■焦学林 ■煤炭工业合肥设计研究院，安徽 合肥 230041

现阶段，随着城市建设不断发展，高层住宅建筑日益增加，在对高层建筑结构的设计过程中，结构的基础设计是重中之重，建筑物的地基只有在满足变形与受力条件的前提下，才能确保建筑结构体系的安全。而CFG桩复合地基具备较强的承载力与变形小的特点，且造价相对较低，施工工艺成熟和施工质量可靠，满足了现阶段高层建筑地基结构设计的条件。由此可见，在进行高层建筑结构设计的过程中，对CFG桩复合地基的设计至关重要。

1 CFG的概述

复合地基是指在天然地基在地基处理过程中，在天然地基中设置加筋体，由天然地基土体和增强体及铺设在增强体顶部的褥垫层部分组成共同承担荷载的人工地基。所谓地基处理中的CFG桩，是指由粉煤灰、水泥以及碎石的混合物等加水搅拌和在土中灌注从而形成竖向的增强体。与其他的复合地基相比，CFG桩复合地基具有地基变形小、较高承载力以及使用范围广的优点。目前，在高层建筑结构的设计和施工中，CFG桩复合地基不但适用于独立基础与条形基础，而且还适用于伐基与箱基。针对CFG桩的特性来讲，其主要适用于粉土、粘性土、砂土以及正常固结的素填土等地基，对于淤泥质的地基采用CFG桩处理地基，应该对其进行现场的试验并确定其适用性。高层建筑结构的地基采用CFG复合地基，不仅能够提高地基的承载力，减少结构的沉降，同时对高层建筑与裙房之间的结构不均匀沉降也能够进行有效的控制。此外，CFG桩复合地基具备造价低、施工工艺简洁的优点，能够提高施工单位的经济效益以及社会效益。

2 高层住宅建筑CFG桩复合地基设计的原则与处理方法

2.1 高层住宅建筑CFG桩复合地基设计的原则

针对高层住宅建筑，在运用CFG桩复合地基对其进行设计的过程中，应该遵守以下原则:(1)CFG复合地基设计前，应具备场地岩土工程的勘察、上部结构及基础设计和场地环境等有关资料。(2)CFG复合地基设计应根据上部结构对对地基处理的要求、工程和水文地质、工期、地区经验和环保等要求，选用技术可行经济合理的方案。(3)CFG桩复合地基的地基承载设计必须满足上部结构能够承受地基的压力。结构设计师应依据上部结构的计算对地基承载力的要求，并依据建筑场地岩土工程的勘察报告对CFG桩的桩径、持力层、计算桩的承载力、桩体强度以及有效桩长进行确定设计;满足其复合地基承载力的要求，结构设计师应合理选择上部结构的基础形式，明确基础的受力范围。确定基础的平面尺寸，满足CFG桩的布置要求;(4)针对高层建筑形态复杂以及裙房不设沉降缝的建筑，应该对地基以及基础进行协调变形验算。如CFG桩端以下仍然存在较软弱的土层时，应验算下卧层的地基强度。(5)应根据复合地基的荷载转递特性，设置合理厚度的褥垫层，保证复合地基中桩体和桩间土共同承担荷载。(6)CFG桩复合地基应按上部结构、基础、地基共同作用的原理进行设计。

2.2 高层住宅建筑CFG桩复合地基设计的处理方法

2.2.1 高层建筑CFG桩复合地基作用机理

复合地基简单讲就是指经过人工处理过的地基，CFG桩复合地基是用各种成桩地基中制成的强度等级≥C25的桩，其桩间土、桩土以及褥垫层共用构成刚性桩复合地基。CFG桩增强体对提高地基承载力和减小变形起着非常重要的作用。CFG桩的作用效应表现为:垫层效应、桩体效应、对周边土体的挤密或扰动效应、排水效应和加筋效应。

2.2.2 高层建筑CFG桩复合地基的加固机理

建筑的地基承受结构上部的垂直荷载时，桩间土以及桩之间都会发生变形与沉降。在建筑刚性基础下面设置褥垫层，桩可以向上刺入褥垫层，随着这一变化，垫层中的垫层材料经过不断的调整补充到桩间土之上，进而确保桩间土与荷载下桩一直参与工作。褥垫层的作用主要有:保证增强体与周边土共同承担荷载、减小上部基础底面的应力集中、褥垫层的厚度可以调整桩与土体的竖向和水平荷载分担比。

3 高层住宅建筑CFG桩复合地基设计分析

3.1 CFG桩复合地基面积置换率

地基面积置换率与桩的平面布置方式(通常有:等边三角形、正方形和矩形三种)有关，CFG桩复合地基的面积置换率是根据公式对其进行计算，其公式为:m=Ap/Aε(m为地基面积置换率、Ap为桩截面积、而Aε是单根桩的分担处理的面积)。

3.2 CFG桩复合地基单桩承载力特征值计算

如岩土工程勘察中的报告提供了桩基的极限侧阻力、极限端阻力的标准值qsik、qpk，单桩竖向承载力特征值计算公式为:

如报告提供桩的侧阻力的特征值为qsi、而其端阻力的特征值为qp，其单桩竖向承载力的特征值为:

除对单桩竖向承载力进行计算外，还应同时考虑桩身的强度满足单桩竖向承载力的要求。

3.3 CFG桩复合地基承载力特征值

CFG桩复合地基承载力的特征值，应通过竖向抗压载荷试验或综合桩体竖向抗压载荷试验和桩间土竖向抗压载荷试验，并结合工程实践经验综合确定。CFG桩复合地基承载力的特征值可按以下的公式对其进行估算:fspk=βpmRa/Ap+βs(1－m)fsk，fsk为天然的地基承载力;βp为桩承载力折减系数;βs为桩间土承载力折减系数;

3.4 CFG桩复合地基变形验算

复合地基变形验算时，应依据桩长范围内的土层分布情况，对桩长范围内的土的压缩模量进行合理的提高，其中复合地基土层的压缩模量是天然土层的压缩模量的ξ倍。其地基压缩模量提高系数的计算公式为:ξ=fspk/fsk。

4 高层住宅建筑CFG桩复合地基设计注意事项

高层住宅建筑CFG桩复合地基的设计应该满足桩土共同作用的原则，上部结构的刚性基础与复合地基间设置褥垫层等构造措施来保证实施桩土的共同作用。主要应该注意以下几个内容:(1)CFG桩复合地基设计前，要全面了解和掌握与工程有关工程和水文地质、场地周边环境资料、当地建筑施工工艺及水平;同时要了解上部结构的信息及结构基础形式，提供合理的、经济的、安全可靠的地基处理方案与业主沟通。(2)合理确定复合地基承载力标准。(3)确定合理的CFG桩单桩承载力，采用合理经济的桩径、桩长及桩的平面布置方式。(4)建筑物长期最大沉降量及沉降差的进行合理控制。(5)复合地基处理施工过程中结构设计师对地基处理的质量跟踪，发现问题要及时分析和提供处理方案。地基处理施工完成后要进行桩体质量检测，同时对处理后的复合地基进行竖向抗压载荷试验。确保复合地基的承载力满足上部结构的承载要求，从而保证整个结构的安全。

5 结论

根据本文的论述可知，随着社会经济的迅速发展，人们以及社会对高层建筑的需求日益增加，目前比较多的高层建筑采用CFG桩复合地基。采用CFG桩复合地基不仅能够降低施工造价成本，提高施工质量，加快施工进度，还提高了建设单位及施工单位的经济效益。由此可见，结构设计师在进行CFG桩复合地基设计过程中必须严格遵守设计的原则和规范，采取合理地方法，对其进行科学的计算、精心合理的设计，进而保证高层建筑地基的稳固性。

［1］李虎林，沈红蕾.CFG桩复合地基在郑州高层住宅中的应用［J］.建筑结构，2011(04).

［2］王开军.CFG桩复合地基设计相关问题的探讨［J］.山西建筑，2010(14).

［3］程宏生.CFG桩复合地基设计理论与应用［D］.长沙:中南大学，2010.