复合地基运用（通用8篇）
复合地基运用 篇1
1. 引言
现浇桥梁软基加固处理的方法有很多, 对于一般旱桥采用换填法, 对于跨河现浇桥梁则采用临时钻孔灌注桩法或围堰换填法等, 通过在地基中形成竖向或水平向增强体, 组成复合地基以提高地基承载力, 减少沉降。其中松木桩结合换填法以其工艺简单、施工方便等特点在江浙一带的地基处理中得到广泛应用。但目前在《建筑地基处理技术规范》、《建筑地基基础设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》等技术规范中均未提及, 其设计计算一直未完善, 有待进一步深入研究。本文根据松木桩加固机理的特性, 并结合多年的实践经验, 论述了松木桩复合地基的设计方法。
2. 松木桩复合地基处理设计和计算
为了便于理解, 现通过一个工程实例来计算松木桩复合地基的承载力。
2.1 工程概况
台州经济开发区滨海工业区块东二路鲍浦河桥跨越现状的鲍浦河, 河宽约25m, 水深2.0m左右, 水流平缓。河流南侧为果园, 北侧为窑场。桥梁下部采用钻孔灌注桩基础, 箱型桥台, 上部设计为现浇预应力砼箱梁, 箱梁断面为单箱16室直腹板等截面构造, 梁顶宽度56.4m、梁高2.0m, 底板宽51.6m, 两侧悬臂长2.4m。地勘报告显示, 该项目河中地层分布, 由上至下主要为:淤泥质粘土、淤泥、淤泥质粉质粘土、粘土、粉质粘土及粉砂。
2.2 地基处理方案
设计图纸中在河中采用钻孔灌注桩进行桥梁支架搭设的基础, 经过综合比较后, 我们计划采用围堰换填结合松木桩进行地基处理:围堰抽水、清淤后换填60cm塘渣, 下铺一层脚手片, 20cm C25素砼, 河中2.0×2.0m、两边1.5×1.5m范围内φ16cm松木桩9根。D1000钢筋混凝土管临时立柱作为支撑, 内填素砼, 横向间距6米, 纵向9.5米作为支撑, 顶上预埋钢板, 为加强承载力, 同时在临时立柱下的2.0×2.0m (河中间) 、河边1.5×1.5m范围内打设9根6m长的松木桩。
2.3 荷载计算
由于桥面较宽, 整个箱梁计划分成左右两幅施工, 中间设置湿接缝, 右副为九箱 (宽32.6m) , 左幅为七箱 (宽23.8m) 。根据《路桥施工计算手册》混凝土竖向荷载分为以下几个部分:施工荷载主要由钢筋混凝土自重、模板自重、贝雷片自重、施工荷载、砼振捣荷载、其它荷载构成 (根据实际情况不考虑) 。
下面以右副九箱 (宽32.6m) 为计算示例, 相应地布置6个临时墩柱进行计算。
(1) 总体荷载计算
(1) 新浇筑钢筋砼箱梁自重 (钢筋砼密度采用2.6t/m3)
取均值:q=1723.4×2.6÷40÷56.4×32.6=64.8t/m
(2) 纵梁贝雷片自重:0.287÷3×29=2.774t/m
(3) 模板自重:包括内模、外模、方木以及其它
模板自重合计取:3.5t/m
(4) 施工人员和施工材料机具等行走运输或堆放荷载:
每平方取1.5KN/m2, 则32.6×1.5×0.1=4.89t/m
(5) 振捣砼时产生的荷载:32.6×0.2=6.52t/m
(6) 每根临时立柱顶承受贝雷片重量:2.87t
(7) 每根临时立柱自重 (立柱长2.5m) :5t
(2) 验算临时立柱下的基础强度验算
根据地质资料显示, 在6m长的松木桩的范围内从上到下为2—1淤泥质粉质粘土约1.0m (承载力70KP) 和3—1淤泥质粘土5.0m (54KP) 两层。
由于松木桩打设范围在2.0×2.0m范围内, 假设此范围内的20cm砼层为临时柱的矩形基础。根据《公路桥涵地基及基础设计规范》, 石渣层比下部的软弱层有较大的变形模量和强度, 那么基础底面的压应力将通过石渣层的扩散作用分布到更大的面积。
2.0×2.0m范围内基底承载力为:
R实=Q3/A=138.57×10÷2.02=346KP
则临时柱上的力沿25°左右的角度扩散传递, 传递到石渣下面层时的矩形面积约是4.6×4.6m2的范围。石渣层底面的应力值按下式计算:
Pok=b L ( (pk-GK) ) / (b+2Ztanθ) (L+2Ztanθ)
式中:Pok——垫层底面处的附加压应力标准值 (KPa)
b——矩形基础底面的宽度 (m)
L——矩形基础底面的长度 (m)
pk——基础底面处的压应力标准值 (KPa)
GK——基础底面处的自重压应力标准值 (KPa)
Z——基础底面的厚度 (m)
θ——垫层的压力扩散角
Pok=2.0×2.0{346- (4.62×0.6×1.7+22×0.2×2.5) ÷4.62}/ (2.0+2×0.6tan250) 2=206KPa
(1) 单桩承载力特征值计算:
本工程松木桩起的作用原理主要有两点:一是挤密桩间土, 二是靠桩本身的承载力, 以加强地基承载力。目前复合地基的公式较多, 结合工程实际经验, 其松木桩的单桩承载力特征值可参照柔性桩复合地基计算公式进行计算:
Ra=u∑qsili+aqp Ap
式中:u——桩身平均周长 (m)
qsi——桩周第i层土的侧阻力标准值 (KPa) (查地质资料并结合《公路桥涵地基及基础设计规范》选用)
li——桩穿越第i层土的厚度 (m)
a——桩端天然地基土的承载力折减系数, 一般取0.75
qp——桩端地基土的承载力标准值 (KPa) (查地质资料)
Ap——桩端截面积 (m) 2
将已知条件代入上式, 得:
Ra=u∑qsili+aqp Ap
=3.14×0.16 (1.0×25+5.0×25) +0.75×52×3.14×0.082
=76.1KN/根
(2) 单位面积松木桩数:
n=R实/Ra=163÷76.1=2.1根/m2则2.0×2.0m2范围内需打设松木桩n总=2.02×2.1=8.4根。
实际上在2.0×2.0m2范围内打设9根松木桩是满足要求的。
(3) 复合地基承载力计算:
软弱地基经松木桩处理后实际形成复合地基, 其承载力标准值按下式计算:
fspk=m Ra/Ap+β (1-m) fsk
式中:fspk——复合地基的承载力标准值 (KP)
m——面积置换率
Ap——木桩的截面积 (m2)
fsk——桩间天然地基土的承载力标准值 (KP)
β——桩间土承载力折减系数, 取β=0.8
Ra——单桩竖向承载力标准值 (KN)
m=9×3.14×0.082÷2.02=0.045
Fspk=m Ra/Ap+β (1-m) fsk
=0.045×76.1÷ (3.14×0.082) +0.8× (1-0.045) ×52
=210.1KP>R实=206KP, 满足要求。
3.结语
地基处理和桥梁支架搭设完成后, 在桥梁支架预压阶段, 发现加固效果比较理想, 其沉降量都在规范的允许范围内, 满足了地基变形控制的要求。因此, 松木桩复合地基加固的效果和工程质量是安全、可靠的。实践证明, 松木桩处理软土地基具有施工工艺简单, 处理效果明显, 材料来源广泛, 施工速度快、工程造价省等优点, 对于跨河桥梁地基处理具有一定的推广应用价值。
探讨长短桩复合地基的实际应用 篇2
【关键词】长短桩复合地基；高层建筑；液化地基；承载力；沉降
长短桩的复合地基指的是利用两种以上的不同长度竖向的增强体以及桩体来增强地基土层，提升地基荷载能力的一种地基处理措施。这种措施不但能够有效的解决土层液化现象严重的问题，还能够对复合地基的承载力以及沉降进行改善。这一施工技术是近新兴的复合地基处理技术。在使用长短桩复合地基技术进行施工的过程中，其长短桩主要是通过不同材料制造而成，再将不同桩体进行组合。下文主要对使用CFG桩体来与碎石桩进行长短不同的组合，将其应用到液化土层中的案例进行了研究。
0.工程概况
我国某处的商住楼整体的结构形式双子塔楼结构，这种结构美观别致，平面形状为矩形。每个塔楼的长度和宽度均为39米，地上部分为24层，其中四层办公楼，20层住宅楼，地下为1层。主楼的主要建筑结构形式为剪刀墙结构，以筏板为基础，板底较高。基础第三层为粘土层，主要是在这一层添加筏板，地下水约在地下一米处。由于这种地质结构本身的特点，天然的承载能力不能满足主楼的承重量，因此需要对整个地基进行加固处理，处理的方式是采用碎石桩和cfg桩相结合的复式地基形式。其中碎石桩的直接在40厘米，长度需达到9米左右，桩端处于粉砂层内，CFG桩的直径也在40厘米范围内，但长度需要达到13米，也处于粉砂层内。这两种桩体均采用三角形的布置结构，要形成一定的间距。
1.工程地质条件及长短桩复合地基设计
1.1工程地质条件
根据场地的具体情况和基本的勘查数据得知，这块场地地势平坦，适合用于塔楼的建筑，同时该场地的地势结构为冲击平原结构，受力程度比较均匀，承载能力较好。
1.2长短桩复合地基的设计计算
在桩体的长短设计上，首先需要对现场的环境进行勘查，提出合理的设计方案。需要注意的是，碎石桩复合地基的承载能力在120kpa范围内，而cfg桩的承载力的最大限度为550kN，碎石桩加CFG桩复合地基承载力特征值不小于308kPa。因此两者在复合时，需要考虑到极限设置。
1.2.1复合地基承载力设计计算
复合地基承载力计算公式为：
公式中：m1、m2分别指的是长桩体与短桩体这两者之间所存在的置换率；β1、β2则分别指的是端庄体桩体之间所存在的强度折减数值；Ra1、Ra2主要指的是长桩体、短单桩这两个竖向桩体承载能力的特征值，该数值主要是通过桩身的强度所决定的单桩承载力以及静载承载力来确定。Ap1、Ap2这两个数据主要指的是长桩体与短桩体这两者的截面面积；fspk、fsk主要指的是复合地基以及桩间土这两者自身所具有的承载力特性。
本工程中，经过优化设计，整个基础桩位平面布置为正三角形布置， 桩距均为1200mm，长桩、短桩的置换率均为m1=m2=0.101。
（1）CFG单桩竖向承载力特征值及单桩复合地基承载力特征值计算。
单桩竖向极限承载力公式为：
Ru=up∑qsili+Apqp （2）
相应的单桩竖向承载力特征值：
Ral=jRu/2=661.1 kN/2=330.6kN。
CFG单桩复合地基承载力特征值计算公式fspkl为：
fspkl=344.9kPa。
（2）碎石桩设计：设碎石桩复合地基承载力特征值f′spk=120kPa，
由式（4）计算得Ra2=26.3kN。
式中：f′spk为碎石桩处理后地基承载力特征值。
（3）长短桩复合地基承载力特征值计算：
将计算结果代入公式（1）得352.2kPa，此处β1、β2均取0.8。满足原设计要求。
1.2.2复合地基沉降计算
（1）计算简图。
沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：长短桩区域H1、长桩区域H2、下卧层区域H3。基础底面处的附加压力为P0=283kPa。
（2）沉降计算。
长短桩复合地基的沉降由三部分组成，即S=S1+S2+S3。在工程实践中，对每部分的沉降计算可采用现行建筑地基基础设计规范中建议的方法进行计算。长短桩复合地基沉降公式为：
式中：Sc为计算沉降量；SH1为H1区域的计算沉降量；SH2为H2区域的计算沉降量；SH3为H3区域的计算沉降量；ψ为沉降计算修正系数；P0为基础底面处的附加压力（kPa）；Espi为天然土层与桩形成的复合模量或天然土的模量值；Zi、Zi-1分别为基础底面至第i、i-1层土底面的距离（m）；ai、ai-1分别为基础底面计算点至第i层土底面范围内平均附加应力系数；n1、n2、n3分别为H1区域、H2区域、H3区域内土层数。地基处理后的变形计算按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定执行。
H1区域的复合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[3]确定：
H2区域内的复合压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ1倍，ζ1值可按下式[6]确定：
式中：fak
为基础底面下天然地基承载力特征值；fspkl
为CFG单桩复合地基承载力特征值。地基沉降计算深度Zn根据规范应满足下列条件：
由该深度向上取1m所得的计算沉降量ΔS′n应满足下式要求：
ΔS′≤0.025ΔS′（8）
根据规范计算到第9-1层底满足沉降计算要求，得总沉降为：
SC=ψ（SH1+SH2+SH3）=0.2×251.05=50.2mm
式中：ψ为沉降计算经验系数，由压缩模量的当量值Es=25.74 MPa 查《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中表确定。
1.3复合地基检测试验
1.3.1检测内容
（1）碎石桩桩体动力触探检验和桩间土标准贯入检验。
（2）CFG单桩竖向载荷试验。
（3）碎石桩复合地基载荷试验。试验载荷板尺寸为1.21m2，碎石桩单桩复合地基承载力p-s曲线。
1.3.2 检测结论
本文案例工程的碎石桩只要是在地面以下的6至7米左右，碎石桩的密度较低，而7至15米的桩体则具有较高的连续性以及密度。在对碎石桩采取一定的措施之后，桩间土所存在的液化现象已经完全解决掉。CFG桩的单桩竖向承载力特征数值达到了275kN之后，其极限值能够达到550kN，完全满足高层建筑的需求。其碎石桩的复合地基承重特征数值也达到了120kPa，复合工程设计需要。
1.4 实测沉降数据与理论计算的对比
通过对整个建成完成的住宅建筑外墙上所不知的15个沉降观测点回馈的数据来看，均匀铺设的观测点数据基本一致。通过多统计的数据图标可以明显看出，在整个住宅建筑的内部装修完毕之后，建筑所呈现出的平均沉降值为48mm，其计算结果完全符合工程设计要求。
2.结语
总而言之，从这个案例中得知，采用碎石桩和cfg桩结合的复合地基技术，可以解决高层建筑中的地基不稳和地基液化的问题，也满足了基本的沉降度。在施工的过程中，还需要考虑科学的方法，考虑到多种参数，提高复合地基的承载能力，确保施工能够保质保量的进行。
【参考文献】
[1]葛忻声，龚晓南，张先明.长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法探讨[J].建筑结构学报，2003（04）.
[2]闫明礼，王明山，闫雪峰，张东刚.多桩型复合地基设计计算方法探讨[J].岩土工程学报，2003（03）.
复合地基运用 篇3
良好的软基处理, 对保障客运安全运营意义重大, 高速公路软基处理属于系统化工程, 施工比较复杂, 需要在施工时兼顾到施工地点的地质环境及土质等因素。为充分减少软土路基整体或局部沉降等病害, 要对地基处理施工技术进行优化。现阶段, 复合地基技术在高速公路软土路基施工中的应用越来越广泛, 为软基处理带来更多方向。
1.软土路基鉴别方法与复合地基技术
1.1 软土路基鉴别方法
(1) 外观:通常情况下, 观察到灰色细粒土, 基本上可以断定为软土路基;
(2) 含水量:这里所指的含水量是指软土的天然含水量, 可通过相关试验进行测定
(3) 强度:利用十字板剪切技术, 来对土质强度进行测量, 进而判定是否属于软土路基范畴;
(4) 孔隙比:指在天然状态下, 软土粒与孔隙之间的体积比, 可通过测量土粒比重、天然密度、含水量开确定孔隙比[1]。
1.2 复合地基技术
在天然地基内部添加钢筋等材料, 即是所谓的复合地基, 能够对天然地基进行有效处理, 使局部土体稳定性得到进一步强化。复合地基由两个部分组成, 一是天然地基, 二是被改良后的地基土体。在荷载力的影响下, 复合地基将承担大部分荷载作用。
2.复合地基技术在高速公路软基处理的应用
2.1 工程实例
以国内某高速公路建设为例, 探讨复合地基技术在高速公路软基处理中的实际应用。该高速公路建设情况详见表1。
本工程地处冲击平原, 软土层广泛部分, 局部缺失, 且分布无明显规律。地质报告显示, 软土层包括两层, 首层软土主要由人工填土、亚粘土、砂性土及岩石风化层。第二层埋深较大, 厚度变化在0.7-15.4m。
2.2 粉喷桩法
通过详细分析及科学论证, 最终决定采用粉喷桩法进行复合地基处理。粉喷桩法能够有效利用压缩空气作用, 充分采用粉体喷射搅拌设备进行钻孔处理, 进而采用粉喷方法将水泥、砂石等固体施工材料喷进需要进行处理软土层内部。粉喷桩法以雾状形式进行喷射, 通过再次搅拌、压缩处理工艺最大程度吸收软土内部水分, 并在此过程中产生一定物化反应, 最终固结软土层, 使其能够承受更大荷载力。应用粉喷桩法, 能够形成性能良好的桩体, 进而增加软土路基的稳定性及强度。另外, 在采用粉喷桩法时, 由于其预压时间较短, 且能够快速形成强度较高的结构体。权威研究认为, 通常含水量在30%左右的软基处理时, 比较适宜采用粉喷桩法[2]。本高速公路建设工程软土层最大含水量为29.6%, 因此适宜采用粉喷桩法进行施工。表2 为粉喷桩法主要控制要求。
2.3 粉喷桩法复合地基处理要点
由于此层沉降发生在近期, 因此工程性质比较差, 受到施工的扰动作用后, 部分软土变成稀泥。根据实际情况, 在采用粉喷桩法复合地基处理方法时, 要从以下几个方面进行质量控制:
(1) 水泥控制:本路段施工过程中, 将水泥用量严格控制在20000 吨之内, 为充分保证施工进度, 并控制施工质量, 要选择质量较高的水泥材料, 并使其固定用在与之对应的钻机上, 防止材料之间发生掺杂。
(2) 桩身控制:施工过程中, 要对粉喷桩身的尺寸进行合理控制, 处理时要严格按照5%-10%左右的频率, 对桩长进行随时检查。检查粉喷桩桩径时, 通常要使用铁锹向下挖10cm左右的深度。
(3) 搅拌控制:软土与水泥的均匀搅拌, 是提高粉喷桩法施工质量的关键, 能够有效保证桩体自身的强度[3]。通过长期实践工作证实, 对粉喷桩进行二次搅拌, 能够有效提升施工效率, 对施工质量具有较大的影响。
(4) 桩径控制:本工程根据实际需要, 将粉喷桩径设计为0.5m, 其桩长则根据具体状况进行科学设计, 长度合理控制在5-10m。根据实际需要, 将粉喷桩平面布置成梅花形状, 并在涵基下、近桥台25m范围内将桩距布置为1.2m, 外桩距则为1.5m。
2.4 碎石桩法复合地基处理要点
本工程部分路段采用碎石桩法复合地基处理方法, 这是由于此路段地下水位相对比较高, 且上部土质主要为亚砂土, 厚度在1.1-1.5m之间, 中部位置在地下水位下部, 粘粒含量>10%, 且厚度在1.9-2.7m之间。下部土质为亚粘土, 厚度3.2-3.7m。根据施工人员科学评估, 认为此段采用碎石桩法进行复合地基处理更为合理, 详细施工控制要点如下:
做好准备工作, 对施工现场进行平整处理, 避免地面、高空相关物体对施工产生不良影响。测量防线, 准确确定桩位。桩机就位后, 要对桩管的位置进行矫正, 检查桩管长度。施工时, 要严格按照“由外向里”的施工顺序进行处理, 相邻的桩位要进行间隔性跳打。振捣、拔管等处理要严格按照施工要求执行, 有效提高桩管, 使其高于地面位置后停振, 移动桩机至另外桩位进行重复性作业[4]。施工过程中, 若发现软土层中存在大量淤泥, 且对正常施工造成影响时, 应及时停工, 并进行对症处理。打桩过程中, 要隔行进行跳打, 避免土层及土体发生严重变形, 同时也防止出现斜孔现象。
3.复合地基技术应用效益分析
高速公路建成后, 经历多次雨水浸泡, 通过对采用粉喷桩法、碎石桩法的路段的连续
性监测, 发现在近三年的使用过程中, 该高速公路路面平整, 软土地基具有较高的稳定性, 桥头、涵头未出现显著的地基下沉情况, 也无明显跳车现象。说明采用粉喷桩法、碎石桩法等复合地基技术处理高速公路软土路基, 效果明显持久, 可在未来相关建设项目中加以推广。在实际工作中, 要重视复合地基技术的关键作用, 并在此基础上结合实际施工情况, 不断对复合地基技术进行完善, 进一步满足高速公路建设需要。
【结束语】
软土地基是公路建设过程中常见的施工问题, 由于其形态复杂多变, 往往对地基处理质量提出更高要求。为此, 在对公路软基实施相应处理时, 需首先结合施工场地质情况, 详细分析施工过程可能出现的风险问题, 进而采取行之有效的处理方法。本文主要对粉喷桩法及碎石桩法复合地基处理方式进行分析, 提示在实际工程中, 要根据实际情况选择施工方法, 保证高速公路路基工程的稳定性, 并减少成本支出, 在保证施工质量的同时, 要兼顾到软土地基处理的经济性。
参考文献
[1]韩史旭征立志.邢衡高速公路软土地基CFG桩处治技术优化研究[D].长安大学, 2012.
[2]洪勤.PTC管桩复合地基在高速公路软基处理中的应用[J].现代交通技术, 2012, 13 (03) :12-15.
[3]张超.管桩复合地基法在高速公路软基处理中的应用研究[J].黑龙江交通科技, 2012, 18 (09) :2-3.
复合地基浅释 篇4
相比之下, 理论的发展却大大落后于实践。自复合地基进入我国, 理论界即很重视, 对复合地基的理论研究投入了大量的人力、物力, 并结合生产实践取得了不少成果。先后有不少学者发表了论文和专著, 还召开了全国性的复合地基学术研讨会, 使人们对复合地基这一新事物有了进一步了解, 对复合地基的实践起着非常重要的指导作用。但是, 理论研究无论在深度和广度方面都不能完全满足实践的需要。深度方面, 理论界至今还不能对复合地基的荷载承受和传递机理进行定量分析。广度方面, 如何理解复合地基, 复合地基如何分类等理论界尚未达成共识。理论界的这种状况不仅不利于复合地基的应用和推广, 也不利于复合地理论的发展。为此, 笔者在研究总结前人研究成果的基础上进一步阐述了复合地基内涵和外延, 并在分析复合地基与地基处理、复合地基与复合桩基的区别和联系后, 对复合地基进行了分类、浅释。
1 从复合地基字面上释复合地基
复合———合在一起, 结合起来。
地基一一承受建 (构) 筑物重量的土层或岩层。详细解释为:承受建 (构) 筑物重量产生应力与应变所不能忽略的土层或岩层。
因此, 从字面上可以从下列三方面理解复合地基:首先.复合地基是一种地基, 属地基范筹, 不能与基础如复合桩基础混为一谈;其次, 复合即必须有一种或一种以上的区别于原土层或岩层材料与之结合在一起, 区别于均质地如天然地基;最后, 复合地基共同承受建 (构) 筑物重量, 区别于单一地基如桩地基。
2 从不同复合地基形式共性认识复合地基
目前, 在工程建设实践中, 被称为“复合地基”的形式非常多, 但能够被工程界和理论界公认的只有下列几种: (1) 砂桩复合地基。在地基中通过振冲 (干振、水冲) 法和填夯法植入砂桩; (2) 碎石桩复合地基。在地基中植入碎石桩。植入碎石桩的方法主要有:干振法、振冲法、强夯法; (3) 灰土桩复合地基。在地基中植入灰土桩。植入方法通常为填夯法; (4) 石灰桩复合地基。在地基中植入生石灰桩。通常采用填夯法植入; (5) 水泥土桩复合地基。在地基中植入水泥土桩。常见的植入方法:深层搅拌法和高压喷射注浆法; (6) 低强度混凝土桩复合地基。在地垫中植入强度不大于C10的混凝土 (包括由水泥、粉煤灰、碎石和石屑拌合而成CFG桩混合料) 桩。植入方法通常有:振动成桩法、填夯成桩法和静力压入成桩法; (7) 横向增强体复合地基。在地基中横向植入钢筋 (带) 或土工织物等材料。常见的植入方法为分层埋入和插入。
上述复合地基形式中不论植入体的材料、植入工艺还是植入体材料和植入工艺, 对原地基土的影响, 差别都很大。但它们都有一个共同的特点:植入体 (砂桩、水泥土桩、土工织物等) 与地基构成一个地基整体, 共同承受上部荷载, 改善了地基承受和传递荷载及变形性能。
3 复合地基的定义及其内涵与外延
通过上述分析, 笔者认为, 所谓复合地基就是由两种或两种以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基。定义中的介质泛指竖、横向植入体、天然或人工压 (夯) 实地层, 它们的作用之一是传递荷载, 因而统称之为介质。
复合地基的内涵即定义的内容, 指由两种或两两以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基。外延即定义的范围, 这里指各种形式的复合地基, 如碎石桩复合地基、CFG桩复合地基、深层搅拌桩复合地基、高压喷射桩复合地基等等。
4 两个与复合地基相关且易混淆的术语
4.1 地基处理与复合地基
地基处理与复合地基关系密切, 但有着本质的区别。首先, 从定义看, 地基处理是指提高地基土的强度、改善地基土的变形性质或渗透性的各种人工处理方法, 是对地基处理过程中各种工法的总称。而复合地基是由两种或两种以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基, 是地基中的一种, 是建 (构) 筑物的组成部分 (其它两部分是基础和上部结构) 。其次, 从设计角度看, 复合地基的任务是设法使地基整体强度和压缩模量满足基础和上部结构的要求, 侧重点在于考虑植入体与基体的协调变形, 充分发挥基体的潜力。地基处理的任务是选择一种或多种地基处理工法, 使得经处理后的地基达到设计所需要承载力和压缩模量。侧重点在于该工法本身的处理效果, 如堆载预压法关注处理后的承载力和压缩摸量, 高压喷旋则关注“桩”本身的承载力和压缩模量。最后, 从它们的联系看, 复合地基通常要经过地基处理, 但经过地基处理的地基不一定是复合地基。例如, 深层搅拌桩复合地基就要采用深层搅拌工法进行地基处理, 而经过堆载预压处理的地基就不是复合地基。
4.2 复合桩基础与复合地基
传统桩基础由于不考虑桩间土分担荷载的作用, 因而不会与复合地基搞混。但自从《建筑桩基技术规范》实施以后, 情况就不同了。该规范中提出了复合桩基础的概念, 复合桩基础与传统桩基础不同之处在于考虑桩间土分担荷载的作用。因此复合桩基础与桩土共同承受荷载的复合地基表面上变得非常相似, 实践中不少人经常将二者混为一谈, 尤其是当桩的强度很髙 (如钢筋混凝土桩) 时, 工程界和理论界关于是复合桩基础还是复合地基的争论更趋激烈。有的认为桩的强度过高导致桩土应力比过大, 不能算做复合地基, 应归类于复合桩基础;有的则认只要考虑桩土共同承受荷载就该叫做复合地基。其实这两种说法都有其片面性。笔者认为是复合桩基础还是复合地基应该分两个层次进行判断:第一层次区别桩基础与地基, 第二层次分析“桩基础”和“地基”之前是否具备加上“复合”二字的条件。
区别桩基础与地基应该是不困难的。《建筑岩土工程勘察基本术语标准》和《建筑柱基技术规范》都对桩基础有明确的定义。前者定义桩基础为:达到地基深部用以支承上部结构物荷载的具有一定强度的长柱形构件或构件群。后者定义为:由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。二者在表述上虽有不同, 前者更强调桩的部分及其作用, 但表达的内容是一样的, 即桩和连接于桩顶的承台构成桩基础。地基的定义在前面已阐述, 不再赘述。按照桩基础和地基的定义, 再去研究上面提到的情况, 就不难判断是桩基础还是地基。判断的标准就是桩与承台是否连接, 连接则称之为桩基础, 不连接则应叫作地基。
能否在“桩基础”之前加上“复合”二字, 要看在设计时是否考虑承台底地基土分担荷载的作用, 如果回答是肯定的, 则称之为复合桩基础;否则只能称之为桩基础。同理, 是否称之为复合地基, 则要根据设计时是否考虑桩间土分担荷载作用。若回答是肯定的, 则称之为复合地基, 否则则应称之为桩地基。
除了根据桩是否与承台连接区别桩基础与地基之外, 二者的设计思路也是不同的。桩基础的设计思路是如何使上部荷载更快更直接地传递到地基深部或好土层, 避免地基土因附加应力过大而破坏或产生过大的压缩变形。地基的设计思路则是设法改善 (增加或减少) 地基土的强度和压缩模量, 以满足上部结构对地基承载力和变形的要求。另外, 复合桩基础与复合地基中的桩受力是不一样的。前者受力较复杂, 除受垂直 (压或拉) 和水平力外, 通常还要承受弯矩和扭矩。而后者受力简单, 只受压和很少一部分水平力。
5 结束语
本文阐述了复合地基、地基处理、复合桩基础以及它们的关系, 希望能为促进复合地基的进一步发展贡献一点力量。但限于笔者的水平, 不当或错误之处欢迎专家同仁批评指正。
参考文献
[1]龚晓南著.复合地基理论及工程应用.北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[2]建筑岩土工程勘察基本术语标准 (JGJ84-92) .北京:中国建筑工业出版社, 1993.
后灌浆复合地基工法 篇5
后灌浆复合地基法便是在这种特殊情况下产生的。应该说灌浆工艺是早已成熟的工法, 后灌浆桩是灌浆工艺在桩基设计施工中的应用, 而后灌浆复合地基法是近几年来灌浆工艺在复合地基技术中的一系列应用, 至今已进行了多项高层建筑的特殊地基处理, 属于新工法范畴, 业内了解知晓的人并不多。随着高层建筑的日益增多, 各类复杂地基问题的出现, 在某些特殊情况下应用后灌浆复合地基法可能会取得更好的效果, 本文以探讨为宗旨, 介绍这一工法, 希望在类似的地基处理工程上得到借鉴, 取得良好的经济和社会效益。
1 后灌浆复合地基的工法
后灌浆复合地基的特殊工艺有两部分, 既桩底灌浆和基础底板压浆, 前者在工程中已很普遍, 后者较为少见, 以下简要介绍这两部分的概况。
1.1 后灌浆桩
1.1.1 成桩、预埋管
后灌浆桩桩体材料可为混凝土、碎石与水泥浆, 与传统基桩最大区别在于桩内预留灌浆管, 灌浆管直径一般取直径φ=52mm, 灌浆管长度与孔深相同。管底用胶带密封, 管上口用堵头封闭, 并居中固定, 作为复合地基, 桩内不设钢筋笼。如泥浆护壁钻孔, 成孔后插入2根管, 其中一根为预埋管, 另一根为灌浆管。向孔内填入粒径D=10mm~50mm碎石, 再进行灌浆, 拔出灌浆管。浆体固结后, 碎石桩体强度较大、造价比纯水泥浆桩低。
1.1.2 桩底灌浆
水泥浆和混凝土桩体达到一定强度后可进行桩底灌浆。进行桩底压浆时, 将预埋管底端封闭用小径钻具钻透, 并向下深入持力层。灌浆初始压力较大, 开塞后压力减小。灌浆次数与灌浆量应根据地层性质、桩深决定。当地表冒浆、地表出现裂缝或压力较大不进浆时, 可停止灌浆。
多次桩底灌浆要根据浆液的减压析水过程, 调整灌浆区块, 应按一定的孔序均匀散开进行, 否则短时内集中灌浆会导致桩与地面隆起。灌浆完成后, 按标高凿除桩头, 可截断或保留出露的灌浆管。利用多次灌浆可取得提高桩与土的承载力, 这一灌浆工艺已在工程中大量应用。
1.2 基础底板压浆
(1) 预埋灌浆管。在建筑物进行基础底板钢筋绑扎时, 将直径φ=52mm的灌浆管固定在钢筋网中, 按孔距2m~3m均匀布设, 避开桩、柱位置。灌浆管上口套丝扣, 以接阀门、保护帽, 灌浆管底端放在基础垫层上, 顶端高于地面10cm, 见图1所示。
(2) 基础底板灌浆当建筑物结构施工至6层以上时, 在地下室内进行基础底板灌浆, 灌浆施工与结构施工互不影响。开孔按先外围, 后内部按序次进行。先将预埋灌浆管底部垫层钻透, 深入持力层, 然后进行全孔灌浆。初始灌浆压力控制在0.3MPa以下每孔每次浆量200L。以现场水准观测为控制标准, 根据沉降观测决定每孔灌浆次数与浆量, 要求建筑物整体不应出现沉降且柱间底板高差变化不超过2mm。结构每增高2~3层进行一轮灌浆, 后期灌浆压力与楼房荷载正比增加。基础底板灌浆到结构封顶后结束, 此时要求建筑物满足规范沉降与倾斜要求。
2 后灌浆桩复合地基的实例
2.1 南京八方公寓
主体结构设计为7、12、15、19和24层呈阶梯式的五个部分, 附两层裙房, 设一层地下室, 基础面积1420m2, 大楼体形复杂, 属一级建筑。该工程场地属秦淮河漫滩地貌单元, 该场地前期计划建筑11层, 已进行过地基处理, 即呈矩形分布的双头深搅桩, 桩距1.9m, 排距1.5m, 单桩直径0.7m, 桩长12m, 单桩承载力标准值RK=250kN, 复合地基经深度修正后的承载力为265kPa, 不满足24层楼房360kPa的要求, 因此, 原复合地基必须进行再处理。
经多方案比较, 选择后灌浆复合地基法对地基进行再处理, 设计如表1。
经荷载试验, 后灌浆桩单桩极限承载力为1200kN, 复合地基承载力基本值为400kPa, 桩土力比为26.5, 桩间土总承载力1196kN, 占复合地基总荷载值的27.5%[1]。
从荷载试验结果数据上看, 土的承载力强度已达到286.9kPa, 超过地基承载力标准值, 说明桩间土状况得到很大改善, 通过灌浆, 桩间土充分发挥了的作用。
在以后楼体施工期间中, 进行了多次基础底板灌浆, 2000年楼体竣工, 至今, 未出现任何地基问题。
2.2 北京芍药居2 0 1#住宅楼
工程为2栋24层塔楼建筑, 设两层地下室, 要求地基承载力达到380kPa。该工程场地位于北京朝阳区太阳宫乡北四环东路, 地貌单元为永定河冲洪积扇中前部, 地下水位在6.8m。表层为人工杂填土, 含垃圾和腐植质, 厚度在2.8m~13.2m之间变化, 以下为一般第四系冲洪积地层, 主要是砂质粉土和粘质粉土及粉质粘土层。经岩土工程勘察, 地基地基承载力标准值f K在140kPa~170kPa之间, 不能满足荷载要求。基坑开挖后, 基底以下存在厚薄不均的垃圾杂填土, 若全部换填, 不但开挖困难且费用较高。若采用桩基, 垃圾土的摩阻力极低, 桩的承载力也得不到保证。经研究决定采用后灌浆复合地基法。
后灌浆复合地基设计如表2。
基础后灌浆桩完工后, 在含有垃圾腐植质 (1#) 和无杂填土 (2#) 的部位进行了两组复合地基承载力试验, 试验的方形承压板宽度为1.6m, 面积为2.56m2, 后灌浆桩面积为0.07m2, 占2.76%, 两组试验终止荷载为2200kN, 其中1#地基总沉降25.3mm, 2#地基总沉降10.9mm, 复合地基承载力特征值fak=2200/2/2.56=430kPa[2], 大于地基承载力设计值为380kPa。
楼体施工期间进行底板灌浆, 使基底基础近一步加强, 竣工后一年内的水准观测也表明, 两栋塔楼沉降量非常小。本工程已完工10多年, 完全满足规范要求。
2.3 北京万通发展大厦 (现国航大厦)
北京万通发展大厦位于北京市三元桥东, 1995年开工建设, 原设计A座15层, B座18层, 3层地下室, 埋深14m, 基础为一体。1996年方案改变为A座29层, B座16层, 此时3层地下室已施工完毕。由于层数增加、建筑荷载增加、AB座层差加大, 地基强度及变形需重新验算, 并对地基做出新的评价。经计算, 地基承载力满足规范要求, 但地层沉降量与差异沉降超过规范要求, 必须进行地基处理, 经多方案对比, 采用基底后灌浆法, 即不延误结构施工, 也不用大型机械设备进行地基处理。
该工程地基持力层物理力学指标如表3所示。
A座基础面积1660m2, 布置灌浆孔322个, 平均5.2m2一个, B基础面积1480m2, , 布置灌浆孔170个, 平均8.7m2一个。灌浆自第6层开始, 每盖3层一个轮回, 共计4~8次。前期钻孔深度8m, 达到 (5) 3粉土层底部, 后期钻孔深度3m~5m, 孔底位于 (5) 12粘土层中, 采用全孔灌浆法。每孔每次灌浆100L~200L, 灌浆压力0.1MPa~0.4MPa。灌浆时, 随时监测底板倾斜, 控制在0.2%以内。工程完工后, 钻孔取样发现, 在基底以下有多层水泥浆结石层, 厚度1mm~4mm。经精密水准观测, 楼体在灌浆施工期间, 处于缓慢上升状态, 个别点最大为22mm, 停灌后, 略微下降, 建筑物竣工后保持平稳, 各项指标均满足规范要求, 至今已安全使用十多年了。A、B座中心点沉降观测曲线如图2所示。
3 后灌浆复合地基的特点
(1) 所谓“后”灌浆是指成桩工序后的多次灌浆, 如通过桩底压浆, 桩底虚土层得到强化, 可有效提高桩端承载力。挤入桩间土的浆液, 不仅固化土体, 还可对土体施加压力, 有利于排水, 提高有效应力。“后”灌浆还可对桩身有缺陷的部位进行补强。
(2) 基础底板预埋灌浆管内钻孔深度根图2万通发展大厦A B座基础底板沉降观测曲线据实际地层最大可按沉降计算深度设计。灌浆为全孔灌浆, 浆液以劈裂的方式进入地层, 自下而上运移至底板以下, 然后沿底板水平楔入, 多次灌浆的结果就会在底板下形成结石层, 当再次高压挤入后, 就会对桩间土与底板双向施压, 达到利用建筑物自重对局部土体的压缩, 此压力可大大超过地基承载力的标准, 有利于减少地基后期的沉降压缩量。
(3) 由刚性桩组成的复合地基, 桩承担了大部分荷载, 桩间土发挥度较小。基础底板压浆改变了应力分配, 当桩间土被高压浆液挤密后, 其承担的比例逐渐加大, 充分发挥出土的潜力, 通过多次灌浆主动地改变桩土应力比值, 这与其它复合地基的褥垫层被动地分配桩土应力比值是有很大区别的。
(4) 后灌浆桩桩顶紧靠在基础垫层之下, 随着建筑物荷载的加大, 将引起桩基下沉, 但由于灌浆作用的补偿, 对基底产生抬升, 减少了桩顶压力, 通过多次灌浆, 灌浆结石层可抵消建筑物的沉降, 局部高压、多次灌浆还可达到调整楼体基础偏斜的目的。
(5) 在一定的封闭条件下, 灌浆压力强度可达到荷载强度的数倍以上, 若局部抬升幅度控制在毫米量级, 灌浆量并不需多少即可对局部基础底板进行抬升。但灌浆最大压力以土的极限强度和封闭条件为限, 灌浆浆液扩散面积越大, 灌浆压力越不易提高。因此, 底板灌浆一般以少量多次模式进行。
(6) 从荷载试验的结果分析, 桩间土发挥度提高, 最先达到极限值。桩体因含有灌浆管, 抗剪、抗压强度较高, 因此提高桩间土强度是提高复合地基承载力的关键。
后灌浆复合地基法是一种新的实践, 也有其不足与局限性, 如费用相对某些复合地基工法高一些, 且不适合厚度较大的淤泥类高压缩性软土地层。其机理及工艺还有待在今后的工程实践中不断探索和完善。
4 结语
后灌浆复合地基法是一系列的工法, 桩底压浆对提高基桩承载力有明显作用, 基础底板压浆能主动对地层预压, 减少沉降, 使局部底板抬升, 调控基础倾斜。工法中每一环节均有其特定作用, 体现了灌浆法在地基处理上的巧妙应用, 具有独创性与新颖性。
参考文献
[1]东南大学岩土工程测试研究中心.南京八方公寓基桩静载荷试验报告[R].1998, 10.
复合地基沉降控制研究 篇6
在软土地区采用天然地基不能满足建筑物沉降要求时,地基处理或桩基础等常被用来控制建筑物总沉降或差异沉降。在传统设计方法中由于计算手段的限制,通常假定上部结构和基础为绝对刚性,基底反力均匀分布。然而,实际的基底反力分布是随荷载条件、筏板形状、筏—土相对刚度等不同而变化的。因此,寻求符合基础实际受力状况且经济合理的基础优化设计方案是具有实践和理论意义的课题。实际工程中,在地基强度满足要求的前提下整体沉降对建筑物并不构成威胁,问题的关键是,基础基底压力分布不均匀、地基刚度分布不均匀导致地基土体内应力分布不均匀,从而使复合地基与基础的变形不协调,导致差异沉降的增加。对传统的均匀地基处理方案,为控制差异沉降和筏板内力差所产生的弯矩,不得不加大筏板厚度,增加筏板的配筋量,从而提高了工程造价,造成了新的材料浪费。因此,根据地基受力特性充分发挥地基基础承载作用,减小差异沉降已成为基础设计的优化目标,引起了国内外许多学者的研究兴趣[1]。
1 基础—垫层—复合地基相互作用原理[2]
1)基本假定。
基础、垫层、桩土复合地基的共同作用是非常复杂的,为了便于分析应用,特做出假定:a.基础底面积足够大,基底下分布着许多等间距的桩,桩和桩间土构成复合地基;b.垫层是可压缩(或流动)的均质体;c.复合地基桩间土为均质体,各桩的几何性质及工程性能是等同的,从而构成均质复合地基;d.垫层、桩、桩间土的力学性能均可用“压力=刚度系数×变形”的公式来表示;e.复合地基为非饱和,即不考虑孔隙水压力作用。
2)基本方程。
设上部结构荷载为P,则有:
PCP=KP·SP (1)
PCS=KS·SS (2)
PCP=KCP·SCP (3)
PCS=KCS·SCS (4)
其中,PCP为垫层和桩顶间的竖向接触压力;PCS为垫层和桩间土之间的竖向接触压力;SP为在PCP作用下,桩顶的沉降量;SS为在PCS作用下,桩间土的沉降量;SCP为由PCP引起的垫层竖向变形量;SCS为由PCS引起的垫层变形量;KP为在PCP作用下,桩顶沉降为SP时桩的刚度系数;KS为在PCS作用下,桩间土沉降为SS时桩间土的刚度系数;KCP为在PCP作用下,垫层竖向变形量为SCP时垫层的刚度系数;KCS为在PCS作用下,垫层竖向变形量为SCS时垫层的刚度系数。
3)力的平衡方程及变形协调方程。
在上部荷载作用下,设基础底面平均接触压力为P,基础均匀下沉量为S,取垫层为脱离体,则根据力的平衡条件和变形协调条件有:
P·A=PCP·AP+PCS·AS或P=m·PCP+(1-m)PCS (5)
S=SS+SCS=SP+SCP (6)
其中,A为基础底面积,A=AP+AS;AP为基础底面积范围内桩顶的总面积;AS为基础底面积范围内桩间土的总面积;m为基础底面积范围内复合地基的置换率,
4)共同作用分析。
桩土应力比的表达式为:
P和S的关系为:
或
或
2 差异沉降控制的方式
控制差异沉降的途径有三种:1)加强上部结构的刚度;2)加大基础底板厚度和配筋量以增大筏板的整体强度和刚度;3)调整地基的刚度,使其刚度分布规律与基底压力分布规律相吻合。
增加上部结构的刚度可以使基础最终沉降差减小。上部结构的刚度越大,这种作用就越明显。但是由于上部结构的有限性,随着层数的增加,上部结构的刚度矩阵各分量几乎不再增加,趋于常数,因此对于基础底板不是绝对刚性的基础而言,由于群桩效应,必然使得中心桩的沉降大于边桩和角桩的沉降值,也就是说存在差异沉降。再加上受使用功能的约束,该方法是难以实现的。增加基础板厚度,其“跨越作用”加强,使荷载向筏板边缘转移,迫使基础沉降趋于均匀。但是加大筏板厚度后,虽然可以减小差异沉降和上部结构的次应力,但基础变得很敏感,微小的不均匀沉降将导致巨大的内力,而且会使基础的造价大幅度提高。因此,增加筏板的厚度并不是一种很好地减小基础差异沉降的方法。
调整复合地基刚度的方法主要是通过改变褥垫层的刚度、桩间土的模量、桩的设计参数、布桩方式等手段,使复合地基的刚度
摘要：从基础—垫层—复合地基相互作用的角度,分析了减小差异沉降的方法,给出了8种变刚度复合地基的处理方案,进一步指出变桩长、变桩距应是变刚度复合地基设计首先考虑的方法。
关键词：差异沉降,复合地基,变刚度
参考文献
[1]刘金励,迟铃泉.桩土变形计算模型和变刚度调平设计[J].岩土工程学报,2000,22(2):151-157.
[2]王长科,郭新海.基础—垫层—复合地基共同作用原理[J].土木工程学报,1996,29(5):30-35.
[3]乔京生,步启军,马卫华,等.变刚度复合地基的可行性研究[J].铁道建筑,2006(5):49-52.
[4]陈龙珠,梁发云,丁屹.变刚度复合地基处理的有限元分析[J].工业建筑,2003,33(11):18-20.
复合地基运用 篇7
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,英文全名为Cement Fly-ash Gravel pile,缩写为CFG桩。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,与桩间土、褥垫层一起构成复合地基。与普通桩基相比,由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力,工程造价一般为桩基的1/3～1/2。
CFG桩的施工工艺主要有三种:1)长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;2)长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩,适用于黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;3)振动沉管灌注成桩,适用于粉土、黏性土及素填土地基。
综上所述,CFG桩具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等优点。
2 工程实例
2.1 工程概况
沈阳市远大博林特电梯有限公司C2电梯实验塔,位于沈阳市铁西区,平面形状为三角形(去角),边长约为20 m。地下3层,地上39层,塔顶标高176.550 m。
本工程采用钢筋混凝土结构,抗震设防烈度为7度,场地土类别为Ⅱ类,地下水为孔隙潜水,稳定水位埋深为3.5 m～4.6 m,水位标高为25.66 m～27.11 m,抗浮设计水位标高为29.00 m。
2.2 地基方案比选
根据《建筑地基基础设计规范》5.1.3条,在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18～1/20。经计算,基础的埋置深度应大于176.550×1/15=11.8 m,±0.000标高为31.700 m,室外地坪标高-0.450 m,场地土标高31.100 m,相对标高-0.600 m。确定基础持力层为粗砂⑤,筏板底标高为-14.050 m。基础埋深为13.450 m>11.8 m,满足要求。粗砂⑤的平均厚度为9.5 m,粉土⑥的平均厚度为8.25 m。经过深度和宽度修正计算,粗砂⑤修正后的地基承载力特征值fa=1 211 kPa,粉土⑥修正后的地基承载力特征值fa=752 kPa。基础采用筏板,厚3 m,长边挑出5 m,经验算地基承载力满足要求,下卧层承载力满足要求。但地基变形不满足要求,平均沉降量约为212 mm。根据《建筑地基基础设计规范》5.3.4条规定体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)允许值为200 mm。因此基础的问题是变形不满足要求而不是承载力。解决方法有两个,一个是做桩基础,另一个是地基处理。
考虑到做桩筏基础桩要钻透粗砂⑤,桩端落在中砂⑦上,相当于钻透承载力较好土层,桩端落在承载力较差的土层上,桩间土的承载力利用不够充分;另外,中砂⑦的变形模量为22.8 MPa,也不够理想;加之桩筏基础桩的用钢量较大不够经济。因此,选用地基处理方案,用CFG桩做地基处理,形成复合地基,这样在减小地基变形,尤其是在减小粉土⑥的变形上效果显著。
3 CFG桩的设计
3.1 桩长的确定
根据基础的埋深和《地质报告》中的土层分布深度可计算出筏板下粗砂⑤的平均厚度为9.5 m,粉土⑥的平均厚度为8.25 m,粉土⑥下面是中砂⑦,可以作为桩端的持力层。考虑到土层分布的不均匀性,粉土⑥局部较厚,为避免桩端进入持力层长度不足,取桩长为20 m,平均进入持力层2.25 m,满足要求。
3.2 桩径的确定
CFG桩的桩径宜取350 mm～600 mm,一般采用400 mm。桩径过小施工质量不易控制,桩径过大,需加大褥垫层厚度才能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。另外,从施工设备方面考虑,由于场地土中含有粗砂、中砂,强度较高,不宜采用挤土的振动沉管工艺。拟采用长螺旋钻孔灌注成桩的施工工艺,故确定桩径为600 mm。
3.3 桩间距的确定
本工程考虑到持力层承载力较高,应充分利用桩间土的承载力,采用大桩距的“疏桩理论”,将桩间土的承载力充分利用,不足的部分由CFG桩来承担。最后,综合考虑桩间距取4.5d即2.7 m。
3.4 褥垫层厚度的确定
褥垫层的存在保证了桩、土共同承担荷载。CFG桩复合地基通过设置褥垫层,在上部荷载作用下,桩体一定程度“刺入”褥垫层中,使桩间土充分发挥作用,保证桩、土共同承担荷载。而且褥垫层越薄,桩承担的荷载越大,褥垫层的刺入量也就越小。
《建筑地基处理技术规范》中9.2.3条规定桩顶和基础之间应设置褥垫层,褥垫层厚度宜取150 mm～300 mm,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。考虑本工程桩径、桩间距都较大,褥垫层厚度取300 mm,材料采用中粗砂。
3.5 桩体标号的确定
原则上桩体配比按桩体强度控制,桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求:
计算单桩承载力特征值Ra。
故取CFG桩体强度等级为C25。
3.6 复合地基承载力特征值的计算
对于粗砂⑤:
对于粉土⑥:
3.7 复合地基的变形计算
未处理前,沉降量S=211.87 mm,处理后的沉降量计算:
上部荷载引起压应力P上=433.36 kPa(面积 621.26 m2);
承台重增加压应力ΔP=-222.00 kPa;
承台底平均附加应力P0=211.36 kPa;
基底深度HP=11.10,水头深度HW=4.40,平均容重AVEGAM=20.00。
复合地基的变形计算结果统计表见表1。
压缩深度Z:30.000 m;平均模量Es:26.556 MPa;∑S=150.12 mm;规范经验系数:ψs=0.200 0;计算经验系数:ψ=1.000 0;沉降量:S=30.02 mm,满足要求。
4 结语
CFG桩复合地基中褥垫层具有保证桩、土共同承担荷载;减小基础底面应力集中;调整桩、土荷载分担和减小桩顶水平应力集中的作用。桩和桩间土及褥垫层一起构成CFG桩复合地基,它的设计思想是充分发挥桩间土的水平和垂直承载能力,因此在本工程中对于减小地基变形效果明显。再加上CFG桩桩体材料廉价,相同条件下采用CFG复合地基方案比采用预制桩方案节约造价1/2,比灌注桩节约约1/3,取得了较好的经济效果。
摘要：简要介绍了CFG桩复合地基的概念,适用范围及特点,以沈阳市某公司C2电梯实验塔工程为例,对其地基方案进行了比选,具体阐述了采用CFG桩复合地基减少地基变形的设计过程,经实践取得了良好效果。
关键词：CFG桩,复合地基,桩径,沉降量
参考文献
[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
[3]阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[4]冯玉芹,张凤红,王英浩.CFG桩复合地基褥垫层室内试验研究[R].2000.
[5]阎明礼,吴春林,杨军.CFG桩复合地基设计[A].第四届全国地基处理学术讨论会论文集[C].1995.
复合地基运用 篇8
GB 50007-2002建筑地基基础设计规范 (简称地基规范) 和JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范 (简称地基处理规范) 已经颁布执行, 新规范的一个重要变化是强调了按变形控制进行地基设计的基本思想。应当指出, 地基变形计算远不如承载力计算研究的更深入、更成熟。
地基处理规范规定, 加固后的地基变形计算按GB 50007-2002建筑地基基础设计规范有关规定执行。即除了假定桩长范围内的复合土层为一等效天然地基, 它的压缩模量用复合模量来表示外, 其他计算与天然地基完全相同。
显然, 复合模量表达式的合理性, 对变形计算结果具有直接影响, 这也是广大工程技术人员关心的重要问题之一, 本文将对此进行一些分析和讨论。
用土模量的某一倍数来表达复合地基的复合模量, 称其为第二种表达式。具体为:
ESP=[1+m (n-1) ]Es′ (1)
其中, n为桩土应力比。
JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中, 水泥粉煤灰碎石桩和夯实水泥土桩复合地基, 复合模量表达式为:
ESP=ξEs (2)
其中, Es为天然地基土压缩模量;ξ为模量提高系数, ξ= fspk/fak, fspk为复合地基承载力特征值, fak为天然地基承载力特征值。
式 (2) 的推导如下:
当荷载接近或达到复合地基承载力时, 假定:
1) 桩土应力比等于桩土模量比, Ep/Es′=n (Es′为加固后桩间土模量, n为桩土应力比) , 即Ep=nEs′。
2) 加固后桩间土模量Es′是加固前天然地基模量Es的α倍, 即Es′=αEs (α为桩间土承载力提高系数, Ep=nαEs) 。
3) 复合模量按式 (3) 组合:
ESP=mEp+ (1-m) Es′[1+m (n-1) ]αEs (3)
令ξ=[1+m (n-1) ]α, 式 (3) 为ESP=ξEs。
又复合地基承载力表达式为:
fspk=[1+m (n-1) ]αfak (4)
则ξ=fspk/fak, ξ既是承载力提高系数, 也是模量提高系数。工程中, 根据地质报告提供的天然地基承载力fak和压缩模量Es, 由试验或计算求得fspk, 可得模量提高系数与式 (2) 完全相同。
ξ=fspk/fak, 则复合模量按式 (2) 求得。
需要指出, 式 (1) 和式 (2) 没有本质区别, 只是表达方法有所不同。
对式 (1) , 假定:Es′=αEs, 则有:
ESP=[1+m (n-1) ]αEs。
令ξ=[1+m (n-1) ]α, 则ESP=ξEs与式 (2) 完全相同。
1 工程实例
工程场地位于呈贡县吴家营乡, 拟建的2号, 3号地块总规划用地面积约67.68 hm2, 其中2号地块用地面积约36.55 hm2, 3号地块用地面积约31.13 hm2。拟规划建筑物主要有多层、高层及超高层。本设计为18层剪力墙框架结构。取每层平均压力为16 kPa, 故基底平均压力为304 kPa, 但是为了安全起见, 本计算按400 kPa计算 (见表1) 。
本地基处理先采用8 m的水泥搅拌桩处理, 再用15 m的素混凝土桩处理:
1) 水泥土搅拌法。
复合地基承载力的计算如下:
天然地基承载力:
据《建筑地基处理技术规程》计算水泥土搅拌桩的单桩竖向承载力:
Ra=ηfcuAp=0.5×1 500×0.237 8=178 kN。
复合地基承载力:
其中, 桩间距2 m, 桩直径0.55 m, 置换率
2) 素混凝土桩法。
承台底标高4 m, 从承台底开始进行地基处理, 水泥土搅拌桩的长度为8 m, 素混凝土桩的长度为15 m, 故把土层分为两层, 第一土层为8 m, 第二土层为7 m, 经过搅拌桩处理之后, 搅拌桩处理范围8 m之内各层土的压缩模量如表2所示。
MPa
可以得到素混凝土桩法地基处理的第一土层8 m内的加权平均压缩模量:
据式 (3) 可得:;
fak为8 m的水泥搅拌桩处理之后的地基承载力 (fak=fspk1=162) ;
则第一层土的复合模量:
素混凝土桩法地基处理的第二土层7 m内的加权平均压缩模量:
天然地基承载力:
据式 (3) 可得:;
则第一层土的复合模量:
2结语
通过以上分析, 可以得到如下结论:1) 用土的模量某一倍数表征复合模量的表达式, 能综合反映土的性质、桩体材料性质、桩的平面布置、桩的几何尺寸、桩周桩端土对桩的作用。公式中的参数获取容易、使用方便, 公式计算结果符合工程实际。2) 用本文介绍的方法可以计算柔性桩及刚性桩共同作用下地基处理的情况, 并能较快、较准确的反映实际情况。
参考文献
[1]JGJ 79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].
[2]闫明礼.地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社, 1996.
[3]闫明礼, 张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社, 2000.
[4]闫雪峰.复合地基设计若干问题和沉降计算[D].天津:天津大学硕士学位论文, 1999.