复合地基承载力与沉降变形

一、复合地基承载力静载试验《建筑地基基础设计规范》GB50007-20117.2.8复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。《复合地基技术规范》GB/T50783-2012和《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中都有相同的规定。典型复合地基静载试验曲线缓变型复合地基静载试验曲线承载力特征值？承载力特征值也许是！《复合地基技术规范》GBT50783-2012A.0.14复合地基极限荷载可取本规范A.0.10条第1款～第3款对应荷载前级荷载。单点承载力特征值可按下列方法综合确定：1极限荷载应除以2～3的安全系数，安全系数取值应根据行业或地区经验、工程特点确定。2p-s曲线为缓变型时，可采用相对沉降确定，按照相对沉降确定的承载力特征值不应大于最大试验荷载的1/2。相对沉降值应根据桩（墩）类型、《复合地基技术规范》GB/T50783-2012地区或行业经验、工程特点等确定，并应符合下列规定：1）散体材料桩（墩）可取0.010～0.020，桩间土压缩性高时取大值；2)石灰桩可取0.010～0.015；3）灰土挤密桩可取0.008；4）深层搅拌桩、旋喷桩可取0.005～0.010，桩间土为淤泥时取小值；5）夯实水泥土桩可取0.008～0.010；6）刚性桩可取0.008～0.010。B.0.10复合地基承载力特征值的确定应符合下列规定:1当压力-沉降曲线上极限荷载能确定,而其值不小于对应比例界限的2倍时,可取比例界限;当其值小于对应比例界限的2倍时,取极限荷载的一半;2当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时,按相对变形值确定,并应符合下列规定:l)对沉管砂石桩、振冲碎石桩和柱锤冲扩桩复合地基,可取s/b或s/d等于O.01所对应的压力;《建筑地基处理技术规范》JGJ79-20122)对灰土挤密桩、土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.OO8所对应的压力；3)对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，对以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于O.008所对应的压力；对以黏性土、粉土为主的地基，可取s/b或s/d等于O.O1所对应的压力；4)对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于O.OO6～0.O08所对应的压力,桩身强度大于1.OMPa且桩身质量均匀时可取高值；《建筑地基处理技术规范》JGJ79-20125)对有经验的地区，可按当地经验确定相对变形值，但原地基土为高压缩性土层时，相对变形值的最大值不应大于O.015；6)复合地基荷载试验，当采用边长或直径大于2m的承压板进行试验时，b或d按2m计；7)按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。注：s为静载荷试验承压板的沉降量；b或d分别为承压板的宽度或直径。《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012思考一：通过现场复合地基载荷试验确定复合地基承载力特征值很少执行。主要原因：1、工期紧张，没有时间做；2、为了“节约工程造价”；3、有“类似工程经验”。现有估算方法能够满足地基承载力的要求，保证建筑物安全。有时可能会造成浪费，应多收集极限状态静载荷试验数据。二、复合地基承载力计算《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012第7.l.5条复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验或采用增强体静载荷试验结呆和其周边土的承载力特征值结合经验确定,初步没计时,可按下列公式估算:注：《复合地基技术规范》GB/T50783-2012中第5章复合地基计算有基本相同内容。二、复合地基承载力计算l对散体材料增强体复合地基应按下式计算:（7.1.5-1）2对有粘接强度增强体复合地基应按下式计算:（7.1.5-2）二、复合地基承载力计算3增强体单桩竖向承载力特征值可按下式估算:（7.1.5-2）7.3.3水泥土搅拌桩设计应符合下列规定：第3款单桩承载力特征值…应使由桩身材料强度确定的单桩承载力不小于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。（7.3.3）二、复合地基承载力计算7.l.6有粘结强度复合地基增强体桩身强度应满足式(7.1.6-1）的要求。当复合地基承载力进行基础埋深的深度修正时,增强体桩身强度应满足式(7.1.6-2)的要求。思考二：如何准确估算复合地基承载力？1、岩土工程勘察单位提供的侧阻力和端阻力值应尽可能准确；2、提高单桩承载力和桩间土承载力发挥系数；3、适当提高桩体材料强度；4、采用能够提高桩间土强度的工艺方法。应多收集极限状态静载荷试验数据！三、复合地基变形计算地基承载力是指地基沉降变形达到规范允许的最大值时的承载能力。地基承载力问题归根结底是沉降问题，脱离沉降变形谈地基的承载力没有意义。“设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计”—《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第3.0.2条第2款。三、复合地基变形计算《建筑地基基础设计规范》GB5OO07-2011第5.3.5条计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各项同性均值线性变形体理论。其最终变形量可采按下式进行计算：式中：s—地基最终变形量（mm）；s′--按分层总和法计算出的地基最终变形量（mm）；ψs–沉降计算经验系数。三、复合地基变形计算《建筑地基处理技术规范》JGJ79-20127.1.7复合地基变形计箅应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB5OO07的有关规定,地基变形计算深度应大于复合土层的深度。复合土层的分层与天然地基相同,各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍,ζ值可按下式确定:（7.1.7）三、复合地基变形计算7.1.8复合地基的沉降计箅经验系数可根据地区沉降观测资料统计值确定,无经验取值时,可采用表7.l.8的数值。理正岩土地基处理设计软件沉降分布曲线图《建筑地基基础设计规范》GB50007-20113.0.5地基基础设计时，所采用的作用效应应与相应的抗力限值应符合下列规定：2计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的极限值应为地基变形允许值；《建筑地基基础设计规范》GB50007-20113.0.5地基基础设计时，所采用的作用效应应与相应的抗力限值应符合下列规定：1按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；准永久组合vs标准组合？小↓大↑思考三：1、要准确估算复合地基沉降变形，土层的压缩模量必须准确；2、要准确估算复合地基沉降变形，沉降计算经验系数必须准确；3、尽可能提高褥垫层的压实系数（＞0.95）或夯填度（≤0.90）。四、唐山某双塔型大厦CFG桩复合地基双塔型建筑结构复杂，CFG桩复合地基设计难度很大。主要体现在：①双塔一般距离比较近，相互影响；②主塔和裙房或纯地下室高度差比较大，造成结构荷载和基底反力分布很不均匀；③复合地基的沉降量很难准确计算，而高层建筑又要求严格控制建筑物的倾斜变形和沉降差。唐山某大厦双塔型结构，A塔楼和B塔楼地上20层；两塔结合部地上19层；两塔间距21.4m，结合部地上19层全部架空，荷载全部由两个塔楼的核心筒负担。四、唐山某双塔型大厦CFG桩复合地基A塔楼和B塔楼地上20层，地下2层，建筑高度96.55m，筏板厚1.80m；两塔结合部地上19层，地下2层，建筑高度82.65m，筏板厚1.80m；西北东三面为裙房，地上3层，地下2层，建筑高度22.75m，筏板厚1.20m；南侧为纯地下室，没有地上结构。两塔间距21.4m，结合部地上19层全部架空，荷载全部由两个塔楼的核心筒负担。由于这种特殊的结构设计，使得基底反力特别不均匀，其标准值最大值达到698.7kPa，而最小值只有24.1kPa。四、唐山某双塔型大厦CFG桩复合地基该建筑地基承载力不能满足设计要求，拟采用CFG桩复合地基。设计要求经CFG桩处理后，复合地基承载特征值：A塔楼核心筒≥580kPa，核心筒外围≥420kPa；B塔楼核心筒≥560kPa，核心筒外围≥390kPa。地基最终沉降量≤100mm，高低层部分沉降差不超过0.001L（L为相邻柱跨度），建筑物整体倾斜不大于0.0025。4.1CFG桩复合地基承载力根据工程地质条件情况，基底位于第⑤层细砂层，地基承载力特征值为220kPa。为了减小变形量，宜选第⑾细砂层为桩端持力层。设计桩径410mm，桩长23.0m，经计算单桩承载力特征值可以达到900KN。如果按正方形1.50m×1.50m布桩，复合地基承载力特征值就可以达到560kPa。4.2CFG桩复合地基的变形估算由于荷载和基底反力非常不均匀，差异较大，各建筑部分位于同一大面积基础上，且基底以下有厚度不等、分布不均匀的粘性土软弱下卧层存在，两栋主塔楼与结合部、裙房及纯地下室之间会产生较大的差异沉降。所以问题的关键是验算复合地基变形量，应该按变形控制设计理论进行设计。如果采用规范中简单的分层总和法连最大沉降量都很难计算准确，更不用说沉降差和倾斜变形计算了。4.2CFG桩复合地基的变形估算《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中第5.3.12条规定：“在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，宜考虑上部结构、基础与地基的共同作用进行变形计算。”该项目采用高层建筑地基与基础协同分析软件进行变形分析计算。该方法是根据建筑物基础的刚度情况，采用交叉梁的假设以及差分法，在纵横交叉梁交汇处的计算节点上建立起基础的位移方程，根据各节点的地层情况，并采用土的单向压剪非线性应力应变本构关系，按照布辛奈斯克应力假设和分层总和法建立起地基柔度矩阵，从而列出地基沉降与基底反力的关系式。按照地基与基础共同作用的原理，假设在各节点处基础与地基的变形是协调一致的，由此获得以基底反力为未知数的协调方程，求解基底反力，然后计算出各节点的沉降及基础内力。该方法考虑了基础刚度对沉降的调整作用，故而所得的沉降分布比一般自由沉降更接近实际。高层建筑地基与基础协同分析方法首先要进行概念初步设计。①该建筑裙房和纯地下室部分荷载很小，甚至小于基坑挖除土重量，属于补偿性基础。此部分沉降会比较小，所以不应布置CFG桩，但由于同在一个整体筏板上，应适当加大筏板厚度，适当分担主塔楼荷载；②A、B两个主塔楼核心筒位置因荷载和刚度都很大，应加密布置CFG桩，以增加地基刚度，提高地基土的复合压缩模量，从而减小总沉降量；③两塔结合部位置因荷载全部由核心筒担负，存在应力集中现象，需要加大筏板厚度，同时由核心筒向结合部增加布置一定排数的CFG桩，起到荷载分担过度作用；④核心筒外围荷载降低，可适当增大CFG桩桩距降低地基刚度，以达到变形较均匀协调的目的。经多次试算，最终确定CFG桩复合地基平面布置：核心筒位置1.30m×1.30m正方形布桩；核心筒外围1.50m×1.50m正方形布桩；裙房和纯地下室及两塔结合部中间不需要布桩。A塔楼CFG桩平面布置见右图。（B塔楼与A塔楼相同。）经高层建筑地基与基础协同分析后最终确定两塔楼的最大沉降量4.39cm，两栋主楼与周围裙房、两塔结合部及纯地下室之间的差异沉降不超过0.001L，建筑物的整体倾斜不大于0.0025。在变形满足设计要求后，再计算复合地基承载力，也能满足设计要求。（实际已经不需要了）经过对该大厦一年多的变形监测，最终实测沉降量最大值为2.93cm，小于计算沉降值，各监测点的沉降量普遍小于计算沉降量，分布规律（沉降等值线）与协同分析计算相符。实测变形值符合设计和相关规范要求。计算最大沉降量：4.39cm实际监测测最大沉降量：2.93cm核心筒位置CFG桩复合地基静载试验核心筒外围CFG桩复合地基静载试验通过对实测变形值的进一步分析发现，实测沉降量比计算沉降量更趋均匀，说明筏板刚度足够，对变形的调节平衡作用比预计的还要显著。还说