规定四层至七层的多层住宅的基础最终沉降量必须控制在１５０ｍｍ以内。上海的高压缩性淤泥土层厚度达10m以上，6~7层多层砌体房屋若采用天然地基，沉降高达50~60cm，远远达不到设计要求，为解决现实问题，推动了沉降控制复合桩基的发展。
沉降控制复合桩基是承台下地基土与桩共同分担外荷载、按沉降控制要求确定用桩数量的低承台摩擦桩基，它主要应用于软土地基上八层以下的多层建筑物。上世纪80年代后期上海民用建筑设计院黄绍铭等人在所提出的以Geddes应力解为基础的桩基沉降计算方法的基础上，提出减少沉降量桩基的设计思想和方法，并开始进行了工程实践尝试。
工程概况
上海市浦东新区东南区域某小区，拟建17栋6层多层砌体住宅，1栋3层配套商业建筑，2个地下机动车库，及附属配套用房等，用地面积约50276.70平方米，总建筑面积70181.90平方米。
现挑选本小区具有代表性的16号楼，对其基础方案进行全过程设计分析。
该栋楼地上六层，总建筑面积3858.6平方米，埋深1.7米，正负零相当于吴淞高程4.800米，室内外高程0.45米。
设计方法
3.1选择桩型、桩端埋深及桩身截面
沉降控制复合桩基中的桩承受的荷载相对较大，有可能达到地基土对单桩的极限支承力值，因此它对桩身质量的要求相对较高，一般情况下应尽量选用桩身质量有比较可靠保证的桩型。设计时一般选择长细比在80左右的预制桩并保证桩的承载力有一定富余，多层建筑一般选200或250预制方桩。桩端应尽可能穿过压缩层范围内压缩性最高的土层，进入压缩性相对较低但不十分坚硬的持力层。
本工程选用250x250的预应力混凝土空心方桩，桩长21m，桩身混凝土强度等级为C60，单桩极限承载力标准值为450KN，桩端持力层为1-2层粉质粘土层。承台采用墙下钢筋混凝土条形基础，以第1层粉质粘土层为浅基持力层，地基承载力设计值为94KPa，承台底标高为-2.150m。
3.2初步确定承台底面积及平面布置
为确保沉降控制复合桩基有足够的安全度，可首先假定外荷载全部由承台单独承担，承台下地基土承载力仍有一定安全储备的原则，按下式初步确定。
Ac≥(Fd+Gd)/ηfs,d
式中：Ac－承台底面积(m2)；Fd－上部结构传至承台顶面的竖向荷载设计值(KN)；G d－承台自重和承台上覆土重的设计值(KN)；η－经验修正系数，可取1.5~1.7；fs,d－承台下地基土承载力设计值(kPa)。
3.3确定沉降控制复合桩基的桩数和桩位平面布置
按复合桩基的沉降计算原则计算假定承台下有若干种不同桩数的布桩方案时相应的沉降量，以求得桩数与沉降量之间的定量关系。一般情况下，可仅计算以下三种桩数布桩时的沉降量：按常规桩基设计方法确定的桩数，按上述桩数的1/3，桩数为0。按线性变化假定绘制桩数与沉降量的关系曲线，当桩数为上述三种桩数之间时的沉降量可近似按线性插值法估算。
本工程采用同济启明星软件Pile2006计算，得出桩数与沉降量之间的关系曲线如图所示，按照沉降量为150mm的控制原则，取231根桩，计算沉降量为125mm。

3.4验算沉降控制复合桩基整体承载力
按下式验算沉降控制复合桩基的承载力：
Fd+Gd≤ξkRk+Acfs,d
式中：ξ－复合桩基承载力调整系数，取0.55；k－桩数；Rk－单桩极限承载力标准值。
如验算不满足，比较简便的调整方法是调整承台底面积Ac。
本工程基础面积为655.806平方米，Fd+Gd =118603.50.55kRk+Acfs,d=118818.3 kN
沉降控制复合桩基承载力满足要求。
3.5沉降控制复合桩基承台结构设计
沉降控制复合桩基中承台与桩分担外荷载关系是随荷载作用时间变化的，在建筑物竣工初期承台要承担较大外荷载（此时计算承台底面地基土反力，可根据部分工程实测结果按经验近似取全部外荷载的50%考虑）。当建筑物沉降趋向稳定时，承台下地基土与桩共同分担外荷载。
承台梁具体计算方法见《建筑桩基技术规范》附录G，限于篇幅，计算过程省略。
结论与探讨
4.1对于软土地基上的多层建筑物，沉降控制复合桩基能有效的控制沉降量，大幅降低工程造价，但对于桩端支承于较硬土层上的端承桩，不宜考虑地基的复合作用。
4.2因未考虑地基基础与上部结构共同作用，且根据工程实践经验，一般计算的中心沉降量比实测结果要大，而控制沉降控制复合桩基经济性的最主要因素就是基础中心允许沉降量的大小，因此在一定的地质条件和丰富的工程经验下，可以将基础中心沉降量的计算值控制在200mm以内。
参考文献
上海市工程建设规范.地基基础设计规范(DGJ08-11-1999)及条文说明[S].上海市工程建设标准化办公室.1999
中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].中国建筑工业出版社.2008
梅国雄,宰金珉.固结有限层理论与应用[M]. 科学出版社.2006