剛性復(fù)合地基勁性體的應(yīng)用分析

劉鴻權(quán)

摘要：通過對(duì)剛性復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體——?jiǎng)判泽w（說明：本文指預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體）的產(chǎn)品性能和特點(diǎn)進(jìn)行分析；結(jié)合工程案例分析勁性體在復(fù)合地基應(yīng)用的技術(shù)特征、工程特性；很好地避免了目前廣泛使用的素混凝土樁、攪拌樁等作為復(fù)合地基的增強(qiáng)體在施工中質(zhì)量控制的隨意性，拓寬了建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)處理的新領(lǐng)域。

Abstract： Based on the analysis of product performance and characteristics of rigid composite foundation vertical reinforcement-stiff body （this article refers to the prestressed concrete stiff body）， the technical characteristics and engineering characteristics of the application of the stiff body in the composite foundation are analyzed with engineering case. It can well avoid the quality control problem of the widely used concrete piles， mixing piles， etc. as a composite foundation reinforcement， thus broadening the foundation design and foundation treatment area.

關(guān)鍵詞：勁性體；復(fù)合地基；工程應(yīng)用；技術(shù)特征

Key words： stiff body；composite foundation；engineering application；technical characteristics

中圖分類號(hào)：TU431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）03-0146-02

1 概述

在建筑工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域中，復(fù)合地基的技術(shù)設(shè)計(jì)和處理占了很大的比重。為了拓寬設(shè)計(jì)復(fù)合地基的基礎(chǔ)處理和預(yù)制混凝土構(gòu)件的結(jié)合優(yōu)化及其應(yīng)用，更好地貫徹國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到安全適用、質(zhì)量確保、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、綠色環(huán)保。針對(duì)目前廣泛使用的剛性樁復(fù)合地基，多以CFG等素混凝土樁作為復(fù)合地基的豎向增強(qiáng)體，施工中容易產(chǎn)生堵管、竄孔、縮頸、夾泥等質(zhì)量問題，檢測(cè)和質(zhì)量控制受到局限。目前新開發(fā)的一種通過工廠化預(yù)制，加少量預(yù)應(yīng)力鋼筋，薄壁高強(qiáng)度的混凝土勁性體，作為剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的豎向增強(qiáng)體，效果更佳，質(zhì)量可控，很好地解決了CFG樁容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，拓寬了建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)處理的新領(lǐng)域。

1.1 產(chǎn)品的特征

①壁厚明顯小于作為樁基礎(chǔ)使用的管樁壁厚?？紤]到作為復(fù)合地基的增強(qiáng)體使用，荷載由樁土共同作用，外加褥墊層調(diào)節(jié)和筏板基礎(chǔ)，樁身豎向承載力較小。②配筋率為0.35%～0.55%之間，混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力較低，一般為3.3～4.3MPa，預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體的抗彎性能較低。因?yàn)橹豢紤]能滿足生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程中的抗裂要求，而對(duì)使用階段的水平荷載有特殊要求的需另行計(jì)算。③保護(hù)層較小。因壁厚限制，并主要考慮到砼強(qiáng)度高（C60以上），凝材料用量多，水灰比小，又是離心成型，因此混凝土密實(shí)性、抗?jié)B性、耐久性均很好。

1.2 產(chǎn)品的特點(diǎn)

勁性體用做剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的豎向增強(qiáng)體，與目前廣泛使用的CFG比較，有以下顯著的特點(diǎn)：①自動(dòng)化工藝生產(chǎn)，規(guī)格齊全，對(duì)質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)科學(xué)先進(jìn)；②樁身混凝土強(qiáng)度高，有一定的抗裂性能；③單樁承載力高，更適合用作樁復(fù)合地基；④從生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和驗(yàn)收，時(shí)間緊湊，節(jié)省工期；⑤施工現(xiàn)場(chǎng)文明便捷，便于施工，便于管理；⑥工程基礎(chǔ)造價(jià)更加經(jīng)濟(jì)合理，綠色環(huán)保。

2 工程應(yīng)用

以邯鄲市邱縣東方新城6#樓勁性體復(fù)合地基為研究對(duì)象，擬建的6#樓為地上11層，地下2層，框剪結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深6.4m，基地壓力（標(biāo)準(zhǔn)組合）180kPa。天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體復(fù)合地基加固處理，總樁數(shù)為166根，設(shè)計(jì)樁型PPRC400*65，有效樁長12.0m。置換率m=4.6%，樁間距s=1.85m。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60。要求單樁豎向抗壓承載力特征值760kN，處理后復(fù)合地基承載力特征值不低于220kPa。

2.1 地層巖性

第（1）層土【Q42ml】：黃褐色，稍密，稍濕，含植物根系，以粉土及粉質(zhì)粘土為主。層厚約0.3～0.7m。

第（2）層粉土【Q42 （al+pl）】：黃褐色，稍密，稍濕～濕，搖振反應(yīng)中等，夾粉質(zhì)粘土薄層，含云母碎片及銹斑，干強(qiáng)度較低。屬中等壓縮性土。層頂埋深0.3～0.7m，層頂高35.10～37.21m，層厚3.5～6.3m。

第（3）層粉質(zhì)粘土【Q42 （al+pl）】：灰褐～褐黃色，可塑，夾粉土薄層，含少量小螺殼碎片，含少量姜石，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面稍光滑。屬中等壓縮性土。層頂埋深4.0～6.8m，層頂高程30.70～33.13m，層厚2.6～7.4m。

第（4）層粉細(xì)砂【Q42 （al+pl）】：黃褐色，中密，稍濕，主要成分為石英、云母，分選一般，級(jí)配較好，夾粉土薄層。層頂埋深7.8～12.4m，層頂高程25.02～29.59m，揭露層厚3.4～8.5m。

第（5）層細(xì)砂【Q41 （al+pl）】：黃褐色，中密，濕，以石英、長石為主，顆粒級(jí)配一般，夾粉土及粉質(zhì)薄層。層頂埋深14.9～16.4m，層頂高程20.68～22.52m，層厚2.5～5.7m。

第（6）層粉質(zhì)粘土【Q41 （al+pl）】：褐黃色，可塑～硬塑，中等韌性，光澤度中等，見大量鐵銹斑點(diǎn)，局部夾粉土薄層，含姜石，干強(qiáng)度中等。屬中等壓縮性土。層頂埋深18.2～21.0m，層頂高程16.54～19.21m，最大揭露層厚15.5m。所有鉆孔均未穿透該層。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

按照《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》要求對(duì)單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)。筆者在此只對(duì)單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)進(jìn)行分析論述。裝置圖見圖1。

①抽樣：本工程總樁數(shù)166根，根據(jù)規(guī)范要求單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)共抽檢3點(diǎn)，隨機(jī)抽取，檢測(cè)序號(hào)編號(hào)為J002、J004、J006。抽檢樁詳細(xì)描述見表1。

②試驗(yàn)點(diǎn)處理：采用方形承壓板，面積為3.43㎡。承壓板底面鋪設(shè)砂石墊層，厚度為100mm，千斤頂置于剛性壓板的中心。

③試驗(yàn)加載方式：將荷載等分為8級(jí)，逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，直至設(shè)計(jì)最大加載值，具體加載量見表2。

④現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集：每加一級(jí)荷載前后均各讀記承壓板沉降量一次，以后，每0.5h讀記一次。當(dāng)1h內(nèi)沉降量小于0.1mm時(shí)，即可加下一級(jí)荷載。

⑤終止加載條件：本次檢測(cè)J002、J004、J006均達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍。

2.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與評(píng)定

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表如表3所示。

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012綜合確定復(fù)合地基承載力特征值。結(jié)果見表4。

3 結(jié)合工程應(yīng)用綜合闡述以下幾點(diǎn)

3.1 勁性體復(fù)合地基應(yīng)用的技術(shù)特征

勁性體復(fù)合地基是剛性復(fù)合地基中的一種，是由剛度較大的預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體和樁間土共同分擔(dān)上部荷載，勁性體復(fù)合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基，具有承載力高、調(diào)整幅度大、沉降變形小、沉降穩(wěn)定較快等特點(diǎn)。在上部荷載作用下，大部分荷載由預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體承受。本身屬于擠土樁，樁周摩阻力能得到充分發(fā)揮，端阻力隨著荷載作用的時(shí)間及樁側(cè)阻力發(fā)揮的程度而逐漸增高。同時(shí)，樁頂褥墊層發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，是樁間土與樁身進(jìn)入共同工作狀態(tài)，逐漸形成復(fù)合地基。

3.2 勁性體復(fù)合地基的工程特性

3.2.1 勁性體復(fù)合地基承載力提高較大，且可調(diào)性強(qiáng)。樁長可以從幾米到20多米，可全樁發(fā)揮樁的側(cè)阻力。樁承擔(dān)的荷載占建筑總荷載一般在40%～70%之間，這樣使得復(fù)合地基承載力具有很大的可調(diào)性。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇樁徑規(guī)格，改變樁長、樁間距來達(dá)到不同的復(fù)合地基承載力。

3.2.2 勁性體復(fù)合地基的擠土效應(yīng)提高了樁間土承載力的利用效率。在估算復(fù)合地基承載力的時(shí)候，樁間土的發(fā)揮系數(shù)β可取0.95～1.0。勁性體作為復(fù)合地基的豎向增強(qiáng)體，沉降一般為10mm～20mm，樁間土承載力可以得到充分發(fā)揮。

3.2.3 勁性體復(fù)合地基的沉降較小，一般可控制在20mm以內(nèi)。勁性體可全樁長發(fā)揮側(cè)阻力，落在壓縮性較小的土層上自然明顯地提高了樁的端承作用。

4 結(jié)束語

建筑上遇到的復(fù)雜地質(zhì)情況使基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)越來越重要，其工程造價(jià)占整個(gè)工程總投資的比例越來越大。PRC混合配筋支護(hù)樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用，PHC高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁、PHS高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力空心方樁等在樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用也是非常普遍。目前廣泛應(yīng)用的鉆孔灌注樁、CFG樁在施工中極易出現(xiàn)以下缺陷，如：堵管、竄孔、夾泥、縮頸、斷樁等，還表現(xiàn)在施工速度慢，場(chǎng)地污染嚴(yán)重，成樁質(zhì)量難以保證，材料浪費(fèi)大，容易出現(xiàn)各種弊病。而預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，無論單樁還是復(fù)合承載力高，施工方便，節(jié)省投資，是一種較為理想的地基處理技術(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的推廣前景。

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