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[摘要]根据计算结果，结合地勘报告、所处地质土层情况及当地设计经验，综合考虑地基变形情况，选取合理的基础形式节省工程造价和降低施工难度。
[关键词]桩基础，柱下条形基础，CFG桩，独立基础，基础沉降。
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一. 工程概况
本工程位于天津市宝坻区天宝工业园区内，宝中路与三号路交口处。该研发楼为厂区内其中一栋单体建筑，包括五层的办公研发部分和局部一层的展厅部分，面积5000平米。展厅部分为2层高度，一、二层基本呈L形平面，三~五层为矩形平面。下图为其平面布置图。
二. 工程地勘情况
本工程场地土为中软土，场地类别为III类，场地地震基本烈度7度，属设计地震分组第二组，设计基本地震加速度值为0.15g，属建筑抗震一般地段。初见水位埋深2.50～2.60m左右，标高2.65～2.73m，稳定水位埋深2.00～2.10m左右，标高3.15.～3.23m，场地地下水对混凝土结构有微蚀性。各层土的地基承载力特征值如下表：
地基土承载力特征值表表1
若采用桩基础，持力层以上主要为粘性土，呈可塑状态，持力层为密实状态粉砂层，按当地经验可以采用预应力混凝土管桩，桩端持力层为⑤2层粉砂。预制管桩桩周土极限侧阻力标准值qsik和桩极限端阻力标准值qpk列于下表2
拟建物桩基设计参数表 表2
单桩竖向极限承载力标准值估算表 表3
三. 结构体系和基础方案的确定。
根据建筑平面布置和建筑高度及功能需要，本工程主体采用钢筋混凝土框架结构体系。整体计算采用中国建筑科学研究院开发的计算机辅助设计PKPM系列软件：STAWE 2011版。通过计算中柱柱下反力在4500KN~5000KN,边柱柱下反力在3400KN左右。
1）.根据天津市津海岩土工程有限公司提供的《北京万向新元科技股份有限公司岩土工程勘察报告》地勘报告情况和建议，研发中心建议采用预制管桩基础形式，管桩持力层为⑤2层粉砂层。
由于⑤2层粉砂层的压缩模量平均值为12.5MPa，根据天津市《先张法预应力离心管混凝土管桩》图集规定和地勘报告建议，结合当地地质实际情况和之前当地周围已完成项目分析，即使采用锤击设备进行桩基施工时，管桩进入粉砂层深度也很有限，直径￠500mm的管桩进入⑤2层粉砂层的深度在1.5~2.0米左右。根据地坪标高计算，实际桩长大概在9米左右，￠500管桩单桩极限承载力特征值为550KN，经计算分析，柱下管桩最多为9颗桩，其余大部分中柱为8颗桩，边柱为6颗桩。由于受桩长限制，管桩单桩承载能力较低，不能有效的提高桩承载力，导致单柱下管桩数量较多，承台较大，管桩基础形式不为合理。
2）.根据柱下荷载情况，基础形式可考虑柱下条形基础或者筏板基础。通过计算，柱下条形基础也能满足地基承载力和变形要求。但经初步分析，柱下条形基础混凝土用量较多，钢筋用量较大，造价较高；而实际施工中，柱下条形基础施工绑钢筋和地基梁的支模比较困难，施工中难度较大，施工成本较高。基础形式也不为合理。
3）.结合场地土层情况和当地经验，本工程宜可采用复合地基形式来提高地基承载力，即采用水泥粉煤灰碎石桩（以下简称CFC桩）复合地基处理来提高地基承载力，同时可提高土体弹性模量，有效地控制建筑物沉降。
四. 基础计算与分析。
1. 采用CFG桩地基处理时，桩持力层为⑤2层粉砂层，CFG桩复合地基设計参数详细见表4、表5中数据
拟建物CFG桩复合地基设计参数表 表4
单桩竖向极限承载力标准值估算表表5
CFG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，初步设计时按下式估算:
fspk=m Ra/Ap+β（1- m）fsk
其中:
fspk —— 复合地基承载力特征值(kPa)
m—— 桩土面积置换率 ;m=d2/de2
其中d ——桩身平均直径（m），取d=0.4m
de ——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；
计算复合地基时，取正方形布置CFG桩，桩间距s取s=3d=3x0.4=1.2m
de=1.13s=1.13x1.2=1.356m
故m=d2/de2=0.42/1.3562=0.087
Ra —— 单桩竖向承载力特征值(KN); 可按以下公式经行计算：
Ra=up∑qsili+qpAp
式中up—桩的周长（m）
qsi—桩侧第i层土侧阻力特征值（kPa）
qp—桩端端阻力特征值（kPa）
li—第i层土的厚度（m）
取有效桩长为8.0m,桩端进入⑤2 粉砂层深度为2.0m.
经计算: Ra=270KN
Ap —— 桩的截面面积 （m2）
取r=￠400/2桩径 Ap=∏r2=3.14x0.22=0.1256m2
β —— 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值。
由于层③粘土地基承载力特征值为fsk=100kPa，土层承载力较低，故β取0.8
fsk—— 处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，计算时 fsk取100 kPa。
经计算，处理后复合地基承载特征值为：
fspk=m Ra/Ap+β（1- m）fsk=0.087x270/0.1256+0.8x(1-0.087)x100=260KN
经处理后，地基承载力大大提高，根据柱底反力计算,中柱柱下独立基础在4.4mx4.4m见方，基础下CFG桩布置为4x4方格。
2. 取其中一典型中柱基础计算其沉降量
(1）.以下为土层的钻孔参数
Esi ------ 基础底面下第 i 层土的压缩模量（MPa）
土层名称 层底深度 土层层厚 Esi
粘性土 0.60 0.60 7.475
红粘土 2.20 1.60 8.827
粉土 4.40 2.20 10.258
粉细砂 6.50 2.10 21.120
中砂 9.00 2.50 21.120
(2）.计算时执行的规范:《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011） 以下简称 基础规范.
计算结果中的主要符号
ψs --------- 沉降计算经验系数 ψs；
Zn--------- 基础变形计算深度 Zn （M）；
X', Y' ------ 基础中心的坐标 X', Y' （M）；
X, Y -------- 基础中心在钻孔坐标系中的坐标 X, Y （M）；
F'--------- 对应于荷载效应准永久组合时基础底面处的附加竖向力 F'（kN）；
l, b------- 基础底面长度 l、基础底面宽度 b （M）；
Ai--------- 第 i 层土附加应力系数沿土层厚度的积分值 Ai （M），
Ai ＝ Zi * αi － Zi-1 * αi-1 ；
△Si'------ 在计算深度范围内，第 i 层土的计算变形值 △'Si （mm），
△Si' ＝ 4 * po * (Zi * αi － Zi-1 * αi-1) / Esi
(3). 基础参数
a. 基础底面处的相对标高 H ＝ -0.100m相当于绝对标高 Hj ＝ -0.100m
X' ＝ 0.000， Y' ＝ 0.000X ＝ 0.000， Y ＝ 0.000
按临近的 1 号勘探孔的土层分布和参数进行计算
F' ＝ 3098.0kNl ＝ 4.400mb ＝ 4.400mA ＝ 19.36m
基础底面处的附加压力 po ＝ F' / A ＝ 3098.0/19.36 ＝ 160.0kPa
l / b ＝ 1.00△Z ＝ 0.3 * (1 + ln b) ＝ 0.74m
b. 按分层总和法计算出的地基变形量
Z Zi / bαiαi*Zi Ai Esi △Si'S'
0.000.000.2500 0.0000.0000.000 0.00.0
0.500.230.2493 0.1250.1257.475 10.7 10.7
2.100.950.2273 0.4770.3538.827 25.6 36.3
4.301.950.1767 0.7600.28310.25817.6 53.9
5.042.290.1621 0.8180.05821.1201.855.6
5.792.630.1492 0.8640.04621.1201.457.0
c.驗算地基变形计算深度 Zn 是否符合下式要求：
△Sn' ≤ 0.025 * ∑△Si'（基础规范式5.3.6）
△Sn' / ∑△Si' ＝ 1.4/57.0 ＝ 0.024 ≤ 0.025， 满足要求。
d.沉降计算经验计算系数 ψs
Es' ＝ ∑Ai / ∑(Ai / Esi) ＝ 0.864/0.089 ＝ 9.694MPa
查基础规范表 5.3.5，得：ψs ＝ 0.80
e.地基最终变形量 S
S ＝ ψs * S' ＝ ψs * ∑ po * (Zi * αi - Zi-1 * αi-1) / Esi（基础规范式 5.3.5）
S ＝ 0.80*57.0 ＝ 45.5mm
从基础承载力和地基变形计算结果来看，独立基础亦可满足相关规范规定的安全度要求；就造价来看也大大节省了业主的成本。故本工程基础形式采用CFG复合地基处理的柱下独立基础。
五. 结论
本工程为普通的五层框架结构，基础设计时不可千篇一律，应根据不同的荷载情况和实际的地质条件，通过计算反复比较不同的基础形式，综合考虑基础造价及施工难度等相关问题，采取最优的基础方案.
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91
[3]《建筑桩基技术规范》 JGJ94-2008
[4]《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2012
[关键词]桩基础，柱下条形基础，CFG桩，独立基础，基础沉降。
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一. 工程概况
本工程位于天津市宝坻区天宝工业园区内，宝中路与三号路交口处。该研发楼为厂区内其中一栋单体建筑，包括五层的办公研发部分和局部一层的展厅部分，面积5000平米。展厅部分为2层高度，一、二层基本呈L形平面，三~五层为矩形平面。下图为其平面布置图。
二. 工程地勘情况
本工程场地土为中软土，场地类别为III类，场地地震基本烈度7度，属设计地震分组第二组，设计基本地震加速度值为0.15g，属建筑抗震一般地段。初见水位埋深2.50～2.60m左右，标高2.65～2.73m，稳定水位埋深2.00～2.10m左右，标高3.15.～3.23m，场地地下水对混凝土结构有微蚀性。各层土的地基承载力特征值如下表：
地基土承载力特征值表表1
若采用桩基础，持力层以上主要为粘性土，呈可塑状态，持力层为密实状态粉砂层，按当地经验可以采用预应力混凝土管桩，桩端持力层为⑤2层粉砂。预制管桩桩周土极限侧阻力标准值qsik和桩极限端阻力标准值qpk列于下表2
拟建物桩基设计参数表 表2
单桩竖向极限承载力标准值估算表 表3
三. 结构体系和基础方案的确定。
根据建筑平面布置和建筑高度及功能需要，本工程主体采用钢筋混凝土框架结构体系。整体计算采用中国建筑科学研究院开发的计算机辅助设计PKPM系列软件：STAWE 2011版。通过计算中柱柱下反力在4500KN~5000KN,边柱柱下反力在3400KN左右。
1）.根据天津市津海岩土工程有限公司提供的《北京万向新元科技股份有限公司岩土工程勘察报告》地勘报告情况和建议，研发中心建议采用预制管桩基础形式，管桩持力层为⑤2层粉砂层。
由于⑤2层粉砂层的压缩模量平均值为12.5MPa，根据天津市《先张法预应力离心管混凝土管桩》图集规定和地勘报告建议，结合当地地质实际情况和之前当地周围已完成项目分析，即使采用锤击设备进行桩基施工时，管桩进入粉砂层深度也很有限，直径￠500mm的管桩进入⑤2层粉砂层的深度在1.5~2.0米左右。根据地坪标高计算，实际桩长大概在9米左右，￠500管桩单桩极限承载力特征值为550KN，经计算分析，柱下管桩最多为9颗桩，其余大部分中柱为8颗桩，边柱为6颗桩。由于受桩长限制，管桩单桩承载能力较低，不能有效的提高桩承载力，导致单柱下管桩数量较多，承台较大，管桩基础形式不为合理。
2）.根据柱下荷载情况，基础形式可考虑柱下条形基础或者筏板基础。通过计算，柱下条形基础也能满足地基承载力和变形要求。但经初步分析，柱下条形基础混凝土用量较多，钢筋用量较大，造价较高；而实际施工中，柱下条形基础施工绑钢筋和地基梁的支模比较困难，施工中难度较大，施工成本较高。基础形式也不为合理。
3）.结合场地土层情况和当地经验，本工程宜可采用复合地基形式来提高地基承载力，即采用水泥粉煤灰碎石桩（以下简称CFC桩）复合地基处理来提高地基承载力，同时可提高土体弹性模量，有效地控制建筑物沉降。
四. 基础计算与分析。
1. 采用CFG桩地基处理时，桩持力层为⑤2层粉砂层，CFG桩复合地基设計参数详细见表4、表5中数据
拟建物CFG桩复合地基设计参数表 表4
单桩竖向极限承载力标准值估算表表5
CFG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，初步设计时按下式估算:
fspk=m Ra/Ap+β（1- m）fsk
其中:
fspk —— 复合地基承载力特征值(kPa)
m—— 桩土面积置换率 ;m=d2/de2
其中d ——桩身平均直径（m），取d=0.4m
de ——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；
计算复合地基时，取正方形布置CFG桩，桩间距s取s=3d=3x0.4=1.2m
de=1.13s=1.13x1.2=1.356m
故m=d2/de2=0.42/1.3562=0.087
Ra —— 单桩竖向承载力特征值(KN); 可按以下公式经行计算：
Ra=up∑qsili+qpAp
式中up—桩的周长（m）
qsi—桩侧第i层土侧阻力特征值（kPa）
qp—桩端端阻力特征值（kPa）
li—第i层土的厚度（m）
取有效桩长为8.0m,桩端进入⑤2 粉砂层深度为2.0m.
经计算: Ra=270KN
Ap —— 桩的截面面积 （m2）
取r=￠400/2桩径 Ap=∏r2=3.14x0.22=0.1256m2
β —— 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值。
由于层③粘土地基承载力特征值为fsk=100kPa，土层承载力较低，故β取0.8
fsk—— 处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，计算时 fsk取100 kPa。
经计算，处理后复合地基承载特征值为：
fspk=m Ra/Ap+β（1- m）fsk=0.087x270/0.1256+0.8x(1-0.087)x100=260KN
经处理后，地基承载力大大提高，根据柱底反力计算,中柱柱下独立基础在4.4mx4.4m见方，基础下CFG桩布置为4x4方格。
2. 取其中一典型中柱基础计算其沉降量
(1）.以下为土层的钻孔参数
Esi ------ 基础底面下第 i 层土的压缩模量（MPa）
土层名称 层底深度 土层层厚 Esi
粘性土 0.60 0.60 7.475
红粘土 2.20 1.60 8.827
粉土 4.40 2.20 10.258
粉细砂 6.50 2.10 21.120
中砂 9.00 2.50 21.120
(2）.计算时执行的规范:《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011） 以下简称 基础规范.
计算结果中的主要符号
ψs --------- 沉降计算经验系数 ψs；
Zn--------- 基础变形计算深度 Zn （M）；
X', Y' ------ 基础中心的坐标 X', Y' （M）；
X, Y -------- 基础中心在钻孔坐标系中的坐标 X, Y （M）；
F'--------- 对应于荷载效应准永久组合时基础底面处的附加竖向力 F'（kN）；
l, b------- 基础底面长度 l、基础底面宽度 b （M）；
Ai--------- 第 i 层土附加应力系数沿土层厚度的积分值 Ai （M），
Ai ＝ Zi * αi － Zi-1 * αi-1 ；
△Si'------ 在计算深度范围内，第 i 层土的计算变形值 △'Si （mm），
△Si' ＝ 4 * po * (Zi * αi － Zi-1 * αi-1) / Esi
(3). 基础参数
a. 基础底面处的相对标高 H ＝ -0.100m相当于绝对标高 Hj ＝ -0.100m
X' ＝ 0.000， Y' ＝ 0.000X ＝ 0.000， Y ＝ 0.000
按临近的 1 号勘探孔的土层分布和参数进行计算
F' ＝ 3098.0kNl ＝ 4.400mb ＝ 4.400mA ＝ 19.36m
基础底面处的附加压力 po ＝ F' / A ＝ 3098.0/19.36 ＝ 160.0kPa
l / b ＝ 1.00△Z ＝ 0.3 * (1 + ln b) ＝ 0.74m
b. 按分层总和法计算出的地基变形量
Z Zi / bαiαi*Zi Ai Esi △Si'S'
0.000.000.2500 0.0000.0000.000 0.00.0
0.500.230.2493 0.1250.1257.475 10.7 10.7
2.100.950.2273 0.4770.3538.827 25.6 36.3
4.301.950.1767 0.7600.28310.25817.6 53.9
5.042.290.1621 0.8180.05821.1201.855.6
5.792.630.1492 0.8640.04621.1201.457.0
c.驗算地基变形计算深度 Zn 是否符合下式要求：
△Sn' ≤ 0.025 * ∑△Si'（基础规范式5.3.6）
△Sn' / ∑△Si' ＝ 1.4/57.0 ＝ 0.024 ≤ 0.025， 满足要求。
d.沉降计算经验计算系数 ψs
Es' ＝ ∑Ai / ∑(Ai / Esi) ＝ 0.864/0.089 ＝ 9.694MPa
查基础规范表 5.3.5，得：ψs ＝ 0.80
e.地基最终变形量 S
S ＝ ψs * S' ＝ ψs * ∑ po * (Zi * αi - Zi-1 * αi-1) / Esi（基础规范式 5.3.5）
S ＝ 0.80*57.0 ＝ 45.5mm
从基础承载力和地基变形计算结果来看，独立基础亦可满足相关规范规定的安全度要求；就造价来看也大大节省了业主的成本。故本工程基础形式采用CFG复合地基处理的柱下独立基础。
五. 结论
本工程为普通的五层框架结构，基础设计时不可千篇一律，应根据不同的荷载情况和实际的地质条件，通过计算反复比较不同的基础形式，综合考虑基础造价及施工难度等相关问题，采取最优的基础方案.
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91
[3]《建筑桩基技术规范》 JGJ94-2008
[4]《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2012