成都地区某一厂房独立基础下CFG桩复合地基的应用.pdf

成都地区某一厂房独立基础下 桩复合地基的应用周伟建张 勇曾 俊王 伟马小龙(中远交科设计咨询有限公司四川 成都)收稿日期:作者简介:周伟建()男四川邛崃人硕士工程师主要从事岩土工程勘察与设计理论及应用研究工作摘 要:以成都邛崃天府新区新能源新材料产业功能区某厂房独立基础下 桩复合地基处理为例通过现场工程地质勘察与室内土工试验为基础结合该工法的各要素受力特点对各项设计参数进行经济合理地选取从而更好发挥出 桩复合地基承载力高、抗变形性能好及抵抗细粒土地震液化的优势 通过后期地基基础检测显示 桩复合地基处理满足相关规范和设计要求说明该工程的应用实例可拓展到该地区类似工程的参考与借鉴使用关键词:独立基础 桩复合地基设计参数地基基础检测中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言作为中国西部地区国家重要中心城市之一的成都城市空间与格局在秉持“东进、南拓、西控、北改、中优”的协同化发展加上高起点规划建设成都东部新区的理念下实现从“两山夹一城”到“一山连两翼”的巨变成、德、眉、资同城化发展走深走实成都平原经济圈蓬勃飞跃众多产业集群应运而生 该类产城选址区大多位于成都盆地河流阶地之上地层也多以粉质黏土、黏土、粉土及卵石层为主而天府新区新能源新材料产业功能区(东至新津交界处西至南河北至天新邛快速路南至成新蒲快速路以南 )作为一个缩影工业园区内大量厂房等构(建)筑物所在厂址区均位于级阶地之上如何充分利用既有工程地质条件实现地基的承载力、压缩变形及抗地震液化要求显得尤为重要 桩复合地基处理在此作为典型实例工法可成功实现诸多厂房基础所需相关地基指标要求鉴于目前多数研究成果集中关注 桩复合地基的相关力学机理性研究而将理论性研究成果与实际工程应用案例双向结合的范例相对较少本文结合具体的工程实际案例选取各项设计参数进行地基处理设计工作可为成都地区类似阶地地质条件下的独立基础厂房地基处理工作提供实例参考以期为该地区的工程经济建设提供经验与依据支撑 工程概况 工程简况本工程地处成都邛崃市羊安镇拟建场地原为耕地大部分地段目前为新近填方区整体地形较为平坦场地地貌单元属平坝区侵蚀堆积地形的河漫滩、级阶地勘察时测得勘探点地面高程为 该厂房建设项目包含 栋生产车间及门卫、辅助用房其中生产车间均属地上 层轻钢结构门卫与辅助用房分属地上 层钢框架、带 层地下室的地上 层框架结构整个建设场地 标高为 各生产车间均拟采用独立基础基础预计埋深 本次地基处理仅需针对各生产车间基底以下粉质黏土、粉土、粉砂及松散卵石层进行 桩复合地基加固处理要求处理后的复合地基承载力 复合地基压缩模量 考虑到场地细粒土层之下为卵石层若采用预应力混凝土管桩或灌注桩易于出现断桩太多、施工困难、工期长且造价高等弊端 综合以上所述决定采用长螺旋钻孔 桩对各生产车间地基进行处理 通过细致的理论计算分析进而提出技术可靠、造价经济的长螺旋钻孔 桩方案进行建筑地基处理以满足场地工后沉降、建(构)筑物不均匀沉降等要求 工程地质和水文地质综合现场地层露头典型地质剖面实录(见图)同时结合实际钻探揭露地层信息可将项目区场地土自地表向下依次划分为:第四系全新统人工填土()(杂填土、耕土)钻探揭露厚度 、第四系全新统冲洪积()层(粉质黏土、粉土)钻探揭露厚度 、第四系全新统冲洪积()粉砂钻探揭露厚度 及第四系全新统冲洪积()卵石土(松散 密实)未揭穿各土层物理力学性能参数值具体见表图 地层露头实录剖面图本场地附近地表水主要为小南河地表水(主要用于排灌)区内河流滩浅弯曲强暴雨期易形成排泄不畅导致涝灾对施工有一定的影响地下水类型主要为第四系堆积层孔隙水其赋存形式主要为上层滞水、含卵石土层中的孔隙潜水 地下水来源主要接受大气降水补给与小南河(斜江河支流)补给勘察期间为丰水期(月)在勘探钻孔内测得地下水位平均深度约 实测稳定水位绝对标高为 年变化幅度 对应其平均最高地下水位高程约为 地下水水量随季节而变化就近向低洼河沟处排泄地下水量总体丰富 场地内主要含水层为砂卵石层该层具较强的渗透性与含水性能根据笔者所在公司相似工程降水施工经验及相关资料结合本场地水文地质资料场地内含水层的综合渗透系数 可按/采用(因地下水无动水扰动条件且实际使用混凝土强度等级高于设计强度等级故未采取降水措施)场地内地表水与地下水按湿润区、类环境、条件进行判定两者对混凝土结构、钢筋混凝土结构及钢结构中的钢筋与钢均具微腐蚀性据建筑抗震设计规范()(版)和中国地震动参数区划图()邛崃市抗震设防烈度为 度设计地震分组为第三组地震动峰值加速度值为 地震动反应谱特征周期 (桩复合地基可有助于处理细粒土液化)表 地基土物理力学指标一览表土层名称及代号天然重度/()地基承载力特征值/压缩模量/变形模量/粘聚力/内摩擦角/()桩侧阻力特征值/桩端阻力特征值/素填土 耕土 粉质黏土 粉土 粉砂 松散卵石 稍密卵石 中密卵石 密实卵石 桩复合地基处理方案设计 设计方案宗旨目标 桩复合地基的核心要义就是如何将 桩需通过褥垫层耦合桩间土构成“三位一体”的桩土共同受荷复合地基为发挥其承载力提高幅度大、地基变形小的优点方案设计阶段有必要联系各设计参数与对应受力特点以便充分利用 桩复合地基桩长作用与桩的端阻效应从而提高复合地基承载力与复合模量 下文通过合理选取设计参数(桩长、桩径、桩间距、桩身强度、褥垫层厚度及材料)充分体现 桩复合地基中桩越长桩周土侧阻力、桩端土端阻力越大单桩承载力和复合地基承载力越高模量提高系数 越大复合模量越大的特点 设计阶段设计计算 桩的几何尺寸参数(桩长、桩径)本文以某生产车间的基础形式作为计算算例根据地勘报告中“工程地质剖面图”及土的物理力学指标本着选取承载力和压缩模量相对较高的土层作为桩端持力层的原则 在本区域内取不利钻孔(对应孔口标高 )地层情况计算(表层种植土清除后以砂卵石回填至基础底板标高)桩顶标高为基础底板标高()以下(对应标高 该 作为 褥垫层及 基础垫层预留厚度)综合考虑场地内稍密卵石属于较为理想的桩端持力层同时要求桩端进入稍密卵石层不应小于 本案例中桩侧土情况见表 兼顾施工可操作性桩长 场地应三通一平为保证施工方便宜在整平地面后开始施工桩顶超灌高度宜比基底(复合地基褥垫层底)高出不低于 有效桩长自复合地基褥垫层底起算(桩顶 桩的桩体强度低无法满足要求)表 地层参数选取表参数桩侧土层桩端土层素填土粉土粉砂稍密卵石厚度/()/桩径取决于设计时所选用的成桩设备 根据成都地区 桩复合地基处理工程经验选择长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩同时结合在足够刚度独立基础下的复合地基中其成桩直径宜取 由此综合取定桩径为 符合成都地区施工经验 估算设计所需承载力 条件下的置换率 在桩长、桩径 确定后选用勘察报告中建议桩间土地基承载力 从而可计算单桩承载力 和设计所需地基承载力 条件下对应的置换率)单桩承载力 计算:桩端土为稍密卵石层取 桩径为 单桩承载力特征值为:式中:为单桩竖向承载力特征值为桩的周长 ()为桩侧第 层土的侧阻力特征值为桩周第 层土的厚度为桩端端阻力发挥系数 (规范建议值为 )为桩端端阻力特征值以稍密卵石为桩端持力层取 为桩的截面积 /)设计所需地基承载力 条件下对应的置换率 计算:在已知天然地基承载力特征值、单桩承载力特征值 和复合地基承载力特征值 根据复合地基的承载力计算公式:(/)()得 式中:为复合地基承载力特征值 为单桩承载力发挥系数 (规范:保守取值为 )为桩间天然地基土承载力折减系数 (规范为 保守取值为 )为处理后桩间地基土承载力特征值()取 (长螺旋钻成孔工艺按对桩间土不产生扰动考虑取天然地基承载力特征值)桩间距 与布桩方式一般地对于大面积布桩来讲确定面积置换率 之后套用大面积布桩对应桩间距 经验公式确定桩间距但本案例中为独立基础下布桩不同的基础形式背景下桩体对原地基土的置换面积是不同的不可不分基础形式而选用等效圆直径的方法进行置换率计算进而错误地确定桩间距桩间距当对于采用非挤土、部分挤土成桩工艺桩间距宜为 倍桩径 对应本例为 对于独立基础形式下的桩位布置要求:基础边缘到边桩的中心距一般不宜小于一个桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不宜小于 同时实际布桩数要比理论布桩数多一般来说多左右 对于单一桩型的独立基础之下的复合地基面积置换率应使用独立基础面积和该面积范围内实际布置桩孔数量计算 /综合考虑拟建物基础形式及基础截面尺寸以及复合地基承载力对应置换率 要求可确定 桩平面布置见图(此处是一个调参、布桩的重复验证过程)()桩孔平面分布图()桩身纵向剖面图图 桩设计平、纵布置成果图 桩身强度 下限值桩体试块抗压强度平均值应满足:/式中:为标养条件下 龄期的立方体抗压平均强度为单桩竖向承载力特征值 为桩的截面积 为单桩承载力发挥系数按以往工程经验取 经计算得 结合现场实际情况与成都地区施工经验本项目采用长螺旋钻进进行施工其桩身材料拟采用 商品混凝土是满足要求的(素混凝土桩受力与变形特性无异于水泥粉煤灰碎石桩)设计复合地基承载力特征值安全值)复合地基承载力复合地基面积置换率 见图 其中实际置换率最小值 (初步计算值)当 时根据上述公式 (/)()得:复合地基承载力特征值安全值(最小值)满足设计要求)实际置换率最小值 对应复合地基单桩竖向承载力:由公式 (/)()知 预估 满足设计要求 经初步设计估算在满足单桩承载力特征值 的情况下此种布桩方式满足下部复合地基承载力设计要求实际复合地基承载力根据最终检测结果确定 估算复合地基压缩模量值 地基处理后的变形计算着重探讨复合地基的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 倍它与处理后复合地基承载力和桩间土承载力比值成正比关系是土性、桩身材料、桩位平面分布、桩孔尺寸、桩土作用的综合表征参数按勘察报告该层(素填土)天然地基压缩模量 可取 /则复合地基的压缩模量 结合实际地质情况处理后复合地基压缩模量能够满足建筑物的沉降要求具体的压缩模量应根据静载试验结果算取 褥垫层厚度及材料本工业厂房所用独立基础具有较高的刚度在具备适宜褥垫层厚度条件下可以调整桩土应力分配使得桩更多分担上部荷载桩土应力比大于 桩顶和基础之间应设置褥垫层褥垫层厚度宜为桩径的 压实后褥垫层厚度取 褥垫材料宜采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等最大粒径不宜大于 砂石配比为 或最大粒径不宜大于 褥垫层的铺设宽度应大于基础外边线 褥垫层夯实可采用静力压实法(当基础底面下桩间土含水量较低时也可采用动力夯实法)夯填度 桩复合地基处理处理效果验证竣工验收阶段加固效果检验及验收要求:桩复合地基检测应在 桩施工结束 (或桩身强度达到设计要求)后抽取不少于总桩数的 进行桩身完整性检测并结合桩身完整性抽取不少于总桩数的且每个单体工程不少于 点进行单桩复合静载荷试验抽取不少于总桩数的且每个单体工程不少于 点进行单桩静载荷试验相关检测结果见表 表 桩复合地基处理地基基础检测结果表检测项目试验成果检桩数量检测结果备注 桩低应变检测反射波实测信号曲线 根(总桩数 根)均为类桩时域信号特征综合判定 桩复合地基静载荷试验 曲线 根(总桩数 根)平缓曲线取/所对应的荷载其值不应大于最大加载荷载的一半复合地基增强体单桩静载荷试验 曲 线、曲线 根(总桩数 根)缓变型曲线加载至最大试验荷载未达到极限荷载单桩竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载值 结 论)桩设计成败关键首先要重视勘察资料对现场的岩土性状有较为透彻的把握选择最不利地质剖面进行设计其次选择较为理想的层位(承载力和压缩模量相对较高的土层)作为桩端的持力层对于承载力及变形量控制能起到极为明显的作用再者调整桩长、桩间距优化设计方案在满足承载力和变形的前提下可以通过调整桩长来调整桩距桩越长桩间距可以越大以期满足承载力及变形参数的要求 作为桩土复合地基处理技术手段 桩有更高的粘结性较难出现压胀形变通过桩端的阻力和桩侧的摩擦力将受力传导至地基深处因此具有更高的承载力而褥垫层的作用可以确保 桩和土层同时承受荷载作用利用 桩和天然土层共同承担荷载以实现对地基的加固避免后期出现不均匀沉降)设计阶段关键参数取值注意:面积置换率 需区分是