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摘 要：针对某一高层住宅建筑采用筏板基础、CFG桩复合地基的设计形式，综合采用手算和YJK软件计算该建筑物的沉降，并分析得出的计算结果。同时提出设计上的一些建议，以供建筑结构设计人员参考和探讨。
关键词：CFG桩复合地基 筏板基础 沉降
0前言
随着我国社会的快速发展和人们生活需求的不断提神，我国的高层建筑数量越来越多，层数也越来越多，结构也越来越复杂。与此同时科技的进步、强度高质量轻的材料的出现以及施工机械化在建筑行业中的蓬勃应用等又为高层建筑的建设提供了物质和技术方面的支持。
为了保证建筑物的正常使用寿命，必须分析建筑物不均匀沉降的原因，从而制定有针对性的预防方法，来控制可能发生的建筑物不均匀沉降，以此来确保建筑物的正常使用。
1沉降原因
造成高层建筑的地基沉降有很多因素，人为因素、城市的规划布局、当地的气候条件、资源的分布情况等都会对地基沉降产生不同程度的影响。
1.1 建筑的自重
直观而言，相对于单、多层建筑，高层建筑的层数更多，总高度更高，主体结构的水平荷载（风荷载、水平地震作用）和竖向荷载（自重、恒荷载、活荷载）也更大，从而其作用于基础底面上的压力更大，显然，地基的沉降也将会更大。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中的基础底面的压力计算见公式（1），
（1）
式中：Pk——基础底面处的平均压力值（kPa）；
Fk——上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）；
Gk——基础自重和基础上的土重（kN）；
A——基础底面面积（m2）。
因此，建筑结构设计人员对于高层建筑的沉降更需要引起的重视。
1.2 建筑的基础类型
同样由公式（1）得出，当从建筑上部结构传至基础顶面的竖向荷载Fk、基础自重和基础上的土重Gk之和相同的情况下，基础底面积A越大，基础底面处的平均压力值Pk越小，从而引起建筑沉降越小。因此，单从基础的类型来看，条形基础要优于独立基础，筏板基础又要优于条形基础。
1.3 地基土的性质
从《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中地基变形公式和压缩模量计算公式
， （2）
（3）
式中：s——地基最终变形量（mm）；
s’——按分层总和法计算出的地基变形量（mm）；
ψs——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定；
n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数；
p0——相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加压力（kPa）；
Esi——基础底面下第i层土的压缩模具（MPa），应取土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；
zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离；
ai、ai-1——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按本规范附录K采用；
e0 ——土的孔隙比；
a——压缩系数。
由公式（2）和公式（3）可知，各层地基土在自重压力下的孔隙比越大，压缩模量越大，地基变形就越小，即沉降越小。
2工程概况
某住宅建筑位于河南省驻马店市，建筑高度为53.7m，占地面积1100m2，为一栋高层住宅楼，包括地上18层和地下1层，其中地下1层为地下车库。
住宅楼的抗震设防分类为丙类，上部结构为剪力墙结构。查阅《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010（2016年版）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010和该项目的《工程地质勘察报告》得出：剪力墙抗震等级设置为四级，抗震设防烈度为6度，基本地震加速度值为0.05g，地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值为0.45s。
由于本工程存在作为地下车库的地下室，如果采用多层、中低层框架结构建筑常用的独立基础和条形基础显然不合适。根据建设单位的建议和当地施工经验，设计上决定采用筏板基础。此外，由于本工程没有采用桩基础，故需要对其地基进行处理。经过与建设单位的协商讨论，从工程造价、工期、施工难易、施工经验、采购等方面综合考虑，确定采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基，即CFG桩复合地基。事实上，采用CFG桩复合地基也是该项目《工程地质勘察报告》的结论建议之一。
3 CFG桩复合地基
复合地基是指部分土体被增加或被置换，形成由地基土和竖向增墙体共同承担荷载的人工地基。而CFG桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成竖向增强体的复合地基。其与素混凝土桩在受力和变形特性方面沒有不同，区别仅在于桩体材料的构成不同。
基础混凝土强度等级为C30，基础垫层为100mm厚C15混凝土，钢筋等级为HRB400级。筏板基础厚900mm，其平面尺寸沿建筑外轮廓延伸1500mm（局部延伸1600mm），配筋为C22@200双层双向拉通。CFG桩径400mm，桩间距1800mm。施工桩顶标高宜高于桩顶设计标高不少于0.5m。采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。桩体试块抗压强度 fcu≥20MPa。持力层为第⑤层粉质粘土层，桩端进入持力层内>2d，有效桩长最小17m。详细情况见图1～图2。
4工程沉降量计算
（1）根据《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力特征值fspk计算见公式（3），
（3）
式中：m——面积置换率，m=（d*d）/1.13s，d为桩直径，s为桩间距，计算得，m=0.039； λ——单桩承载力发挥系数，按地区经验取值，取0.9；
Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；
β——桩间土承载力发挥系数，按地区经验取值，取0.9；
Ap——桩的截面积（m2）；
fsk——处理后桩间土承载力特征值，按地区经验取值，取90kPa。
（2）增强体单桩竖向承载力特征值Ra计算见公式（4）
（4）
式中：up——桩的周长（m）；
qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；
lpi——桩长范围内第i层土的厚度（m）；
ap——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；
qp——桩端端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；對于水泥搅拌桩、旋喷桩应取未经修正的桩端地基土承载力特征值。
再结合上文中的图1地质柱状示意图和表2，采用公式（4）算出单桩竖向承载力特征值Ra=500kN。
最终，计算得出复合地基承载力特征值fspk为350Kpa。
（3）桩身抗压强度平均值fcu应满足公式（5），
（5）
fcu≥20Mpa，显然已经满足要求。
（4）地基沉降的最终变形量按公式（2）计算。由于公式（2）计算量较为复杂，因此采用YJK软件计算。在输入数据之后，得到了图5沉降图。从沉降图中可看出，YJK软件计算得出的地基沉降最大值为23mm。而该数据也恰好和该项目《工程地质勘察报告》中拟算的数据（基础中心沉降）一致，详见表3。
5结论
通过上一节手算和YJK软件计算得出的结果可以看出，该高层建筑最大沉降值和《工程地质勘察报告》中的基础中心沉降估算值很接近。进而推断确定，采用筏板基础和CFG桩复合地基有效地控制了高层建筑的不均匀沉降，在实际工程中可以参考和采用该方案。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范： GB 50010-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.
[2] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范： GB 50011-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3] 中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范： GB 50007-2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4] 中国建筑科学研究院.建筑结构荷载规范： GB 50009-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[5] 中国住房和城乡建设部标准定额研究所.高层建筑混凝土结构技术规程： JGJ 3-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[6] 中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范： JGJ 94-2008[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.
[7] 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范：JGJ 79-2012 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.
[8] 陈岱林、梁博、董智力. YJK基础设计软件从入门到精通[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.
[9] 陈岱林. 结构软件技术条件及常见问题详解[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2015.
[10] 中国住房和城乡建设部标准定额研究所.建筑地基处理技术规范：JGJ 79-2002[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.
[11] 常洪飞. 关于高层建筑地基沉降与控制研究[J]. 黑龙江科技信息，2015（3）：112.
[12] 黄艳妮. 高层建筑地基沉降与控制措施[J]. 山东工业技术，2018（2）：95.
[13] 魏琦佳. 试析高层建筑地基沉降及控制管理[J].黑龙江科技信息，2015 （03）：125.
[14] 周丽娜，辛明星. 关于高层建筑地基沉降与控制研究[J].民营科技，2016 （07）：167.
[15] 王彧. 高层建筑基础不均匀沉降处理研究[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2013（20）.
关键词：CFG桩复合地基 筏板基础 沉降
0前言
随着我国社会的快速发展和人们生活需求的不断提神，我国的高层建筑数量越来越多，层数也越来越多，结构也越来越复杂。与此同时科技的进步、强度高质量轻的材料的出现以及施工机械化在建筑行业中的蓬勃应用等又为高层建筑的建设提供了物质和技术方面的支持。
为了保证建筑物的正常使用寿命，必须分析建筑物不均匀沉降的原因，从而制定有针对性的预防方法，来控制可能发生的建筑物不均匀沉降，以此来确保建筑物的正常使用。
1沉降原因
造成高层建筑的地基沉降有很多因素，人为因素、城市的规划布局、当地的气候条件、资源的分布情况等都会对地基沉降产生不同程度的影响。
1.1 建筑的自重
直观而言，相对于单、多层建筑，高层建筑的层数更多，总高度更高，主体结构的水平荷载（风荷载、水平地震作用）和竖向荷载（自重、恒荷载、活荷载）也更大，从而其作用于基础底面上的压力更大，显然，地基的沉降也将会更大。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中的基础底面的压力计算见公式（1），
（1）
式中：Pk——基础底面处的平均压力值（kPa）；
Fk——上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）；
Gk——基础自重和基础上的土重（kN）；
A——基础底面面积（m2）。
因此，建筑结构设计人员对于高层建筑的沉降更需要引起的重视。
1.2 建筑的基础类型
同样由公式（1）得出，当从建筑上部结构传至基础顶面的竖向荷载Fk、基础自重和基础上的土重Gk之和相同的情况下，基础底面积A越大，基础底面处的平均压力值Pk越小，从而引起建筑沉降越小。因此，单从基础的类型来看，条形基础要优于独立基础，筏板基础又要优于条形基础。
1.3 地基土的性质
从《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中地基变形公式和压缩模量计算公式
， （2）
（3）
式中：s——地基最终变形量（mm）；
s’——按分层总和法计算出的地基变形量（mm）；
ψs——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定；
n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数；
p0——相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加压力（kPa）；
Esi——基础底面下第i层土的压缩模具（MPa），应取土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；
zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离；
ai、ai-1——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按本规范附录K采用；
e0 ——土的孔隙比；
a——压缩系数。
由公式（2）和公式（3）可知，各层地基土在自重压力下的孔隙比越大，压缩模量越大，地基变形就越小，即沉降越小。
2工程概况
某住宅建筑位于河南省驻马店市，建筑高度为53.7m，占地面积1100m2，为一栋高层住宅楼，包括地上18层和地下1层，其中地下1层为地下车库。
住宅楼的抗震设防分类为丙类，上部结构为剪力墙结构。查阅《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010（2016年版）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010和该项目的《工程地质勘察报告》得出：剪力墙抗震等级设置为四级，抗震设防烈度为6度，基本地震加速度值为0.05g，地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值为0.45s。
由于本工程存在作为地下车库的地下室，如果采用多层、中低层框架结构建筑常用的独立基础和条形基础显然不合适。根据建设单位的建议和当地施工经验，设计上决定采用筏板基础。此外，由于本工程没有采用桩基础，故需要对其地基进行处理。经过与建设单位的协商讨论，从工程造价、工期、施工难易、施工经验、采购等方面综合考虑，确定采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基，即CFG桩复合地基。事实上，采用CFG桩复合地基也是该项目《工程地质勘察报告》的结论建议之一。
3 CFG桩复合地基
复合地基是指部分土体被增加或被置换，形成由地基土和竖向增墙体共同承担荷载的人工地基。而CFG桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成竖向增强体的复合地基。其与素混凝土桩在受力和变形特性方面沒有不同，区别仅在于桩体材料的构成不同。
基础混凝土强度等级为C30，基础垫层为100mm厚C15混凝土，钢筋等级为HRB400级。筏板基础厚900mm，其平面尺寸沿建筑外轮廓延伸1500mm（局部延伸1600mm），配筋为C22@200双层双向拉通。CFG桩径400mm，桩间距1800mm。施工桩顶标高宜高于桩顶设计标高不少于0.5m。采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。桩体试块抗压强度 fcu≥20MPa。持力层为第⑤层粉质粘土层，桩端进入持力层内>2d，有效桩长最小17m。详细情况见图1～图2。
4工程沉降量计算
（1）根据《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力特征值fspk计算见公式（3），
（3）
式中：m——面积置换率，m=（d*d）/1.13s，d为桩直径，s为桩间距，计算得，m=0.039； λ——单桩承载力发挥系数，按地区经验取值，取0.9；
Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；
β——桩间土承载力发挥系数，按地区经验取值，取0.9；
Ap——桩的截面积（m2）；
fsk——处理后桩间土承载力特征值，按地区经验取值，取90kPa。
（2）增强体单桩竖向承载力特征值Ra计算见公式（4）
（4）
式中：up——桩的周长（m）；
qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；
lpi——桩长范围内第i层土的厚度（m）；
ap——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；
qp——桩端端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；對于水泥搅拌桩、旋喷桩应取未经修正的桩端地基土承载力特征值。
再结合上文中的图1地质柱状示意图和表2，采用公式（4）算出单桩竖向承载力特征值Ra=500kN。
最终，计算得出复合地基承载力特征值fspk为350Kpa。
（3）桩身抗压强度平均值fcu应满足公式（5），
（5）
fcu≥20Mpa，显然已经满足要求。
（4）地基沉降的最终变形量按公式（2）计算。由于公式（2）计算量较为复杂，因此采用YJK软件计算。在输入数据之后，得到了图5沉降图。从沉降图中可看出，YJK软件计算得出的地基沉降最大值为23mm。而该数据也恰好和该项目《工程地质勘察报告》中拟算的数据（基础中心沉降）一致，详见表3。
5结论
通过上一节手算和YJK软件计算得出的结果可以看出，该高层建筑最大沉降值和《工程地质勘察报告》中的基础中心沉降估算值很接近。进而推断确定，采用筏板基础和CFG桩复合地基有效地控制了高层建筑的不均匀沉降，在实际工程中可以参考和采用该方案。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范： GB 50010-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.
[2] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范： GB 50011-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3] 中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范： GB 50007-2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4] 中国建筑科学研究院.建筑结构荷载规范： GB 50009-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[5] 中国住房和城乡建设部标准定额研究所.高层建筑混凝土结构技术规程： JGJ 3-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[6] 中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范： JGJ 94-2008[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.
[7] 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范：JGJ 79-2012 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.
[8] 陈岱林、梁博、董智力. YJK基础设计软件从入门到精通[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.
[9] 陈岱林. 结构软件技术条件及常见问题详解[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2015.
[10] 中国住房和城乡建设部标准定额研究所.建筑地基处理技术规范：JGJ 79-2002[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.
[11] 常洪飞. 关于高层建筑地基沉降与控制研究[J]. 黑龙江科技信息，2015（3）：112.
[12] 黄艳妮. 高层建筑地基沉降与控制措施[J]. 山东工业技术，2018（2）：95.
[13] 魏琦佳. 试析高层建筑地基沉降及控制管理[J].黑龙江科技信息，2015 （03）：125.
[14] 周丽娜，辛明星. 关于高层建筑地基沉降与控制研究[J].民营科技，2016 （07）：167.
[15] 王彧. 高层建筑基础不均匀沉降处理研究[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2013（20）.