柬埔寨国家体育场工程概况详见文献[1]，本文主要对柬埔寨国家体育场的地基基础设计进行介绍。柬埔寨国家体育场地基基础设计等级为甲级，主体结构基础均采用桩基方案，对液化沉陷不敏感，可不考虑地基液化的不利影响。本项目所有基桩均采用后注浆钻孔灌注桩，桩端桩侧复式注浆。后注浆可以大幅度提高基桩的承载能力，减少桩顶沉降量^[2,3]。

　　 根据勘察报告，本工程整平后的场地地形平缓开阔，无各种不良地质现象，属较适宜场地。场地表层为1.2～4.6m厚的新近回填的河砂，未经压实;其下有2～3m厚、平面分布较广的粉质黏土硬壳层;再下为厚度较大的粉质黏土夹粉土和粉细砂层，局部夹淤泥质软土，属软弱地基土层。且由于场地很大，又处在湄公河与洞里萨河交界处，因此本场地地质条件复杂，土层变化很大。

　　 建筑场地类别为Ⅱ类，属建筑抗震条件一般地段。柬埔寨远离地震活动带，至今无地震历史记载，无抗震相关的设计规范或相应规定。其抗震设计参照当地的工程经验，按地震设防烈度6度进行抗震设防，设计基本地震加速度值为0.05g。

　　 场地地表水主要为原始沟塘积水。地下水类型主要包括上层滞水、承压水及基岩裂隙水三类。环境水对混凝土和钢筋均具微腐蚀性，地基土对建筑材料具微腐蚀性。

　　 体育场场地南侧基岩层面起伏不大，风化层厚度分布较均匀，属均匀地基段;其他区域基岩面起伏较剧烈，风化层厚度变化大，属不均匀地基段。各土层分布及特征见表1。

　　 运动场地面使用荷载为5kN/m²，设计方案采用强夯进行地基处理。强夯前在原有地面上回填河砂，并掺加碎石，分层碾压密实。为避免破坏硬壳层，强夯时尽量采用小夯击能，先满夯，再点夯。为确定回填材料、落实最佳夯击能，进行了试夯。4个试验区编号为S1～S4，每块试夯区面积400m²，并对试夯区强夯效果进行浅层平板静载荷试验检测，检测结果见表2。

　　 从检测结果看出，夯击能为1 000kN·m满夯后，2 000kN·m点夯比3 000kN·m点夯地基承载力特征值要高，说明本场地大夯击能对于早期未经压实的饱和粉细河砂夯实效果不好，不适用大夯击能。另外，同一夯击能下，回填材料不同对试夯区检测的地基承载力特征值无明显影响，主要是由于早期回填粉细河砂未掺加碎石，控制夯击效果的是早期回填土不是后期掺加碎石的回填土导致的。

　　 控制处理后的地基压缩模量约为10MPa，地基承载力特征值f_ak不小于200kPa。对填土层进行处理后，与原有硬壳层形成不小于8m厚度的叠合硬壳层，共同承担地面荷载。

　　 由于运动场外地基变形要求不高，地基处理采用25t的自行式重型振动压路机碾压，处理后地基承载力特征值不小于150kPa，地基压缩模量不小于8MPa。该指标亦能满足普通运动场地使用要求，考虑到柬埔寨国家体育场的重要性和振动碾压影响深度不足以将全部回填土密实，所以对运动场地面回填土采用更高的要求标准。

　　 看台桩基桩径为800mm，斜柱承台下桩基应考虑抗拔承载力。由于场地土层变化较大，桩端持力层类型较多，分别为第(5)_-1强风化泥质粉砂岩(图1(a))、第(6)_-2中风化石英砂岩(图1(b))、第(7)_-2层中风化砂岩(图1(c))。桩长为13～39m，主要桩长在30m左右，相应单桩承载力特征值见表3。

　　 场区北侧条带状分布的泥盆系石英砂岩南北两侧分别发育有断裂构造F1,F2，主断层面分别为泥盆系石英砂岩与志留系砂岩、石炭系泥质粉砂岩分界面，见图1(b)。第(6)_-2中风化石英砂岩下伏强风化砂岩，局部含泥岩夹层，其强度均比中风化石英砂岩低;对断层附近的桩进行施工勘察，确保桩端持力层为第(6)_-2中风化石英砂岩时，桩底之下的中风化石英砂岩厚度不小于5m。

　　 经复核，所有中风化区域桩基沉降很小，可以不考虑;以(5)_-1强风化泥质粉砂岩为持力层区域的桩基总沉降量为12mm，最大沉降差为7mm(7mm/柱距=1.167‰<2‰)，满足规范规定的沉降量及沉降差要求，计算的看台基础沉降见图2。

　　 体育场南北人字形索塔为两肢，每肢下独立布置群桩桩基，在索塔两单肢桩基承台间设置500mm厚平衡筏板，将二者连成一个整体。平衡筏板将其范围内的看台桩基与索塔桩基相连，增加索塔基础抵抗水平力的基桩数量，将索塔基础承载能力提高了约37%。以北索塔为例桩基布置见图3。索塔桩基承台厚2.5m，承台顶标高-2.000m，桩径800mm，每肢承台下布置46根桩。北索塔持力层为(5)_-2中风化泥质粉砂岩(图1(d))，南索塔持力层为(7)_-2中风化砂岩(图1(c))。

　　 在水平力作用下，桩土共同作用性状比较复杂，基桩水平承载力与桩身和地基土参数密切相关。索塔承台较厚，考虑桩顶固结作用，桩顶允许水平位移取10mm，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)(简称桩基规范)^[4]配筋率不小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力公式(5.7.2-2)，确定桩径800mm的基桩水平承载力特征值为500kN。单桩竖向承载力特征值见表4。

　　 另外，索塔基础在索塔施工过程(4(a))和使用阶段(图4(b))受力变化很大，图5为不同阶段点基础基底反力变化曲线。由于索塔为斜塔，随着施工索塔高度增长，索塔基础承受的重力和弯矩都在增加，到环梁施工完成时，索塔两肢与环梁相互作用，对索塔基础产生扭矩，到索塔两肢合拢，重力、弯矩、扭矩不断增加，张拉开始时，斜拉索给予索塔反向拉力(相对索塔自重而言)，从而抵消索塔自重产生的内力。设计过程中考虑不同阶段，对索塔基础进行包络设计。

　　 索塔在施工过程中，随着环梁连接索塔双肢和索塔双肢合拢，导致索塔桩基产生较大扭矩(图4、图5)，从而使桩基水平力增加。

　　 在索塔两肢桩基承台间设置现浇钢筋混凝土平衡筏板，同时设置非对称预应力，以此平衡水平力和扭矩，见图6。设置平衡筏板前后单桩水平力变化见图7(设置平衡筏板后，桩基布置进行了一定的调整;图中的圆圈表示桩位，可见设置平衡筏板前后，单桩最大水平力发生了较大的变化，同时产生单桩最大水平力的位置也发生了变化，单桩最大水平力由670kN降为343kN，降幅为49%，最大水平力产生的位置由图7(a)的左上角变为图7(b)的左下角;同时，群桩水平力也大幅降低，降幅为46%，受力更均匀。

　　 索塔基础最初方案为承台下均匀布桩，承台下部分桩不能完全发挥作用，对其进行优化改为不等间距布桩^[1]。在ABAQUS软件中分别采用实体单元模拟索塔及承台、壳单元模拟平衡筏板、弹簧单元模拟桩对索塔及基础同步分析，同时用YJK软件进行校核。根据桩基规范，单桩水平刚度及竖向刚度分别为113 000kN/m及452 000kN/m。最不利工况下单桩受力如图8及图9所示。可以看出，在施工阶段及使用阶段，单桩竖向抗压承载力、抗拔承载力(图8(b)中负值)、水平承载力均满足要求。

　　 连系索塔两肢的平衡筏板受力极其复杂，在最不利荷载组合(1.35恒+0.98活+0.84降温作用)下，其X向单位长度力、X向单位长度弯矩以及Y向单位长度弯矩分布如图10所示。可见，平衡筏板X向水平力极不均匀，水平力基本呈线性分布。设计时平衡筏板不均匀X向水平力通过施加非对称预应力来抵抗(图11)，覆土产生的弯矩则由普通配筋来抵抗。

　　 体育场南北索塔均设置背索，背索基础设计时，背索的竖向拉力主要由承台自重承担，桩基抗拔作为辅助和安全储备;背索的水平力主要由桩承担，少部分由承台正面土压力抵抗，承台底面与土的摩擦力不计入，作为安全储备。

　　 根据受力情况，斜桩方案对于抵抗背索水平力最为有利;但考虑场地地下水水位和土层分布情况，斜桩成孔困难，易塌孔，施工难度大。经比较，采用常规竖直桩基方案。桩水平承载力发挥作用最大的是桩顶以下5d(d为桩径)范围内，根据土层情况，使桩顶标高与硬壳层粉质黏土层顶保持一致。根据表5，增大桩径可较大幅度提高单桩水平承载力，最终桩径确定为1 000mm。

　　 背索桩基承台平面尺寸15m×24m，每个承台下布设32根桩，桩布置与承台大样见图12。

　　 根据地勘结果，背索承台高度范围内为新近回填的松散河砂，对承台约束作用弱。为增强承台周侧约束，将承台周侧一定范围内土层用级配碎石换填，对其注浆形成密实块体，并在注浆体表面浇筑200mm厚钢筋混凝土。承台周侧浇筑混凝土，从而在背索承台周围形成巨型封闭注浆体，对承台有很强的环箍作用，并防止水进入其内部。承台周侧注浆体做法见图13。

　　 现行规范对背索基础此类结构水平及竖向抗力的安全系数没有明确规定，参照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)^[6]对于挡土墙抗滑移稳定计算的规定，水平受力安全系数取1.3。

　　 注浆体对背索承台的作用表现在静止土压力和被动土压力上。静止土压力作用于承台周侧，而当承台在背索施加力作用下产生一定的水平位移时，其正面承受被动土压力作用。

　　 对注浆体在被动土压力作用下的破坏分析如图14所示，假定BC为最不利滑动面，ABC为最不利滑动楔体，承台侧面竖直，则墙背倾角ε=0;承台侧面光滑，则δ=0;承台侧土表面水平，β=0，则角度α可通过下式求得:

　　 取=15°，可得

　　 式中:δ为土对挡土墙背的摩擦角;β为墙后填土面的倾角;为墙后填土的内摩擦角。

　　 9.5m即为承台侧需要注浆加固的土体宽度。考虑注浆体整体性较好，并辅以安全储备，承台受压侧注浆体宽度最终设计取为15m，其他三侧宽度取5m。

　　 背索的竖向分力主要由承台自重和桩基抗拔承担，桩按群桩整体破坏和非整体破坏两种模式考虑。背索竖向分力平衡分析见表6。

　　 背索水平分力主要由桩基承担，少量水平分力由承台与土相互作用承担。承台与土相互作用分为静止土压力、被动土压力、注浆体摩擦力等，其中注浆体摩擦力又分为考虑水浮力和不考虑水浮力两种情况。其中，被动土压力形成条件是土体变形较大，约为承台高度的5%～10%，即200～400mm，远不符合罩棚体系的位移控制指标，因此不作为控制指标，当罩棚整体张拉后，注浆体与承台相互作用介于静止土压力和被动土压力之间。另外，由于采取对注浆体措施进行封闭，场地水浮力很小或者不存在。背索水平分力平衡分析见表7。

　　 采用YJK软件对背索桩基进行验算，并采用ABAQUS软件对背索承台内力进行校核。

　　 背索竖向分力主要由承台自重平衡，但由于背索承台在自重作用下会发生弹性变形，桩的竖向力分布并不均匀，靠近背索的部分桩承受拉力，而承台两端远离背索的桩承受压力，具体桩顶竖向力分布见图15。

　　 背索承台有限元分析结果如图16所示。可见，承台在背索锚固区出现了较大的拉应力，因此，除在承台表面配置钢筋外，需在承台内部配置竖向抗拉分布筋。

　　 (1)该项目场地范围大，地质条件较为复杂，主体结构均为桩基，采用800mm和1 000mm直径钻孔灌注桩，并采用后注浆工艺提高基桩的承载能力，减小桩顶沉降量。

　　 (2)该项目索塔基础在施工阶段、张拉成形阶段和正常使用阶段受力情况变化较大，在设计时考虑不同工况对其进行包络设计。

　　 (3)索塔两单肢桩基承台间设置500mm厚平衡筏板，并在承台中布置预应力钢筋，可以有效抵抗基础所受扭矩和水平力，从而大幅减小基桩水平力。

　　 (4)背索基础受力可以分解为水平和竖向拉力，除对桩基进行设计外，另采取加强承台周侧土体等多种措施保证以基础安全。