P.R.D復(fù)合地基設(shè)計(jì)

王康樂(lè) 葉 軍 劉 洋

(中國(guó)建筑韓國(guó)分公司，韓國(guó) 釜山 612-726)

P.R.D復(fù)合地基設(shè)計(jì)

王康樂(lè) 葉 軍 劉 洋

(中國(guó)建筑韓國(guó)分公司，韓國(guó) 釜山 612-726)

以韓國(guó)海云臺(tái)LCT綜合體項(xiàng)目P.R.D(Percussion Rotary Drilling)復(fù)合地基為背景，介紹了P.R.D復(fù)合地基的承載機(jī)理，并從設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)參數(shù)選取、承載力計(jì)算等方面闡述了具體的設(shè)計(jì)方法，為國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程的地基處理提供參考借鑒。

P.R.D復(fù)合地基，設(shè)計(jì)，承載力，計(jì)算

1 P.R.D復(fù)合地基概述

P.R.D樁(Percussion Rotary Drilling)類(lèi)似于鉆孔灌注樁，是采用套管和長(zhǎng)螺旋桿同時(shí)鉆進(jìn)(如遇到巖層，還可配合采用潛孔沖擊錘[1])，成孔后，放入鋼筋籠，澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)，之后再取出套管。其復(fù)合地基是由樁、樁間土或巖層，以及上部基礎(chǔ)與樁頂間的褥墊層組成。P.R.D復(fù)合地基具有承載力大、地基變形小的特點(diǎn)，適用于各種復(fù)雜地基，尤其在風(fēng)化巖層地基中，優(yōu)勢(shì)更加突出，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2 工程概要

韓國(guó)海云臺(tái)LCT綜合體項(xiàng)目臨近海邊，其地層的分層情況如下：

①填土層。層厚0.3 m～4.5 m，疏松；

②崩積層。層厚3.1 m～8.9 m，由粘土、粉土、碎石組成；

③殘積土層。層厚0.7 m～32.3 m，由粘土及風(fēng)化土層組成；

④風(fēng)化巖。層厚0 m～15 m，隨深度的增加，由全風(fēng)化到微風(fēng)化變化；

⑤軟巖。層厚0 m～40.8 m，未風(fēng)化巖層；

⑥硬巖。未穿透，未風(fēng)化的堅(jiān)硬巖層。

本項(xiàng)目由三棟塔樓及裙房組成，塔樓B呈“Y”字形，東西向長(zhǎng)約67 m，南北向?qū)捈s59 m，地下5層，地上85層，建筑高度331.1 m，采用4.5 m厚的筏形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高EL(-)18.900 m，基巖選用軟巖及硬巖。在塔樓B東北側(cè)的基礎(chǔ)下部，存在最大厚度22 m的風(fēng)化巖層，并緊鄰地連墻?？紤]到地連墻的安全性以及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)采用P.R.D復(fù)合地基，其平面位置如圖2所示。

3 P.R.D復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

3.1 P.R.D復(fù)合地基設(shè)計(jì)原則

1)滿足建筑物荷載對(duì)復(fù)合地基承載力要求。2)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)對(duì)建筑物地基變形的要求。3)滿足樁及樁間風(fēng)化巖層(或樁間土層)協(xié)調(diào)變形的要求。4)滿足周邊環(huán)境條件的要求[2]。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

1)P.R.D樁設(shè)計(jì)條件。

韓國(guó)海云臺(tái)LCT綜合體項(xiàng)目復(fù)合地基采用的P.R.D樁直徑1 000 mm(有效直徑975 mm)，長(zhǎng)度約為5 m～22 m，共58根，要求嵌入軟巖或硬巖2 m以上。加固后的復(fù)合地基承載力fa=2 300 kPa，最大單樁設(shè)計(jì)承載力P=8 500 kN,樁間風(fēng)化巖層最大承載力600 kPa。樁體采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)50 MPa，主筋強(qiáng)度f(wàn)y=500 MPa。

2)地層條件。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔內(nèi)載荷試驗(yàn)及巖石單軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合《New York City Building Code》及《Canadian Foundation Engineering Manual》的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出軟巖及風(fēng)化巖的允許承載力，并選取其中最小值作為承載力設(shè)計(jì)參數(shù)，如表1所示。

表1 軟巖及風(fēng)化巖設(shè)計(jì)承載力參數(shù)

3.3 承載力計(jì)算公式

1)樁端極限承載力計(jì)算公式。

樁端極限承載力計(jì)算按照下列所述三種公式分別計(jì)算，并取三種計(jì)算結(jié)果的最小值。利用孔內(nèi)載荷試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算樁端巖層單位面積的極限承載力qp時(shí)，采用《Canadian Foundation Engineering Manual》推薦公式，如下所示:

Qp=Ap×qp

(1)

qp=Kb×(pl-po)+σv

(2)

其中，Kb為入軟巖的深度與直徑比值相關(guān)常數(shù)；σv為基礎(chǔ)底面整體垂直應(yīng)力。

利用單軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算樁端巖層單位面積的極限承載力qp時(shí)，采用韓國(guó)的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》公式，如下所示。

qp=4.83×U0.51c

(3)

其中，Uc為單軸壓縮強(qiáng)度值。

利用單軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算樁端巖層單位面積的極限承載力qp時(shí)，也可采用韓國(guó)的《道路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》公式，如下所示:

qp=Uc×(Nφ+1.0)

(4)

其中，Uc為單軸壓縮強(qiáng)度值的1/5；Nφ為承載力系數(shù)，按tan2(45°+φ/2)計(jì)算。

2)樁周極限摩擦力計(jì)算公式。

利用孔內(nèi)載荷試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算樁周巖層單位面積的極限摩擦力qs，采用韓國(guó)的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》公式，如下所示:

(5)

其中，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(常采用0.55)；Su為巖層剪切強(qiáng)度。

采用《Canadian Foundation Engineering Manual》經(jīng)驗(yàn)曲線圖，選用巖石單軸壓縮強(qiáng)度與樁體混凝土強(qiáng)度兩者中的最小值，計(jì)算嵌入巖層樁周單位面積的極限摩擦力qs。

3.4 設(shè)計(jì)實(shí)例

1)根據(jù)上述樁端極限承載力及樁周極限摩擦力計(jì)算公式，韓國(guó)海云臺(tái)LCT綜合體項(xiàng)目P.R.D樁的風(fēng)化巖層計(jì)算結(jié)果如表2所示，軟巖計(jì)算結(jié)果如表3所示，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小值。

表2 風(fēng)化巖單位面積極限承載力 kN/m2

表3 軟巖單位面積極限承載力 kN/m2

2)下面舉例說(shuō)明最小樁長(zhǎng)5 m時(shí)，P.R.D樁的計(jì)算結(jié)果。

樁直徑：1 000 mm(有效直徑975 mm)；樁長(zhǎng)：風(fēng)化巖內(nèi)3 m+軟巖內(nèi)2 m；設(shè)計(jì)要求承載力：P=8 500 kN。

樁周極限摩擦力(風(fēng)化巖+軟巖)：Qs=(π×D×L×qs)+(π×D×L×qs)=(π×0.975×3×700)+(π×0.975×2×12 000)=13 784 kN。

允許承載力：Qt=Qs+Qp=(13 784+20 158)÷3=11 314 kN>P=8 500 kN。

本項(xiàng)目P.R.D樁是抗沉降及巖層加固用樁，可支撐極限荷載的70%～80%，與基礎(chǔ)樁不同。參照《Canadian Foundation Engineering Manual》，可采用較小的安全率(約1.3)。然而，考慮到本項(xiàng)目屬于超高層建筑，采用較保守的安全率3.0進(jìn)行允許承載力計(jì)算。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

上部結(jié)構(gòu)物施工階段及施工完成后，作用于P.R.D樁的上部結(jié)構(gòu)物荷載，主要由樁周摩擦力及樁端承載力分擔(dān)。通過(guò)模擬上部結(jié)構(gòu)物荷載，分別測(cè)定樁端承載力、樁周摩擦力及樁位移，并分析得出P.R.D樁單位面積摩擦力及承載力在各地層的試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算選用的P.R.D樁設(shè)計(jì)參數(shù)是否合適，以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)承載力。若不滿足，需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)。

4.2 試驗(yàn)要求

本項(xiàng)目P.R.D試驗(yàn)樁選用5 m短樁及20 m長(zhǎng)樁，根據(jù)ASTM D1143/D1143M-07的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。短樁采用靜載試驗(yàn)方法及錨索反力系統(tǒng)，長(zhǎng)樁則采用雙向載荷試驗(yàn)方法及油壓系統(tǒng)加載。試驗(yàn)最大荷載為2倍以上的設(shè)計(jì)荷載(2×8 500 kN)，并進(jìn)行周期性加載，當(dāng)樁頭部位移達(dá)到樁直徑的10%，可判定為試驗(yàn)破壞[3]。

4.3 后期監(jiān)測(cè)

P.R.D復(fù)合地基施工時(shí)，需要安裝沉降監(jiān)測(cè)儀、傾斜監(jiān)測(cè)儀、土壓監(jiān)測(cè)儀、應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀，測(cè)定后期施工階段及正式使用階段P.R.D復(fù)合地基的沉降、傾斜及應(yīng)力應(yīng)變隨時(shí)間變化情況，確保建筑物的安全及為以后的P.R.D復(fù)合地基設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

5 結(jié)語(yǔ)

1)P.R.D樁適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件，在韓國(guó)超高層建筑及橋梁工程中應(yīng)用廣泛。其復(fù)合地基具有變形小，地基承載力高，施工機(jī)械化程度高，施工速度快，不受氣候影響，經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。

2)以韓國(guó)海云臺(tái)LCT綜合體項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例，介紹P.R.D復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法，并計(jì)算證明地基承載力得到極大提高，地基變形得以很大程度的降低，為國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程的地基處理設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

[1] 雷 斌，尚增第，宋明智.填石層潛孔錘全護(hù)筒跟管鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2013(6):89-91.

[2] 李 娟.某工程CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2012，38(8)：62-63.

[3] 建筑工程標(biāo)準(zhǔn)仕方書(shū)[S].

The design of P.R.D composite ground

Wang Kangle Ye Jun Liu Yang

(ChinaBuildingKoreaBranchCompany,Fushan612-726,Korea)

Taking P.R.D (Percussion Rotary Drilling)composite foundation of LCT comprehensive project in Haiyuntai of Korea as the background, the paper introduces the bearing mechanism of P.R.D composite foundation, and describes its specific design methods from aspects of design principles, design parameter selection and bearing capacity computation and so on, which has provided some guidance for similar domestic engineering foundation treatment.

P.R.D composite foundation, design, bearing capacity, computation

2014-12-12

王康樂(lè)(1989- )，男，助理工程師； 葉 軍(1962- )，男，高級(jí)工程師； 劉 洋(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)06-0090-02

TU470

A