刚性素混凝土桩（精选4篇）
刚性素混凝土桩 篇1
桩体复合地基是在天然地基中置入竖加筋体共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。除散体材料桩如碎石桩、砂桩外,桩体复合地基根据增强体的性质又可分为柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。对于多层建筑,常采用散体材料桩(碎石桩、砂桩等)、柔性桩(灰土桩、石灰桩、水泥土桩等)复合地基处理软土地基。但是散体材料桩、柔性桩复合地基对地基承载力的提高幅度有限,这限制了其使用的范围。刚性桩复合地基的桩体通常是以水泥为主要胶结材料,如低标号混凝土桩、高压旋喷桩等,具有较高的强度,其强度等级一般在10 MPa～20 MPa。刚性桩复合地基由于桩间土从开始受荷即产生压缩固结变形,同时由于桩体强度较高,桩体自身的压缩量小,在桩身上部桩身与周围土体的相对位移较小,因而其自身垂直力下移的传递过程非常迅速,承载力提高幅度可调范围大。同时刚性桩复合地基变形模量高、桩体质量及耐久性有保障,因此在实际应用中有更大的适用性。
1 工程概况
本工程位于宁波北仑区某拆迁安置小区内,其中3栋、4栋为6层框架结构。整个小区场地经勘察属原甬江河漫滩地貌单元,3栋,4栋两栋住宅楼所在场地勘察深度范围内主要土层的分布分别如下:①素填土,呈褐黄、褐等杂色,偶夹碎石,密度不均,一般为松散状态,厚度2.1 m～5.2 m,其中fk=65 kPa。②粉质黏土,软～流塑状,以黄褐色为主,局部呈灰褐色,厚度0 m～6.8 m,fk=90 kPa。③粉质黏土,局部夹砂砾透镜体。②层土在整个小区内分布不均匀,从北向南由薄变厚,而东西方向中间厚两侧逐渐变薄甚至缺失,取而代之的是③层粉质黏土。①人工填土,主要由残积土组成,呈褐黄、褐等杂色,偶夹碎石,密度不均,一般为松散状态,层厚4 m～8.5 m;平均标贯击数N=8.7击,fak=80 kPa,桩极限侧阻力标准值qsk=18 kPa。②粉土层,以黄褐色为主,局部呈灰褐色,含云母、氧铁,中压缩性,中密状态,平均标贯击数N=14.6击。厚1.9 m～6.5 m,平均厚度3.34 m,层底埋深13.4 m～16.0 m。夹粉质黏土、细砂透铝fak=165 kPa,桩的极限侧阻力标准值qsk=40 kPa,桩的极限端阻力标准值q=400 kPa。③中砂、粉砂层,黄褐色,局部夹砾砂透镜体,中密状态,平均标贯击数N=19.7击。层厚2.0 m～5.3 m,平均层厚4.6 m,层底埋深18.0 m～20.2 m,fak=190 kPa,qsk=45 kPa,q=800 kPa。④中砂、粉砂层,灰褐色,局部夹砾透镜体,中密状态,平均标贯击数N=27.5击,本次勘察未穿透层,最大揭露厚度16.6 m,fak=220 kPa,qsk=50 kPa,q=900 kPa,勘察期间静止地下水位埋深1.9 m～2.5 m,属孔隙潜水。层等效剪切波速180.1 m/s～186.4 m/s,属中软场地土,场地类Ⅲ类。
2 地基处理方案的选择
2.1 钢筋混凝土钻孔灌注桩方案
此方案安全可靠,能完全满足设计要求,但施工费用较高。
2.2 水泥土搅拌法加固方案
水泥土搅拌桩是本地区应用较多的一种加固方法,施工噪声低,无污染,但由于住宅楼基底压力较大,且桩周土为杂填承载力较低,加固后复合地基承载力不能满足设计要求。
2.3 CFG桩法加固方案
CFG桩具有较高的桩身强度,以往的实践经验表明,经CFG桩加固后,复合地基承载力可较加固前提高2倍～3倍,且CFG桩施工费用较低,适合本工程使用。综合分析决定使用CFG桩复合地基加固方案。
3 复合地基设计及施工
3.1 复合地基设计
经设计计算,本工程设计桩长18.5 m,桩径0.4 m,正三角形布置,桩距1.6 m。持力层为第④层中砂层,褥垫层500 mm,单桩承载力特征值约400 kN。
3.2 施工要点
本工程复合地基施工的工艺流程为:桩位测量→放置桩尖→钻机就位→振动沉管→成孔检验→灌注拌合料→振动拔管→成桩检验→钻机移位。
1)为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制,核对地质资料,在工程桩施工前,应先做不少于2根试验桩,并在竖向全长钻取芯样检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度,根据发现的问题修订施工工艺。2)拌合料:原材料碎石、石屑、粉煤灰水泥等在现场均经检验合格后使用,拌合料配合比经试配后确定,投料计量,搅拌按规范规定时间进行且每天检验坍落度,并备有试块,其试块强度等级均大于设计要求。3)施工时,桩顶标高应高出设计桩顶标高,高出长度应根据桩距、布桩形式、现场地质条件和成桩顺序等综合确定,一般不应小于0.5 m。4)按照桩基平面图,将预制钢筋混凝土桩尖准确埋入地表30 cm以下就位,桩管应垂直套入桩尖,桩管与桩尖的轴线应重合,桩管内壁应保持干净。5)成桩施工在钻至设计深度后,应准确掌握拔管时间,混合料泵送量应同拔管速度相配合以保证管内有一定高度的混合料,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料。6)成桩施工过程中应观测新施工桩对已施工桩的影响,当发现桩断裂并脱开时,必须对工程桩逐桩静压,静压时间一般为3 min,静压荷载以保证使断桩接起来为准。7)已成桩后严防重型机械行走或扰动,防止使桩头压松造成桩顶混凝土不成型、断桩。清土采用小型机械设备及人工开挖、运输,清土预留至少20 cm人工清除、找平,避免断桩及对地基土的扰动。8)复合地基施工、检测合格后,方可进行褥垫层施工。凿除桩头后,在桩顶面铺设50 cm厚的碎石中粗砂混合(按1∶1)褥垫层,夯压实后施工建筑基础。
4 检验和试验
4.1 现场检验
1)材质检验:混合料的原材料必须具有产品合格证和材质检验报告;水泥、粉煤灰进场后,随机抽样送检,检验合格后,才能使用;在灌注混合料的施工中,应在搅拌地点随机取样,由现场监理人员旁站制作试件,其数量每班不得少于1组。2)“跑桩”自检:桩基施工结束后,由桩基施工单位通过“跑桩”进行桩的质量自检。清理桩头,将各桩顶实际标高测出,以桩设计承载力0.8倍～1.5倍(视桩的养护龄期而定)的荷载逐根静压3 min,“跑桩”完毕,再将桩顶标高复测1次,计算每根桩的沉降量,写出“跑桩”质量自检报告。3)桩位复查:基坑开挖后,应及时检查桩数、桩位和桩顶外观质量。
4.2 复合地基载荷试验
现场选取8根桩进行单桩复合地基载荷试验(载荷板边长2.5 m,面积6.25 m2),载荷试验的Q—S曲线未出现陡降迹象,按相对变形s/b=0.01确定复合地基承载力,其标准值均大于设计要求的180 kPa,检测结果合格。
4.3 轻便触探试验
为对比加固前后桩间土承载力的变化,完工后,布置了9个轻便触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知,经CFG桩处理后浅层桩间土的承载力基本值不低于120 kPa,比地基处理前的桩间土承载力有所提高。
5 结语
通过本工程CFG桩加固填土地基的实践,说明了对于尚未固结的深厚填土,该方法加固作用明显,复合地基承载力满足设计要求。与其他桩基相比,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。与其他桩基相比,CFG桩施工具有施工速度快、工期短、质量容易控制等明显特点。
摘要：通过一个工程中对低标号混凝土桩刚性复合地基的设计,提出了在当地条件下刚性复合地基工程应用中需要的计算方法、注意点,以及结合不同的地质条件采用的不同布桩思路,得出CFG桩具有明显优势的结论。
关键词：低标号混凝土桩,地基处理,褥垫层,复合地基
参考文献
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刚性素混凝土桩 篇2
关键词：灰土桩,素混凝土桩,多元复合地基,试验研究,桩土应力比,承载性能
湿陷性黄土是我国中西部突出的区域性地质问题,场地的湿陷性必须被消除后才能作为建筑地基,工程中常用灰土桩法处理湿陷,效果好且经济合理。但灰土桩复合地基承载力不宜超过250 k Pa不能满足多高层建筑物的要求,且浸水后强度降低易出现地基失效问题。是否可以在灰土桩复合地基中加入素混凝土桩元素形成灰土桩与素混凝土桩多桩型复合地基,不仅可以消除地基湿陷性还能提高地基承载力? 由此对灰土桩与素混凝土桩多桩型复合地基进行了理论分析和模拟试验探讨复合地基的工作性状,论证其可行性。
1灰土桩与素混凝土桩联合应用消除场地湿陷性的理论分析
黄土会产生湿陷的根本原因在于其大孔隙,消除湿陷的方法都是要减小孔隙。灰土桩与素混凝土桩都是有挤密效应的桩,只是挤密效果不同,灰土桩施工过程中要进行孔内多次夯击,对土的挤密作用明显好于素混凝土桩。假设灰土桩的有效挤密半径为D1,素混凝土桩的有效挤密半径为D2,如图1所示,只要合理地设计各种桩的桩间距,有效挤密范围搭接,复合地基整个范围内都可以被挤密。根据文献[1]灰土挤密桩的有效挤密半径可取2. 5倍桩径 ( d1) 。目前素混凝土桩多采用长螺旋钻打孔后成桩,挤密效果基本可以被忽略,建议素混凝土桩的挤密半径取为桩的半径( d2) 。
2多桩型复合地基模型试验
模型试验是用夯填了黄土的模型箱模拟建筑场地,在其中沉入模型灰土桩和素混凝土桩后进行载荷试验。
试验模型箱长150 cm、宽100 cm、高100 cm的,由钢板和有机玻璃连接而成以保证其刚度满足试验要求,如图2所示。试验箱内黄土取自太原东山,分8层夯填装入。灰土桩与素混凝土桩,桩径均为50 mm,桩长均为800 mm,桩距均为120 mm,正方形布桩。成桩过程: 先把50 mm的PVC管埋置入土中,再向管内分层装三七灰土或灌浆料夯实,然后拔管,边拔管边填料夯实。
为了研究灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基的工作性能进行了五组试验,分别为: 1填土地基载荷试验; 2灰土桩复合地基载荷试验; 3素混凝土桩复合地基载荷试验; 4灰土桩 + 素混凝土桩多桩型复合地基小承压板( 4桩型) 载荷试验; 5灰土桩 + 素混凝土桩多桩型复合地基大承压板( 9桩型) 载荷试验。
载荷试验方法采用慢速维持荷载法分级加载[2,3]。试验中,采用伺服液压千斤顶进行加载,采用50 mm百分表进行沉降的量测,为保证沉降数据的准确,在承压板四边对称安装四个百分表。在桩顶和桩间土顶面放置土压力盒进行其内力的量测。 采用厚度为20 mm的河砂为褥垫层,采用厚度20 mm方形钢板为承压板,其平面尺寸分别为: 240 mm × 240 mm和360 mm × 360 mm。模型桩及土压力盒布置如图3所示。
3试验结果整理与分析
3.1各种地基荷载沉降关系分析
填土地基、灰土桩复合地基、素混凝土桩复合地基和灰土桩与素混凝土桩复合地基( 4桩) 的荷载沉降曲线及数据见图4。从图中可以得到以下结果。
1) 四种地基中填土地基的极限承载力最小,灰土桩复合地基次之,而素混凝土桩复合地基和灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基的极限承载力基本相同。
2) 达到极限承载力时,填土地基、灰土桩复合地基和灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基的沉降基本相同,而素混凝土桩复合地基的最终沉降量比三者要大得多。
3) 填土地基、灰土桩复合地基和灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基的荷载沉降曲线较平缓而素混凝土桩复合地基的荷载沉降曲线有陡降段。
4) 观察灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基载荷试验破坏以后的照片发现承压板周围出现了环形裂缝,复合地基先于素混凝土桩破坏,灰土桩与素混凝土桩多元复合地基的破坏是整体复合地基的破坏。图中素混凝土桩的桩顶标高要明显高于灰土桩及桩间土,也就是说素混凝土桩向上刺入垫层中使得它发挥了更大的作用,可以看出垫层对复合地基中刚性桩有非常重要的意义。
灰土桩与素混凝土桩多桩型复合地基可以有效提高地基承载力。灰土桩与素混凝土桩多桩型复合地基荷载沉降曲线平缓,其工作机制与柔性桩复合地基更相近,充分发挥土的作用,是比单一灰土桩复合地基和单一的素混凝土桩复合地基更合理更经济的地基处理方式。
3.2地基中各元素应力分担情况
3.2.1灰土桩复合地基桩土荷载分担情况
分析灰土桩复合地基桩土荷载分担情况表1得出。
注: 桩间土实测值为加荷板中心下的土压力,桩间土平均值为。桩土应力比为灰土。
1复合地基中土压力随着荷载的增加而增加, 但土压力分布并不均匀,尤其是在荷载较小时载荷中心下的土压力明显偏大,但随着荷载的增大载荷板下的土压力会趋近均匀。2加荷初期,灰土桩上应力较小,随着荷载的增加,灰土桩上的应力迅速增加,桩土应力比也增加,但增至2. 0附近后就不再变化。3极限稳定时,复合地基中桩和桩间土都发挥了很大的作用。4承载力公式[3]fspk= [1 - m( n 1) ]fsk中,桩土应力比取为2。
3.2.2素混凝土桩复合地基桩土荷载分担情况
素混凝土桩复合地基的桩土荷载分担情况如表2所示。
1素混凝土桩复合地基中土压力也是不均匀的,但与灰土桩不同,载荷中心点下的土压力随着荷载的增加而增加到一定区间就不再增加了。而桩间土压力平均值则先增加后减小,表明极限破坏时桩间土承担的荷载很少,主要由桩承担。2素混凝土桩上的力随着荷载的增加迅速增长,桩土应力比一直增加直至破坏。所以素混凝土桩复合地基的破坏是单桩的破坏,桩间土基本已退出工作。3承载力公式[3]fspk= λmRa/ Ap+ β( 1 - m) fsk中 λ 取为1,β 取为0。
3.2.3灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基(4桩)的桩土荷载分担情况
分析灰土桩与素混凝土桩多桩型复合地基( 小承压板4根桩) 的桩土荷载分担情况由表3给出。
1多元复合地基中土压力变化情况与灰土桩类似,土压力随着荷载的增加一直在增加,分布也不均匀。但最后的平均土压力值499 k Pa为灰土桩挤密地基桩间土极限值560 k Pa的89% 。2灰土桩的应力随着荷载的增加一直增加,当增至1 100 k Pa附近增加不再明显,这个值与灰土桩复合地基中灰土桩的极限值接近。桩土应力比先增加后减小,变化区间2 ~ 3。3素混凝土桩的应力随着荷载的增加一直增加,极限破坏时应力值并没有达到最大,为极限值的70% 左右,也就是说复合地基整体先与素混凝桩破坏了。
3.2.4灰土桩与素混凝土桩组合型复合地基(9桩)的桩土荷载分担情况
为了更好的研究灰土桩与素混凝土桩多元复合地基的工作性能,同时进行了大承压板( 9桩型) 载荷试验。对大小承压板的试验结果进行了对比,得出以下结论。
1两次试验的荷载沉降曲线形态非常接近,但大承压板测得的承载力( 640 k Pa) 小于小承压板 ( 800 k Pa) ,大承压板下的桩土应力分担也不同,见表4。2素混凝土桩的应力随着荷载的增加一直增加,极限荷载时已达到其最大承载力。灰土桩的应力随着荷载的增加一直增加,但位置不同增加的程度是不同的,边上的灰土桩已基本达到其最大承载力,而中间的灰土桩承载力没有全部发挥。3桩间土上的应力要比小承压板小,其值312 k Pa为灰土桩挤密地基桩间土极限值560 k Pa的55% 。桩间土并没有充分发挥作用,这是大承压板测得的承载力小很多的原因。也使得桩土应力较大。此复合地基的破坏是一部分灰土桩和素混凝土桩破坏后造成的地基失稳。分析认为两次试验结果相差比较大的原因是大小承压板的刚度相差较大,小承压板的厚宽比为1 /12,大承压板的厚宽比为1 /18。不能有效调整各桩顶和桩间土上的应力分布。
4结论
从上述分析中可知复合地基的工作性能是复杂的,它与很多因素有关,除了桩和桩间土的性质,还受褥垫层、基础刚度等影响。多元复合地基中若各种桩的性能相差较多,其工作机理更为复杂,如灰土桩与素混凝土桩多元复合地基[4]。
只有充分发挥每个元素的作用才可以使复合地基的承载力达到最大。尤其是桩间土应充分参与到工作中,上述试验结果表明,加强基础和上部结构的整体刚度可以提高桩间土的参与系数。
目前复合地基的载荷试验多是单桩( 两桩) 载荷试验,其工作性能与实际基础下复合地基的工作性能是有差距的,在设计复合地基中应充分考虑这一实际情况[5]。
若上部结构整体刚度较大且上部荷载较均匀时,灰土桩与素混凝土桩多元复合地基的承载力公式fspk= m1λ1Ra1/ Ap1+ β[1 - m1- m2( n - 1) ]fsk中: 参数 λ1建议取为0. 7 ~ 1,基础刚度大取小值,基础刚度小取大值; 参数 β 建议取为0. 5 ~ 0. 9,基础刚度大取小值,基础刚度小取大值; 灰土桩与桩间土的应力比n可取为2。
若地基和基础条件复杂,建议用有限元结合上部结构和基础刚度进行分析得出地基承载力。
参考文献
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刚性素混凝土桩 篇3
在城市软土地区开挖深基坑,面临着确保基坑工程安全、控制基坑周边变形和方便工程施工的难题。本文在中山市深厚软土地区一个深基坑工程实践中,设计采用了素混凝土咬合桩圆环拱壁结合钢筋混凝土拱梁的支护结构。该结构受力均匀,稳定可靠,内部敞开的空间大大方便了基坑开挖和施工作业。
1 工程概况
广东省中山市某污水处理厂预处理池设计地面标高为3.60 m(黄海高程系),预处理池承台底标高为-9.9 m,基坑开挖深度约为13.5 m。基坑东侧约4 m外有氧化池浅基坑,基坑西侧约3 m外为一河道(最深4 m～6 m),基坑北侧有一桩承台,承台基桩已经施工,且有三根管桩位于基坑内,其余管桩紧挨着基坑边;南北侧无其他建筑物,且场地无其他地下管线。
2 场地工程地质条件
拟建场址地貌上属珠江三角洲海陆交互相堆积平原,地形平坦且开阔,基坑较小而深,直径只有28 m,设计深度却有13.5 m,基坑主要涉及地层及基坑设计有关力学参数见表1。
场地四周邻河涌,地表水发育。中上部第四系土层含孔隙水,燕山期花岗岩含少量基岩裂隙水。各地层中,淤泥及淤泥质土为中等富水,弱透水层;粗砂及砾砂为富水、强透水层;粘土及全风化花岗岩为弱富水,微～弱透水层。
场地地下水补给主要靠侧向径流补给及(大气降水)地表水渗入,排泄则以大气蒸发。勘察期间测得地下稳定水位平均2.0 m。
3 基坑支护设计
3.1 基坑支护方案的确定
在可行性论证的基础上,经过对“地下连续墙+钢筋混凝土内支撑”方案、“灌注桩+预应力锚索”方案、“灌注桩+钢筋混凝土内支撑”方案、“圆筒形素混凝土咬合桩+钢筋混凝土圆环形拱肋”支护方案四个方案的比选,最终确定选择“圆筒形素混凝土咬合桩+钢筋混凝土圆环形拱肋”支护方案。
3.2 支护结构设计
支护结构拱壁采用素混凝土咬合桩圆形拱壁,桩径1 200 mm,咬合300 mm;含冠梁共设置四道圆拱肋梁,每道圆拱肋梁中心轴平面直径为27.4 m;其支护剖面见图1。
3.3 支护结构计算
3.3.1 整体稳定性计算
本结构采用北京理正《深基坑支护结构设计》软件(6.01版)进行分析计算,其整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性均满足设计要求。
3.3.2 内力计算
根据结构力学可知,圆拱受不均匀力作用时,最大受力处应力最小,最小受力位置应力最大;故设拱壁承受从q2～q1变化的力,q1>q2,于是Fy>Fx,如图2所示。
根据土力学原理可得:
其中,γ=13.8;h=13.5 m;
根据勘察报告,淤泥土φ变化范围在1°～4°,此预处理池圆拱直径29.2 m,地质条件变化不会很大,但设计计算受力按较危险情况取值,现取φ1=2°,φ2=3°,c=3.8,R=14.6 m,计算得出:
q1=166.5 kPa,q2=160.6 kPa。
任一点处
根据力学平衡条件可得:
代入得:Fy=2 399.5 kN。
Mx,My方向相同,弯矩图如图3所示,45°处弯矩为0,对此点取矩,故:
拱壁结构按等效刚度原则折算为方形截面,其厚度约为0.8 m,则对拱壁结构进行强度验算:
3.3.3 平面计算
由竖向计算结果可知,圆拱肋梁最大外力为463.06 kN/m,梁截面800×600;控制场地坡顶地面堆载相差10 kPa以内,土方开挖产生的施工荷载相差10 kPa,利用同济启明星BSC平面计算软件进行计算可知,最大轴力为6 591 kN,最大弯矩为177.7 kN·m;进行各种组合计算,取最小的轴力N与最大的弯矩M这一最不利组合进行圆环支撑梁的断面配筋计算,取最大的轴力N与最大的弯矩M这一最不利组合进行圆环支撑梁的断面混凝土抗压强度计算,计算结果为:拱梁左右两侧各配5ϕ25,能满足受力要求;C30混凝土能满足强度要求。
4 施工工艺
1)排桩施工流程:
钻孔咬合桩施工总体原则是先施工被切割的Ⅰ桩,紧跟着施工Ⅱ桩,施工顺序为A1→A3→A2→A4→B1→B2→B3→B4(见图4)。A桩混凝土采用超缓凝混凝土,要求必须在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工。B桩施工时采用全套管钻机切割相邻A桩相交部分的混凝土,实现咬合。
2)单根桩施工流程:
平整场地→测设桩位→施工咬合桩导墙→套管钻机就位对中→吊安第一节套管→控测垂直度→压入第一节套管→校核垂直度→抓斗取土,套管钻进→测量孔深→清除虚土,检查孔底→放入混凝土灌注导管→灌注混凝土逐次拔管→测定桩顶混凝土面→套管钻机移位。
3)施工工艺要求:
B桩套管成孔时,两侧的A桩在50 h～66 h强度不大于3 MPa,以利B桩成咬合孔。桩的垂直度标准为3‰。
5 施工监测
基坑监测包括支护桩顶端水平位移、沉降、拱梁应力等监测。经过近两个月监测结果表明,桩顶水平位移量最大约24.6 mm,最大沉降量约20 mm,均在规范要求范围内。拱梁轴力最大值为1 256 kN,满足设计配筋要求。通过位移监测,发现基坑有向河道一侧移位的倾向,这主要是由于土压力分布不均匀所致,靠近河道一侧土压力较小。
6 结语
该工程在广东省中山市首次采用了素混凝土咬合桩圆形拱壁支撑体系,运行情况及监测数据表明,该体系有明显的技术和经济优势:
1)安全可靠:
本支护方案确保了基坑土方开挖及地下室结构施工的安全,最大位移和沉降量均在规范允许范围内;东侧河道非常安全,无漏水现象;北侧工程桩偏移量小于1 cm;基坑开挖过程对西侧氧化池工程影响很小;整个施工过程无险情发生,进展顺利。
2)经济合理:
在保证安全的前提下,整个基坑完工后总消耗的费用约为240万元,较锚拉排桩方案节约了100多万元,相对于地下连续墙方案节约了约200万元。整个基坑到完工所用时间约40工作日,相对其他方案缩短工期近2个月。
3)环境影响小:
整个基坑施工过程中,一直倡导文明施工,钢筋材料堆放有序,土方开挖及时运走,地下水和降水都及时抽排掉,基坑基本为干作业。基坑施工中,未对周边建(构)筑物、河道及管桩桩基造成破坏,未因施工引起周边纠纷,环境效益良好。
该支护形式为较新颖的支护方式,突破了传统深基坑支护形式的束缚,大胆创新;既保证了安全、节约了造价,又赢得了工期,同时对环境影响较小;目前国内地区此支护形式应用较少,施工设计经验严重不足,因此本工程成功应用此支护形式有着较好的实践意义和推广价值,为广大沿海地区的软土地基基坑工程提供了非常宝贵的借鉴经验。
摘要：通过对某污水处理厂预处理池基坑成功支护设计实例介绍,阐述了素混凝土咬合桩圆形拱壁支撑体系独特的布置形式、内力计算模式、方法和结果,以及在施工过程中的质量保证,为软土地基中类似基坑工程提供了一定指导。
关键词：软土深基坑,素混凝土咬合桩,圆形拱壁结构
参考文献
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刚性素混凝土桩 篇4
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换, 或在天然地基中设置加筋材料, 加固区是由于基体 (天然地基土体或被改良的天然地基土体) 和增强体两部分组成的人工地基。根据竖向增强体的性质不同可分为三类:散体材料桩 (沙石桩、矿渣桩) 、柔性桩 (水泥土桩) 和刚性桩 (CFG桩、素混凝土桩) 。
素混凝土桩是在碎石桩基础上掺加一些石屑和水泥加水拌和制成的一种具有粘结强度的桩, 桩和桩间土一起通过褥垫层形成复合地基。随着工程建设的飞速发展, 地基处理手段也日趋多样化, 复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用, 尤其是素混凝土桩复合地基以其施工方便、承载力高及其广泛的适应性等优点而得到迅速的推广与发展, 目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
素混凝土桩常采用长螺旋钻孔灌注混凝土成桩或长螺旋钻孔、管内泵压混凝土成桩或振动沉管灌注混凝土成桩等施工工艺, 既方便又快捷;同时具有较大的适用范围, 就土而言, 适合处理粘土、粉土、沙土等地基;就基础形式而言, 既可适用条形基础、独立基础, 也可适用筏基、箱基, 既有工业厂房, 也有民用建筑。由于上述优点, 近年来, 该地基处理技术在人工地基中广泛应用, 产生了巨大的经济效益和社会效益。
2 工程概况
洛阳地区某高层住宅楼, 地上32层, 地下1层, 建筑高度97.50m, 建筑物为剪力墙结构, 基础形式为筏板基础, 地下室拟埋深±0.0下6.00m, 基础拟埋深±0.0下7.50m, 筏板基础平均压力为490k Pa。
根据野外钻探、现场原位测试及室内土工试验成果进行综合分析, 场地主要分布由人工填土、地表耕土及洛河冲洪积形成的粉土、细、中砂、圆砾、卵石层。上部约5.00m以上为形成时间短的黄土状粉土、细、中砂层;以下为卵石层, 但是有砂、圆砾呈透镜体状分布其中。参考区域地质资料, 将本次勘探深度内的地基土分为以下几层, 从上到下分述如下:
⑴填土:主要为表层耕土, 黄褐色, 由粉土组成, 含多量植物根和少量灰渣、碎砖屑等, 土质较疏松。层厚0.30~4.00m。
⑵黄土状粉土:褐黄色, 稍湿, 稍密。下部砂质含量较高, 局部可见细砂薄层。压缩系数平均值a1-2=0.20MPa-1, 属中压缩性土。层厚0.40~3.20m
(3-1) 细砂:灰黄色, 褐黄色, 稍湿, 松散。主要以细粒为主, 含多量粉粒和粘粒, 局部夹有浅灰色中砂薄层。层厚0.60~3.30m。
(3-2) 中砂:浅灰色, 黄灰色, 稍湿-湿, 松散-稍密。矿物成份主要为石英和长石, 见少量云母。层厚0.90~3.30m。
(3-3) 黄土状粉质粘土夹粉土:褐黄-黄褐色, 粉质粘土可塑;粉土稍湿-湿, 稍密。压缩系数平均值a1-2=0.23MPa-1, 属中压缩性土。层厚0.40~0.70m。
⑷卵石夹圆砾:杂色, 干-饱和, 松散-稍密为主, 局部中密。层中多夹有厚度在30cm左右的中砂。层厚0.50~3.60m。
(4-1) 中砂夹圆砾:褐黄色、黄灰色, 稍湿-饱和。中粒为主, 局部含多量粉粒和细颗粒。局部卵砾石含量高, 为圆砾或砾砂。层厚0.40~4.60m。
(4-2) 粉质粘土夹粉土:褐黄色, 局部黄褐或稍灰色。压缩系数平均值a1-2=0.26MPa-1, 属中压缩性土。层厚0.40~1.00m。
(4-3) 卵石:杂色, 干~饱和, 中密, 岩性成份以石英砂岩及火成岩为主, 卵石磨圆度较好, 分选性一般, 级配一般。层厚0.50~3.10m。
⑸卵石:杂色, 饱和, 中密~密实, 岩性成份以石英砂岩及火成岩为主, 卵石含量约70%~80%, 颗粒呈亚圆形, 一般粒径3~8cm, 最大粒径超过20cm。该层未钻穿, 最大揭露厚度20.10m。
(5-1) 卵石:杂色, 饱和, 稍密。充填物多为中粗砂、圆砾、少量粘性土及粉土, 该层以透镜体形式分布于 (5) 卵石层中, 层厚0.50~1.60m。
场地地貌单元属于洛河河漫滩~Ⅰ级阶地分布的地基土主要为表层填土及冲、洪积作用形成的黄土状粉土及砂卵石等, 地下水稳定水位埋深在自然地面下5.60~7.10m之间, 根据水质分析, 地下水对混凝土无腐蚀性。
根据野外钻探, 现场原位测试及室内土工试验成果, 依据国家有关规范, 并结合地区建筑经验, 综合确定各地基土层的承载力特征值及变形参数如表1所示:
注:带“*”者为变形模量。
设计要求地基承载力不低于500KPa, 而本工程持力层为 (3-2) 土, 该土层承载力特征值为140KPa, 且经修正后的承载力为228KPa, 不能满足设计要求, 必须进行地基处理。
3 地基处理方案选择
地基处理的方法很多, 为选出最优的地基处理设计方案, 下面就三种方法从经济、技术、施工、处理后的复合地基承载力等方面进行简单的对比:
⑴夯实水泥土桩:夯实水泥土桩作为中等强度桩, 适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。其施工机具简单, 施工质量容易控制, 施工速度快, 造价低廉, 且施工文明, 无泥浆无噪声。但通常复合地基承载力仅为180~300KPa, 故此法不适用。
⑵砂石垫层土层换填:沙石垫层能较大幅度提高地基承载力, 沉降和倾斜也能得到有效控制。但砂石垫层换填厚度较大, 开挖较深, 且降低地下水位时降深较大, 十分不经济。
⑶素混凝土桩:素混凝土桩是在碎石桩基础上掺加一些石屑和水泥加水拌和制成的一种具有粘结强度的桩, 桩和桩间土一起通过褥垫层形成复合地基。该方案承载力提高幅度大、地区技术经验成熟、施工简便、工期短造价低廉、成桩质量易保证、对环境影响也不大。
本工程为32层建筑, 基底压力要求较大, 根据本场地地层情况和岩土工程条件及上部结构对地基的要求并结合工程造价、洛阳地区工程经验综合考虑, 故采用长螺旋钻孔管内泵压混凝土桩方案进行地基处理。
4 素混凝土桩复合地基方案设计
4.1 素混凝土桩设计参数
素混凝土桩复合地基设计参数主要有:桩长、桩径、桩距、桩身混凝土强度、褥垫层及材料等。
⑴桩长设计。素混凝土桩要求桩端落在较好的地层上, 因此, 桩长是复合地基设计时首先要确定的参数, 它取决于建筑物对承载力和变形的要求和土质条件等因素, 根据岩土工程勘察报告提供的场地各层土的主要工程性能指标, 以⑸层卵石为桩端持力层, 设计桩长10m。
⑵桩径设计。桩径取决于所选用的施工设备, 本工程拟采用长螺旋钻孔、管内泵压混凝土成桩, 设计桩径为600mm, 桩身混凝土强度等级C25。
⑶桩距。素混凝土桩采用正三角形布桩, 桩间距2m, 素混凝土桩设计时, 可以考虑上部结构荷载的分布特征, 根据结构荷载的分布进行局部调整布桩密度, 适应性地调整复合地基的自身刚度, 面积置换率10%, 本工程共用桩173根。
⑷褥垫层设计。复合地基形成后, 需在基础与地基间设置厚度300~400mm的褥垫层, 褥垫层保证桩和土共同承担荷载, 褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石, 粒径不大于30mm。本工程采用300mm的沙石褥垫层, 砂石褥垫层边缘出桩基边缘500mm。
桩平面布置图见图1。
4.2 素混凝土桩的设计计算
4.2.1 单桩承载力初步设计
素混凝土单桩桩承载力特征值初步设计时可按下式计算:
式中:
Ra———单桩承载力特征值 (k N) ;
up———桩的周长 (m) ;
n———桩长范围内所划分的土层数;
qsi, qp———桩周第i层土的侧摩阻力、桩端阻力特征值 (KPa) ;
Ap———桩的截面积 (m2) ;
li———第i层土的厚度 (m) 。
根据岩土工程勘察报告提供的场地各层土的主要工程性能指标和有关国家规范进行计算, 同时对桩身混凝土强度等级C25满足要求。依据计算结果并考虑安全系数, 单桩承载力特征值为1560 k N。
4.2.2 复合地基承载力初步设计
素混凝土桩复合地基承载力特征值初步设计时可按下式计算:
fspk———复合地基承载力特征值 (k Pa) ;
m———面积置换率;
β———桩间土承载力折减系数, 设计时取值为0.8。
fsk———处理后桩间土承载力特征值 (k Pa) 。
根据岩土工程勘察报告提供的场地各层土的主要工程性能指标和国家标准进行计算, 依据计算结果并考虑安全系数, 复合地基承载力特征值大于等于500k Pa。符合承载力要求。
4.2.3 复合地基变形设计
复合地基的沉降计算采用与实际结果符合较好的复合模量法。复合地基最终沉降量S包括加固土体的沉降量S1和下卧层沉降量S2, 有:
式中:
n1———加固区范围内土层分层数;
n2———沉降计算深度内土层总的分层数;
p0———对应于建筑物荷载标准值的基底附加压力 (k Pa) ;
Esi———基底下第i层桩间土的压缩模量 (MPa) ;
Zi, Zi-1———基底至第i层土、i-1层土底面的距离 (m) ;
ai, ai-1———基底下计算点至第i层、i–1层土底面范围内平均附加应力系数;
ξ———加固区土的模量提高系数, ξ=fspk/fak
ψ———沉降计算修正系数。
采用素混凝土桩进行地基处理以后复合土层的模量建议按表2采用。
由于拟建高层住宅楼体型不规则, 取等效的长度和宽度进行估算, 根据各高层建筑物的基底压力和各钻孔地层情况, 计算时, (4) 卵石夹圆砾、 (4-1) 中砂夹圆砾、 (5-1) 卵石的天然重度按20k N/m3采用; (4-3) 卵石、 (5) 卵石的天然重度按21k N/m3采用, (4-2) 粉质粘土夹粉土的天然重度按18k N/m3采用。计算得沉降量为12.8mm, 沉降差为1.3mm, 倾斜值为0.0001, 均满足规范要求。
5 结束语
从本工程看, 素混凝土桩复合地基对地基承载力提高幅度大, 减少地基变形明显, 地基处理后的复合地基承载力特征值和地基变形量都满足要求。本工程采用长螺旋钻孔管内泵压混凝土桩施工工艺, 设备简单, 施工过程质量容易控制, 低噪音无泥浆污染, 对环境影响较小, 同时素混凝土桩复合地基处理方法造价低, 工期相对较短, 具有较好的经济性和适用性, 应用前景十分广阔, 达到了良好的地基处理效果, 为类似工程积累了宝贵的经验。
参考文献
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