成都地区软岩场地高层建筑桩基与复合地基方案对比分析

引言
　　近几年在成都地区出现大量设置有地下室高层和高层建筑基础埋深在10～25m，上部总荷载在基底处压力基本在1000kPa左右，成都地区此位置的地基基本上已将挖至承载力较高的密室卵石底部，有些甚至已挖除，而软岩直接作为持力层，当采用整体基础时或因下卧层强度不足（低强度软岩存在）或因软岩天然地基承载力不足（即使经过深宽修正，但程度有限），不得不采用直径和长度均较大的灌注桩基础或复合桩基础，桩端设在中风化或微风化岩石层上，以取得较高的单桩承载力，已满足上部荷载的要求。
　　成都地区软岩因其破碎、强度低、软化程度高和厚度大等特点，导致桩基的不仅施工难度大、工期较长，而且造价高，另有因其变形有限，引起当地工程界对此种地基条件下的一些思考和软岩复合地基的工程尝试。
　　软岩地基的采用复合地基处理，目前《建筑地基基础设计规范》GB 50007和《建筑地基处理技术规范》 JGJ79在承载力和沉降计算以及复合地基检测等方面，还是均没有明确相关规定，尤其在工程性状与桩基、复合桩基之间的差别值得进一步研究。
　　1.成都地区软岩主要特征
　　1.1 典型地层结构
　　0.5～2.0m杂填土层;
　　0.2～2.5m素填土层;
　　0.5～3.0m粉土层;
　　0.3～2.5m细砂层;
　　0.4～3.5m中砂层;
　　3.1～15.5m卵石层(松散～密实,局部夹砂);
　　泥岩层： 0.5～12m全风化；1.0～15m强风化泥岩； 2～12m中风化泥岩及微风化。

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　　1.2 抗压强度及分类
　　强风化软岩天然湿度状态下的单轴抗压强度一般为0.25～0.55MPa，平均0.4MPa；
　　中风化软岩天然湿度状态下的单轴抗压强度一般为3.0～5.5MPa，平均4.3MPa；
　　微风化天然湿度状态下的单轴抗压强度一般为5.0～12.0MPa，平均8.5MPa； 　　1.3 软岩地基工程特性指标 　　1.4 含水量与软岩力学指标的关系
　　成都地区软质岩石含水量一般为2.4～12.11%，随着含水量的变化，抗压强度、抗剪强度等指标也产生相应的变化。 　　饱和状态下的中等风化的单轴抗压强度平均值要比天然状态下的单轴抗压强度平均值低3.5MPa，软化系数在0.20-0.67之间。
　　成都软质泥岩在水的作用下，其抗压强度平均下降60%，属于软化岩石。
　　2 成都软岩地基高层建筑地基基础主要问题
　　2.1 天然地基承载力较低，不能满足上部荷载要求
　　根据基础埋置深度，对软岩地基按《建筑地基基础设计规范》GB 50007 有关深宽修正的规定，300～350kPa承载力的软岩按12-15m埋深修正后的地基承载力特征值450～580kPa，仍不能满足40～48层超高建筑物（一般基底压力700～900kPa ）对地基承载力的要求。
　　2.2 软弱下卧层强度不满足要求

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　　2.3 单桩承载力较低，桩长，量多，布桩难
　　1）按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.3.6条确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算:
　　Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp (5.3.6)
　　桩径1.1m（便于比较），长度按15m计算
　　Quk=2000～3000kN
　　2）按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.3.9根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算:
　　Quk=Qsk+Qrk (5.3 9-1)
　　=u∑qsikli (5.3.9-2)
　　Qrk=ζrfrkAp (5.3.9-3)
　　桩径1.1m（便于比较），长度按15m计算
　　Quk=3800～4500kN
　　2.4 特殊情况
　　1）地基处理对强风化泥岩适用性不强
　　2）沉积泥岩下伏空洞
　　3）沉积泥岩易溶岩(含泥质石膏岩 ) 　　3 软岩地基桩基和复合地基方案比较
　　3.1 典型工程概况 　　3.2 桩基、复合桩基与复合地基比较
　　因成都地区桩基工程及复合桩基的沉降观测较小（≤30mm），同时考虑软岩软化与承台/筏板接触状态，仅进行桩基和复合地基的比较。

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　　3.3 复合地基设计
　　3.4 复合地基检测和监测
　　1)复合地基承载力检测
　　由于单桩承担面积较大,采用常规复合地基的单桩复合地基的不具有可操作性.
　　采用分别检测：
　　（1）桩间土地基承载力—平板静载荷试验
　　（2）桩周侧阻力和桩端阻力—桩底静载荷试验测定；
　　验证设计计算采用的参数合理性的同时计算确定复合地基承载力。
　　2)建筑物沉降观测
　　对建筑物进行全过程观测
　　包括修建过程和实用过程
　　3)复合地基应力监测 　　4 软岩复合地基工程检测、监测分析
　　4.1 复合地基工程检测
　　1)桩间土：与设计采用值相差不足5%，表明勘察提供的参数比较符合实际；
　　2）桩端阻力：测试结果较勘察建议值相差平均约提高30%，表明勘察参数偏低；
　　3）桩侧阻力：由于未进行分层测试，差异未能比较；
　　4）复合地基承载力计算确定的特征值较设计结果平均约提高了35%，满足设计要求；
　　4.2建筑物沉降观测
　　1）沉降不大较小，三个楼盘总沉降量分别为23mm、13.5mm、8mm，满足设计要求的前提下安全程度较高；
　　2）沉降稳定迅速，修建完成后基本已经稳定；
　　3）与设计计算沉降量相比，分别为计算结果的35%、20%和16%；若从沉降控制设计，还有很大的潜力可挖掘；
　　4）成都软岩采用置换型素混凝土灌注桩进行处理具有可行性；

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　　4.3复合地基应力监测
　　监测历时2年9个月的时间。虽因工期过度拖延、施工对测点的破坏等，给监测工作带来了很大的困难和损失，但通过整理分析已有的监测数据，仍可得到一些对实际工程具有指导意义的结论。
　　1）由轴力分布图可以看出：
　　（1）桩基本呈现端承桩的受力特征；
　　（2）在桩顶以下约2m范围内出现负摩擦阻力，由于桩顶刺入褥垫层的结果，这点与普通CFG桩的受力特点是相同的。 　　２）桩身轴力的变化
　　最大值约为3200kN。由轴力还可得到桩身混凝土的压应力变化过程，其最大值为2.81MPa。 　　３）由压力盒测得的桩顶压力值一般偏小，不宜用此值计算桩土应力比。通过桩顶轴力（由应变计测得）的最终的桩土应力比约为18.2。
　　4.4 复合地基数值模拟 　　（1）桩呈现出端承桩的受力特性；
　　（2）在0~2.5m范围内，桩身轴力随深度增大而增加，之后逐渐衰减，这与轴力量测结果的规律相同，说明在0~2.5m范围内桩侧所受为负摩阻力。 　　(1)桩土应力比随荷载增大而增大，这与前述量测结果所呈现的规律是一致的，说明桩的分担荷载的能力只有在荷载足够大时才能得到较好的发挥。
　　(2)对应于荷载900kPa的桩土应力比为17.5左右，这与现场量测得到的桩土应力比在15~18之间的结果是很吻合的。 　　桩间距小于4m时，桩土应力比随桩间距的增大而增大，超过4m后，则基本不再明显增大。
　　若要充分发挥桩的承载能力，应增大桩间距；否则，若希望充分调动土的承载能力，则应适当地减小桩间距。
　　5 结论
　　1）由测试结果推得复合地基承受的最大压力在660kPa~832kPa之间，表明成都地区软岩地基采用素混凝土置换型桩进行处理具有可行性。
　　2）具有一定承载能力的成都软岩复合地基设计比按桩基设计减少桩数25%，减短桩长35%，节约混凝土用量20%，工程造价平均节约25%，明显优于桩基。
　　3）软岩素混凝土桩复合地基中的桩基本呈现类似端承桩的受力特征。