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《河南省建設廳關于加強高層建筑工程復合地基專項審查的通知》(豫建設標【2008】57號文)明確要求:為加強我省高層建筑的抗震設計管理,提高高層建筑工程設計的可靠性和安全性,保證高層建筑工程質(zhì)量,依據(jù)國務院《建設工程勘察設計管理條例》(第293號令)第二十九條、《房屋建筑工程抗震設防管理規(guī)定》(第148號令)第九條以及《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72-2004)第8.4.1條規(guī)定,對地基基礎設計等級甲級且?guī)r土工程勘察等級甲級擬采用復合地基的高層建筑均應進行專項審查。
由此可見,應納入專項審查的范圍:一是地基基礎設計等級為甲級的高層建筑,即《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007)表3.0.1條中的30層以上的高層建筑和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72)表3.0.1中甲級第1款:30層以上或高度超過100m的超高層建筑;二是此處所謂復合地基專指CFG樁復合地基。因為規(guī)范8.4.1條已明確說明:復合地基主要適用于勘查等級為乙級的高層建筑,對勘察等級為甲級的高層建筑擬采用復合地基方案時,須進行專門研究,并經(jīng)充分論證?,F(xiàn)行復合地基中的豎向增強體多數(shù)自身剛度有限(如水泥土攪拌樁、灰土擠密樁等),雖然CFG樁是具有較大黏結強度的增強體,但同樣不具有抗彎、抗剪能力,不能承受上拔力和水平力,與承臺或筏板沒有構造要求的連接。但在充分利用樁間土承載力共同作用的條件下,有可能承擔建筑物的較大豎向荷載。故在經(jīng)過充分論證的條件下,有可能作為30層以上高層建筑的復合地基使用。所以對其可行性有必要進行專項審查。審查的內(nèi)容除應符合《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72-2004)8.4節(jié)和《房屋建筑和市政基礎設施工程勘察編制深度規(guī)定》(2010年版)4.5.9條的要求外,重點應包括以下幾點內(nèi)容:
1、擬建工程概況;
2、CFG樁成樁可行性;
3、地基土能否提供滿足設計要求的單樁承載力,復合地基承載力和抗震設計要求。
4、結合本工程建筑特征進行復核地基變形評價,預估平均沉降量和可能產(chǎn)生傾斜的原因。對于附屬裙房和外擴地下車庫進行差異沉降分析,提出控制過大差異沉降的措施。
5、CFG樁復合地基施工的質(zhì)量保證措施及施工對環(huán)境的影響和對策。
根據(jù)我國勘察設計體制的現(xiàn)狀,勘察單位與設計單位的溝通和交集,僅為一份勘察任務委托書。由于勘察階段地基基礎設計的基本參數(shù)都是初步設定的,所以原勘察報告所提供的資料除地層分布,各土層的物理力學性質(zhì)指標和原位測試成果、場地穩(wěn)定性、適宜性評價、擬建場地和基地的地震效應等基礎資料不可改動外,CFG樁復合地基的基本設計參數(shù)均應在專項方案的論證報告中與設計樁位圖所標示的各項設計參數(shù)相對接,并重新計算評價。所以CFG樁復合地基專項審查報告的編寫,是對原勘察報告中基礎方案論述部分的再加工。故可行性報告除應詳細介紹工程位置、周邊環(huán)境外,尚應根據(jù)最終設計校核擬建建筑編號、地上地下層數(shù)、裙房及地下車庫等資料外,應列表介紹各建筑±0標高、樁頂標高、有效樁長、布樁方案、基底壓力等基本設計參數(shù)。由于CFG樁基礎持力層以樁頂標高所在位置的地層層號為準,所以樁頂標高的明確具有特殊意義。
二、擬建場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和場地和地基的地震效應:
主要根據(jù)原勘察報告提供樁身影響深度范圍內(nèi)各巖土層的形成年代,巖土種類、分布規(guī)律和工程性質(zhì)等。重點之一應介紹碎石土粒徑與含量、充填物性質(zhì)和充填程度、密實度等。粉土與粘性土的結核含量、粒徑、膠結程度等。重點之二應介紹影響CFG樁側(cè)阻、端阻取值的主要物性指標如孔隙比、液性指數(shù)、標貫及靜力觸探等原位測試成果,以便掌握成樁可行性,CFG樁側(cè)阻、端阻取值的合理性。根據(jù)樁身影響范圍內(nèi)地基土的承載力特征值和壓縮模量,推薦承載力和壓縮模量相對較高,埋深適宜的土層作樁端持力層。此外,報告尚應提供擬建場地抗震設計所需基本設計參數(shù),明確擬建場地所處對建筑抗震有利、一般、不利和危險地段的具體類別。
三、單樁承載力和復合地基承載力的估算:
報告應根據(jù)樁身范圍內(nèi)地基土物性指標原位測試成果和設計樁長,合理確定樁身側(cè)摩阻力和樁端端阻力取值,根據(jù)不同樓號按不利因素考慮選取代表性鉆孔進行單樁承載力估算。根據(jù)地基土性狀、壓縮模量和建筑物荷載要求,與設計單位協(xié)商,合理選用樁間距和布樁方案,估算復合地基承載力,以滿足基底壓力為基本原則,基本設計參數(shù)(含樁長、樁徑、樁間距、褥墊層厚度、樁體強度)在雙方申報材料中均應校核一致。對多樁型復合地基,應根據(jù)樁的組合類型,按JGJ79-2012規(guī)范采用相應公式計算復合地基承載力特征值。由于復合地基承載力和單樁承載力的計算結果僅供初步設計使用,最終結果均需由靜載荷試驗確定。應注意的是對單樁承載力估算結果不宜進行折減取值后再計算復合地基承載力,因為本身計算即屬估算。對計算過程中所得數(shù)據(jù)進行人為處理,則計算結果的可靠性已無法衡量。而且也不宜根據(jù)基底壓力倒推樁間距,以方便布樁。在軟土分布區(qū)應優(yōu)先考慮采取加大樁長,增加樁間距的布樁方案,以有利于保證成樁質(zhì)量。
CFG樁樁身強度應滿足上述規(guī)范要求,但作為30層以上的高層建筑,其樁身強度不宜低于C25。
通過上述二、三部分的論述,即可解決CFG樁成樁可行性和復合地基承載力能否滿足設計要求的問題,結合造價、工期、施工對環(huán)境影響等諸多因素的綜合比較,本著安全適用、技術先進、經(jīng)理合理、確保質(zhì)量、保護環(huán)境的原則,即可為CFG樁復合地基的造型提供依據(jù)。
四、CFG樁復合地基變形估算
根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)強制性條文3.0.5條第2款:按地基變形設計或應作變形驗算且需進行地基處理的建筑物或構筑物,應對處理后的地基進行變形驗算。因此,CFG樁復合地基變形驗算是可行性報告的重要內(nèi)容。根據(jù)上述規(guī)范式7.1.7或7.9.8-1---7.9.8-4(對多樁型復合地基而言),應先計算樁身范圍內(nèi)各復合土層壓縮模量的增大倍數(shù),據(jù)此計算各土層的復合模量。由此規(guī)范明確規(guī)定地基變形計算深度應大于復合土層的深度,故尚需提供樁端下變形計算深度內(nèi)各土層在上覆土的自重壓力和計算點處剩余附加壓力之和壓力段土的壓縮模量取值,以供變形計算使用。計算中應注意3點:一是根據(jù)式7.1.7,ζ=fspk/fak,式中fspk是復合地基承載力而非基底壓力Pk;二是fak取樁頂標高所在位置地基土承載力特征值,各復合土層的壓縮模量均以此ζ值乘以各土層100-200Kpa壓力段壓縮模量作為取值;三是復合地基變形計算公式采用GB50007-2011式5.3.5,即天然地基變形計算公式。在假設地層均勻,基礎型式為筏板基礎,基底壓力分布均勻或荷載重心與基礎的型心重合的條件下,計算得到的是基礎中心點的沉降,對于均勻分布的荷載而言,將中點沉降作為平均沉降使用,不需要計算角點的沉降以后再平均,這也是一種近似的經(jīng)驗處理方法。
如果地層不均勻,則即使是均勻的基底壓力也會產(chǎn)生不均勻的沉降,則按四個角點的附加應力分別計算沉降之后再計算差異沉降,判斷建筑物的主傾方向。至于由荷載偏心與地層厚度變化疊加引起的傾斜,則計算過程就趨于復雜化,應有勘察、設計單位共同探討解決。高度小于100m的高層建筑的整體傾斜控制在0.0025之下。計算結果過小時即可認為不存在整體傾斜。
主樓與裙房或附屬地下車庫之間的高低層差異沉降分析是變形計算的又一重要內(nèi)容。當預測的差異沉降可能超過現(xiàn)行規(guī)范標準或設計的限值時,應對結構設計或施工提出減少基礎差異沉降不利影響的建議,具體內(nèi)容見《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72-2004)8.5節(jié)。
五、CFG樁復合地基施工質(zhì)量保證措施及對環(huán)境的影響和對策:
當前我省CFG樁復合地基主要采用長螺旋鉆中心壓灌成樁施工,長螺旋鉆孔灌注成樁和振動沉管灌注成樁施工工藝應用較少。為確保施工質(zhì)量,施工設備必須有排氣裝置,采用下開式鉆頭,嚴禁先提鉆后灌料,應使鉆頭始終埋在混凝土下。對遇有深厚淤泥、淤泥質(zhì)土時,需提供試驗確定成樁可行性。因該工藝混合料坍落度高,樁體保持自身性狀的能力低,常發(fā)生嚴重擴徑,樁頂下陷或由于樁周土的擠壓造成縮徑或斷樁。
當樁長范圍有飽和粉土、粉細砂和淤泥、淤泥質(zhì)土時,若樁距較小,則新打樁鉆進時長螺旋葉片對已打樁周邊土產(chǎn)生剪切擾動,使土結構強度破壞,樁周土的約束力降低,處于流動狀態(tài)的樁體側(cè)向溢出亦即發(fā)生所謂竄孔現(xiàn)象。施工時須對已打樁樁頂標高進行監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)已打樁樁頂下沉時,正在施工的樁提至竄孔土部位應停止提鉆,繼續(xù)壓料,待已打樁混合料上升至樁頂標高時,在試樁方可繼續(xù)泵料提鉆至設計標高。施工中應始終注意拔鉆速度必須與泵入混合料速度的相配,否則也容易產(chǎn)生縮徑或斷樁,而且不同土層中提鉆的速度不應一樣,砂性土、粉土、粘性土中提拔速度宜為1.2-1.5m/min,在淤泥質(zhì)土中應適當放慢。樁頂標高應高出設計標高0.5m。
CFG樁施工造成對周邊環(huán)境的共同影響是容易造成周圍地面的明顯變形和開裂,故應合理安排樁的施工順序和施打速度,盡量減少土的側(cè)向擠壓和隆起對已施工樁和周圍地面的影響。在軟土中應選用較大樁距,并采取隔樁跳打方法,有條件時可設置止水帷幕,隔斷施工區(qū)間對周邊場地的影響。由于施工排土和運輸易造成對環(huán)境的污染,在日益加強環(huán)境保護的當今尤其應引起足夠重視,工地應及時遮擋和覆蓋,防止產(chǎn)生揚塵。運輸過程中應符合當?shù)丨h(huán)境保護的要求。
六、存在問題的討論
1、 關于抗震設計問題
豫建設標【2008】57號文中要求對復合地基進行專項審查的依據(jù)之一是《房屋建筑工程抗震設防管理規(guī)定》(建設部令第148號)第九條:“采用可能影響房屋建筑工程抗震安全,又沒有國家技術標準的新技術、新材料的,應當按照有關規(guī)定申請核準。申請時,應當說明是否適用于抗震設防區(qū)以及適用的抗震設防烈度范圍”。雖然當前CFG樁復合地基的設計、施工、檢測的具體要求早已列入了《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79),但規(guī)范并未說明其適用的抗震設防烈度范圍,且廣泛采用CFG樁復合地基處理方案的多數(shù)地區(qū)至今未經(jīng)受過強震的檢驗。由CFG樁加固了的復合地基如何傳遞水平地震力也缺乏有說服力的研究成果。故將CFG樁用于高層建筑,與一般的鋼筋混凝土樁相比,究竟抗震性能如何尚不知曉。但起碼在抗震不利地段,抗震設防烈度為8度及以上地區(qū)均應慎用。
2、與《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)的銜接問題:
現(xiàn)行《巖土工程勘察規(guī)范》和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》均明確對濕陷性黃土分布區(qū)應執(zhí)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)。我國是濕陷性黃土廣泛分布的國家。該規(guī)范未明確勘察等級和設計等級的劃分標準,而是根據(jù)其重要性,地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限值的嚴格程度將建筑物分為甲、乙、丙、丁四類。但其設計等級和勘察等級如何與其他規(guī)范銜接并無相關說明。其中高度大于60m和14層及14層以上體型復雜的建筑均已劃入甲類建筑范疇。由于劃為甲類建筑的地基處理要求從嚴,不允許剩余濕陷量的存在,或要求采取樁基礎穿透全部濕陷性黃土層。因此凡劃為甲類的高層建筑采用CFG樁復合地基方案時,首先應進行地基處理消除濕陷,然后才能施工CFG樁。故對大量高度大于60m(約20層),采用CFG樁復合地基的高層建筑是否均需要進行專項論證值得商榷,審查的范圍不宜太濫。
3、 某些層數(shù)不足30層,但高度接近100m,基底平均壓力接近500Kpa的商業(yè)建筑,應要求作專項審查。
此類建筑雖為數(shù)不多,但由于高度大,基底壓力也大,故采用CFG樁復合地基方案時,應比照文件要求進行專項審查。如丹尼斯商業(yè)綜合體2號樓地上18層、地下3層,地上高度92.39m,基底平均壓力483.8Kpa,采用CFG樁復合地基筏板基礎,即應要求作專項審查。