探討長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的實(shí)際應(yīng)用

紀(jì)翠紅

【摘 要】CFG樁與碎石樁相組合所生產(chǎn)出的的長(zhǎng)短樁符合地基能夠極為有效的解決地質(zhì)層出現(xiàn)嚴(yán)重液化現(xiàn)象的地基，將地基土層中的液化現(xiàn)象完全消除，提高地基強(qiáng)度，以此來滿足高層建筑對(duì)于地基承載力的需要以及對(duì)變形范圍的要求。本篇文章主要對(duì)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在高層建筑液化土層中的應(yīng)用進(jìn)行了全面詳細(xì)的闡述，以期為其他建筑工程修建過程中提供參考。

【關(guān)鍵詞】長(zhǎng)短樁復(fù)合地基；高層建筑；液化地基；承載力；沉降

長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基指的是利用兩種以上的不同長(zhǎng)度豎向的增強(qiáng)體以及樁體來增強(qiáng)地基土層，提升地基荷載能力的一種地基處理措施。這種措施不但能夠有效的解決土層液化現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，還能夠?qū)?fù)合地基的承載力以及沉降進(jìn)行改善。這一施工技術(shù)是近新興的復(fù)合地基處理技術(shù)。在使用長(zhǎng)短樁復(fù)合地基技術(shù)進(jìn)行施工的過程中，其長(zhǎng)短樁主要是通過不同材料制造而成，再將不同樁體進(jìn)行組合。下文主要對(duì)使用CFG樁體來與碎石樁進(jìn)行長(zhǎng)短不同的組合，將其應(yīng)用到液化土層中的案例進(jìn)行了研究。

0.工程概況

我國(guó)某處的商住樓整體的結(jié)構(gòu)形式雙子塔樓結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)美觀別致，平面形狀為矩形。每個(gè)塔樓的長(zhǎng)度和寬度均為39米，地上部分為24層，其中四層辦公樓，20層住宅樓，地下為1層。主樓的主要建筑結(jié)構(gòu)形式為剪刀墻結(jié)構(gòu)，以筏板為基礎(chǔ)，板底較高。基礎(chǔ)第三層為粘土層，主要是在這一層添加筏板，地下水約在地下一米處。由于這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，天然的承載能力不能滿足主樓的承重量，因此需要對(duì)整個(gè)地基進(jìn)行加固處理，處理的方式是采用碎石樁和cfg樁相結(jié)合的復(fù)式地基形式。其中碎石樁的直接在40厘米，長(zhǎng)度需達(dá)到9米左右，樁端處于粉砂層內(nèi)，CFG樁的直徑也在40厘米范圍內(nèi)，但長(zhǎng)度需要達(dá)到13米，也處于粉砂層內(nèi)。這兩種樁體均采用三角形的布置結(jié)構(gòu)，要形成一定的間距。

1.工程地質(zhì)條件及長(zhǎng)短樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1.1工程地質(zhì)條件

根據(jù)場(chǎng)地的具體情況和基本的勘查數(shù)據(jù)得知，這塊場(chǎng)地地勢(shì)平坦，適合用于塔樓的建筑，同時(shí)該場(chǎng)地的地勢(shì)結(jié)構(gòu)為沖擊平原結(jié)構(gòu)，受力程度比較均勻，承載能力較好。

1.2長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算

在樁體的長(zhǎng)短設(shè)計(jì)上，首先需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行勘查，提出合理的設(shè)計(jì)方案。需要注意的是，碎石樁復(fù)合地基的承載能力在120kpa范圍內(nèi)，而cfg樁的承載力的最大限度為550kN，碎石樁加CFG樁復(fù)合地基承載力特征值不小于308kPa。因此兩者在復(fù)合時(shí)，需要考慮到極限設(shè)置。

1.2.1復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)計(jì)算

復(fù)合地基承載力計(jì)算公式為：

公式中：m1、m2分別指的是長(zhǎng)樁體與短樁體這兩者之間所存在的置換率；β1、β2則分別指的是端莊體樁體之間所存在的強(qiáng)度折減數(shù)值；Ra1、Ra2主要指的是長(zhǎng)樁體、短單樁這兩個(gè)豎向樁體承載能力的特征值，該數(shù)值主要是通過樁身的強(qiáng)度所決定的單樁承載力以及靜載承載力來確定。Ap1、Ap2這兩個(gè)數(shù)據(jù)主要指的是長(zhǎng)樁體與短樁體這兩者的截面面積；fspk、fsk主要指的是復(fù)合地基以及樁間土這兩者自身所具有的承載力特性。

本工程中，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)基礎(chǔ)樁位平面布置為正三角形布置， 樁距均為1200mm，長(zhǎng)樁、短樁的置換率均為m1=m2=0.101。

（1）CFG單樁豎向承載力特征值及單樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算。

單樁豎向極限承載力公式為：

Ru=up∑qsili+Apqp （2）

相應(yīng)的單樁豎向承載力特征值：

Ral=jRu/2=661.1 kN/2=330.6kN。

CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式fspkl為：

fspkl=344.9kPa。

（2）碎石樁設(shè)計(jì)：設(shè)碎石樁復(fù)合地基承載力特征值f′spk=120kPa，

由式（4）計(jì)算得Ra2=26.3kN。

式中：f′spk為碎石樁處理后地基承載力特征值。

（3）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算：

將計(jì)算結(jié)果代入公式（1）得352.2kPa，此處β1、β2均取0.8。滿足原設(shè)計(jì)要求。

1.2.2復(fù)合地基沉降計(jì)算

（1）計(jì)算簡(jiǎn)圖。

沿豎直方向的計(jì)算沉降區(qū)域分為三部分：沿豎直方向的計(jì)算沉降區(qū)域分為三部分：長(zhǎng)短樁區(qū)域H1、長(zhǎng)樁區(qū)域H2、下臥層區(qū)域H3?；A(chǔ)底面處的附加壓力為P0=283kPa。

（2）沉降計(jì)算。

長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的沉降由三部分組成，即S=S1+S2+S3。在工程實(shí)踐中，對(duì)每部分的沉降計(jì)算可采用現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中建議的方法進(jìn)行計(jì)算。長(zhǎng)短樁復(fù)合地基沉降公式為：

式中：Sc為計(jì)算沉降量；SH1為H1區(qū)域的計(jì)算沉降量；SH2為H2區(qū)域的計(jì)算沉降量；SH3為H3區(qū)域的計(jì)算沉降量；ψ為沉降計(jì)算修正系數(shù)；P0為基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kPa）；Espi為天然土層與樁形成的復(fù)合模量或天然土的模量值；Zi、Zi-1分別為基礎(chǔ)底面至第i、i-1層土底面的距離（m）；ai、ai-1分別為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)；n1、n2、n3分別為H1區(qū)域、H2區(qū)域、H3區(qū)域內(nèi)土層數(shù)。地基處理后的變形計(jì)算按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

H1區(qū)域的復(fù)合壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ值可按下式[3]確定：

H2區(qū)域內(nèi)的復(fù)合壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ1倍，ζ1值可按下式[6]確定：

式中：fak

為基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值；fspkl

為CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值。地基沉降計(jì)算深度Zn根據(jù)規(guī)范應(yīng)滿足下列條件：

由該深度向上取1m所得的計(jì)算沉降量ΔS′n應(yīng)滿足下式要求：

ΔS′≤0.025ΔS′（8）

根據(jù)規(guī)范計(jì)算到第9-1層底滿足沉降計(jì)算要求，得總沉降為：

SC=ψ（SH1+SH2+SH3）=0.2×251.05=50.2mm

式中：ψ為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由壓縮模量的當(dāng)量值Es=25.74 MPa 查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）中表確定。

1.3復(fù)合地基檢測(cè)試驗(yàn)

1.3.1檢測(cè)內(nèi)容

（1）碎石樁樁體動(dòng)力觸探檢驗(yàn)和樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入檢驗(yàn)。

（2）CFG單樁豎向載荷試驗(yàn)。

（3）碎石樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)載荷板尺寸為1.21m2，碎石樁單樁復(fù)合地基承載力p-s曲線。

1.3.2 檢測(cè)結(jié)論

本文案例工程的碎石樁只要是在地面以下的6至7米左右，碎石樁的密度較低，而7至15米的樁體則具有較高的連續(xù)性以及密度。在對(duì)碎石樁采取一定的措施之后，樁間土所存在的液化現(xiàn)象已經(jīng)完全解決掉。CFG樁的單樁豎向承載力特征數(shù)值達(dá)到了275kN之后，其極限值能夠達(dá)到550kN，完全滿足高層建筑的需求。其碎石樁的復(fù)合地基承重特征數(shù)值也達(dá)到了120kPa，復(fù)合工程設(shè)計(jì)需要。

1.4 實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的對(duì)比

通過對(duì)整個(gè)建成完成的住宅建筑外墻上所不知的15個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)回饋的數(shù)據(jù)來看，均勻鋪設(shè)的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)基本一致。通過多統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)圖標(biāo)可以明顯看出，在整個(gè)住宅建筑的內(nèi)部裝修完畢之后，建筑所呈現(xiàn)出的平均沉降值為48mm，其計(jì)算結(jié)果完全符合工程設(shè)計(jì)要求。

2.結(jié)語

總而言之，從這個(gè)案例中得知，采用碎石樁和cfg樁結(jié)合的復(fù)合地基技術(shù)，可以解決高層建筑中的地基不穩(wěn)和地基液化的問題，也滿足了基本的沉降度。在施工的過程中，還需要考慮科學(xué)的方法，考慮到多種參數(shù)，提高復(fù)合地基的承載能力，確保施工能夠保質(zhì)保量的進(jìn)行。

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