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陈伟平
（广东粤水电勘测设计有限公司，广东 佛山 528000）
现行《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（以下简称《设计规范》）变形计算方法采用分层总和法[1]，其主要特点是基底压力为线性分布，用弹性理论计算基底中心点下的附加压力，地基只发生单向沉降即土处于侧限应力状态，只计固结沉降不计瞬时和次固结沉降，并根据荷载和地基条件进行修正[2]。分层总和法计算变形存在某些问题，如土的变形参数均来自室内土样试验，室内土样由于取样的扰动而与实际现场土有一定差异，尤其是结构性较强的硬土。现行《地基处理技术规范》JGJ79-2012（以下简称《技术规范》）复合地基的沉降计算经验系数ψs为0.2～1.0[3]，最大值为最小值的5 倍，波动幅度很大。依据理论以及分析，压缩模量大于变形模量，实际沉降量应大于按压缩模量计算的沉降量，理应在压缩模量法计算结果上乘以一个大于1 的数来修正。实践经验表明，要乘以一个小于1 的沉降计算经验系数ψs，只能说明取样扰动后室内的压缩模量小于变形模量，与理论相反，且越硬的土扰动影响越大，所乘经验系数越小。
采用复合地基技术可提高地基承载力，减小地基变形。在深厚软弱地基上应用复合地基技术具有良好的经济和社会效益。深厚软土地基区建筑工程事故不少是源于沉降过大，尤其是不均匀沉降过大。实际上不少工程采用复合地基主要目的是提高地基承载力和减小变形量，因此复合地基变形计算在设计中具有重要地位。附加压力和压缩模量是复合地基变形计算的两个重要参数，准确计算复合地基压缩模量的提高系数对复合地基变形计算及工程造价控制具有重要意义。
目前复合地基变形计算仍采用以分层总和法为基础的经验方法。根据《技术规范》第7.1.7 条，复合地基变形计算应符合《设计规范》的有关规定，地基变形计算深度应大于复合土层深度。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[3]：
式中：fspk-复合地基承载力特征值（kPa）；
fak-基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）。
按照《技术规范》第7.1.7 条，当复合地基涉及多层土时，在计算下层土压缩模量提高系数ζ2时直接采用等于上层土压缩模量的提高系数ζ1。实际上这只是近似做法[4]。通过对比发现，如果单独计算复合地基下层土压缩模量的提高系数ζ2=fspk2/fak2，计算结果与采用ζ1计算有差别，如果复合地基上下分层土参数差异大则差别也大，不容忽视。
1.1 单桩型复合地基
以某工程单一水泥搅拌桩复合地基为例进行分析。建设场地地势较低且平坦，按照规划设计地面标高要求，整个场地平均需大面积填土2 m。回填土重度18 kN/m3，地下水位在平整后的自然地面以下2 m。根据地质勘察报告，土层分布自地面以下为：①0～3 m 为粉质黏土，压缩模量Es=4.5 MPa，承载力特征值fak=100 kPa ；
②3～13 m 为 淤 泥 质 土，Es=2 MPa，fak=60 kPa ；
③13～16 m 为粉质黏土，Es=5.5 MPa ；
16 m 以下为泥岩(见图1)。为减少大面积填土产生的地面沉降，在填土前拟采用水泥搅拌桩对地基进行处理。搅拌桩桩径d=500 mm，桩长13 m，桩顶高程与地面平齐。要求采取地基处理措施后淤泥层在大面积填土作用下的最终压缩量最大值控制在30 mm 以内。试计算水泥搅拌桩中心距（填土区尺寸远大于地基压缩层厚度，沉降计算经验系数ψs取1.0）。
图1 地层剖面参数
解法1：计算下层土的压缩模量提高系数ζ2时，按规范取等于上层土压缩模量的提高系数ζ1。
据《技术规范》第7.3 节，计算如下：
（2）处理后桩间土承载力特征值fsk取相应土层的fak。
通过对比上述计算结果发现，同样是按控制变形设计，面积置换率m1/m2=0.177/0.106=1.67，即按规范的解法1 计算的搅拌桩数量比按解法2计算的数量多三分之二，地基处理费用差别大，对工程造价影响较大。
1.2 有黏结强度的桩与散体材料桩组合复合地基
以某工程有黏结强度的桩与散体材料桩组合的复合地基为例进行分析。根据地质勘察报告，某工程场地地层分布及参数如图2 所示，已知基础埋深2.0 m。设计单位拟采用挤密碎石桩（图3 中2 号桩）挤密浅层，桩长4.0 m，桩径d=500 mm，正方形布置，间距1.2 m；
深层拟采用CFG 桩（图3 中1 号桩），桩长10.0 m，桩径d=500 mm，矩形布置，间距sx=1.2 m，sy=2.4 m。已知碎石桩复合地基桩土应力比n=3，CFG 桩的单桩承载力发挥系数λ=0.8，仅由碎石桩组成的复合地基桩间土承载力发挥系数β=1.0。图2 中第②层土经碎石桩挤密处理后fsk=80 kPa，摩阻力qs=8 kPa。试计算第②、③层土加固后复合地基的压缩模量。
图2 地层剖面参数
图3 地基处理平面布置
解法1：计算下层土压缩模量提高系数ζ2时，据规范取等于上层土压缩模量的提高系数ζ1。
（1）长桩为有黏结强度桩，短桩为散体材料桩。
（2）长短桩复合地基承载力特征值计算
原第②层土摩阻力qs=4 kPa，fak=60 kPa。经碎石桩挤密处理后fsk=80 kPa，摩阻力qs=8 kPa。计算CFG 长桩时第②层土力学参数应采用经碎石桩挤密处理后的参数。一般情况下，由CFG 桩身强度确定的单桩竖向承载力特征值比由土对桩计算的承载力特征值大得多，二者比较取小值，即CFG 桩单桩竖向承载力特征值由土对桩计算的竖向承载力特征值确定。
解法2：单独计算下层土的压缩模量提高系数ζ2，复合地基承载力仅考虑CFG 长桩加固后的第②层土的复合地基承载力。
仅由长桩加固后的复合地基承载力特征值：
注意解法2 计算fspk2时未考虑挤密碎石桩（短桩）作用，即计算Ra时第②层土摩阻力取原土参数，qs=4 kPa，fsk=fak=60 kPa。主要是因为第③层土压缩模量提高系数ζ 直接采用第②层土的ζ，故计算第②层土的ζ 时不能再考虑挤密碎石桩（短桩）作用，否则计算的第②层土的ζ 不能反映第③层土的真实情况[4]。
解法3：单独计算下层土的压缩模量提高系数ζ2，复合地基承载力取仅考虑CFG 长桩加固后的第③层土的复合地基承载力，fsk取第③层土的fak=150 kPa，不考虑挤密碎石桩（短桩）作用对第②层土力学参数的提高。
本解法计算fspk3时与解法2 一样不考虑挤密碎石桩（短桩）作用，计算Ra时第②层土摩阻力取原土参数qs=4 kPa，但fsk取第③层土的fak=150 kPa。
采用不同土层土力学参数进行对比计算，复合地基下层土的压缩模量提高系数ζ 三种解法的结果分别为2.54、1.75 和1.26，差别较大。即在相同附加压力作用下按解法1 计算的压缩模量提高系数约为解法3 的两倍，按解法1 计算第③层土层的变形量只有解法3 的约一半，其差距不能忽视。
本案例复合地基地层上软下硬，fak1＜ fak2，与解法3 相比，按规范解法1 计算的变形量显然是偏不安全的。反之，如果复合地基地层上硬下软，fak1＞ fak2，如1.1 节所述，按规范计算的变形量是偏保守的。当复合地基上下分层土参数差异不大时，则计算结果差异也不大。
当复合地基为多层土时，现行《技术规范》在计算下层土的压缩模量提高系数ζ2时，取等于上层土压缩模量的提高系数ζ1。实际上这只是近似做法。如果单独计算下层土压缩模量的提高系数ζ2=fspk2/fak2，会发现计算结果与采用ζ1计算有差别，当复合地基上下分层土参数差异大时计算结果差别也大，不容忽视。
综上所述，当复合地基上硬下软时，按规范法计算复合地基压缩模量提高系数是偏保守的；
当复合地基上软下硬时，按规范法计算复合地基压缩模量提高系数是偏不安全的；
当复合地基上下分层土参数差异不大时，两种方法计算结果差异也不大。因此，建议规范中的沉降计算经验系数ψs考虑复合地基上下分层土参数差异程度的影响，以便变形计算结果更符合实际。
不同地区土的特性、工法试验结果以及工程经验对计算结果影响较大。仍需积累经验，改进复合地基变形计算方法，以达到理论计算与实测结果大致相符、安全性和经济性兼顾的设计目标。
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