高擋墻基礎(chǔ)下復(fù)合地基設(shè)計(jì)

吳 英 家

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

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高擋墻基礎(chǔ)下復(fù)合地基設(shè)計(jì)

吳 英 家

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

結(jié)合大同市某通風(fēng)機(jī)房工程的實(shí)際情況，確定了換填墊層聯(lián)合CFG樁復(fù)合地基方案，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范，闡述了復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方法，總結(jié)了CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工的注意事項(xiàng)，經(jīng)實(shí)踐證明，該地基處理方法滿(mǎn)足了高大擋土墻對(duì)地基承載力的要求。

軟弱地基，擋土墻，CFG樁，換填墊層

1 工程基本概況

本工程位于大同，為同煤集團(tuán)塔山礦井四老溝區(qū)南羊路新建通風(fēng)機(jī)房工程的地基工程。因地形高低不平，需要回填素土壓實(shí)作為工程場(chǎng)地，填土一側(cè)邊界為9 m高混凝土扶壁式擋墻,共126 m。工程先建造混凝土擋墻，然后在擋墻與山坡之間回填素土壓實(shí)，作為通風(fēng)機(jī)房的地基。擋墻的安全直接決定整個(gè)通風(fēng)機(jī)房的安全。

依據(jù)《同煤集團(tuán)塔山礦井四老溝區(qū)風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告》，擋墻所處位置原為礦上工業(yè)用水排水溝,第①層土土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，含水量大,層厚3 m～5 m，地基承載力特征值為70 kPa。第②層為粉質(zhì)粘土，但其厚度為5 m，地基承載力特征值為110 kPa。而第③層為泥巖，地基承載力特征值為250 kPa。擋墻總高9 m，埋深2 m，擋土7 m。由于地基層存在淤泥質(zhì)土，必須做地基處理。

2 地基處理的確定

由于擋土高度較大，擋墻設(shè)計(jì)基礎(chǔ)寬度按6 m設(shè)計(jì)，依據(jù)勘察單位提供的壓實(shí)填土物理參數(shù)，對(duì)擋墻進(jìn)行計(jì)算，擋墻墻趾處產(chǎn)生的最大壓力為357 kPa。設(shè)計(jì)最初是想使用換填墊層法，將淤泥質(zhì)土全部挖除，并回填碎石或礦渣，依據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，處理后的地基承載力特征值最理想的情況接近300 kPa?？紤]到下臥層的驗(yàn)算，仍需要將一定厚度的粉質(zhì)粘土置換為碎石或者礦渣。因本地的施工水平未必能將換填墊層的承載力做到300 kPa，再加上換填深度超出規(guī)范允許的一般范圍，所以?xún)H用換填墊層法不適合本工程，需進(jìn)一步做地基處理?？紤]做復(fù)合地基。由于表層土5 m深度范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)土，承載力低，仍需要挖除。由于壓實(shí)填土地基不存在濕陷性，也不存在欠固結(jié)狀態(tài)，在壓實(shí)填土地基上采用復(fù)合地基方案是可行的，由于要求的復(fù)合地基的地基承載力提高較大，首選剛性復(fù)合樁基。本工程選用CFG樁復(fù)合地基。

3 地基設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

GB 50007—2011建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范；JGJ 79—2010建筑地基處理技術(shù)規(guī)范；GB/T 50783—2012復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范。

3.2 換填墊層的設(shè)計(jì)

CFG樁復(fù)合地基適用于處理粘性土、粉土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。而對(duì)淤泥質(zhì)土,由于無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，所以應(yīng)完全挖除淤泥質(zhì)土。由于場(chǎng)地附近粉質(zhì)粘土較多,基于就地取材原則,換填材料選為粉質(zhì)粘土,且要求施工單位清除土料中的有機(jī)質(zhì)及粒徑大于50 mm顆粒。換填墊層總厚度為3 m，要求壓實(shí)系數(shù)大于0.97，考慮到當(dāng)?shù)厥┕に?要求墊層承載力特征值不小于150 kPa即可。

李：第14屆國(guó)際數(shù)學(xué)教育大會(huì)（ICME-14）2020年即將在上海市舉辦，作為本屆大會(huì)的國(guó)際程序委員會(huì)（IPC）主席，您能談一下國(guó)際數(shù)學(xué)教育大會(huì)（ICME）的基本情況嗎？

3.3 CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)

基底產(chǎn)生的最大壓力為357 kPa,平均壓力為300 kPa。初步選定樁徑0.4 m，樁間距1.7 m，正方形布置，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，樁長(zhǎng)11.5 m，進(jìn)入樁端持力層③層(泥巖層)不小于1 m。褥墊層厚度0.2 m，褥墊層材料為粗砂。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及換填墊層處理檢測(cè)報(bào)告提供的土層樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)下列公式初步估算單樁承載力特征值。依據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范,CFG樁單樁豎向承載力特征值按下式計(jì)算：

其中，up為樁的周長(zhǎng)，本工程為1.256 m；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，換填土層為32 kPa,粉土層為22 kPa，泥巖層為60 kPa；lpi為第i層土的厚度，換填層為3 m,粉土層5 m,泥巖層3.5 m；αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1；qp為樁端端阻力特征值，600 kPa；Ap為樁截面面積，0.125 6 m2。

經(jīng)計(jì)算，Ra=598 kN。

依據(jù)規(guī)范，復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式如下：

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，本工程要求為300 kPa；m為面積置換率,本工程為0.043 5；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為單樁的截面面積,m2；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；β為樁間土承載力折減系數(shù),取0.95；fsk為處理后樁間土承載力特征值，本工程為150 kPa。

經(jīng)計(jì)算fspk=302 kPa，滿(mǎn)足要求。

驗(yàn)收時(shí)，檢測(cè)單位檢測(cè)的三處復(fù)合地基的承載力特征分別為fspk1=294 kPa，fspk1=276 kPa，fspk1=306 kPa，平均值fspk=292 kPa基本接近估算值?？紤]到施工水平的限制，檢測(cè)結(jié)果基本滿(mǎn)足要求，若考慮復(fù)合地基承載力特征的深度修正時(shí)，復(fù)合地基的最終承載力特征為fspa=319 kPa，完全滿(mǎn)足基礎(chǔ)反力的要求。

樁體強(qiáng)度按下式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算CFG樁樁身強(qiáng)度取C20。

4 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 褥墊層的厚度

CFG樁復(fù)合地基中的樁體與基礎(chǔ)之間通過(guò)褥墊層過(guò)渡，樁頂與基礎(chǔ)不連接，由粗砂等散體材料組成褥墊。褥墊層保證樁土共同承擔(dān)荷載，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中，調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比，避免引起樁體的應(yīng)力集中，有效保證樁體的正常工作。當(dāng)樁、土都能達(dá)到各自的承載力時(shí)是最理想的。規(guī)范規(guī)定褥墊層的厚度宜為0.4～0.6樁徑，當(dāng)樁間土承載力較高，可取大值；當(dāng)樁間土承載力較低，可取小值，以保證發(fā)揮樁土各自的優(yōu)勢(shì)，考慮到當(dāng)?shù)厥┕に剑竟こ虛Q填墊層的承載力特征值定為不小于150 kPa,承載力相對(duì)較低，褥墊層厚度200 mm，為0.5倍樁徑。

4.2 樁徑的大小

在材料方量相同、樁長(zhǎng)相同、樁徑不同、樁數(shù)不同條件下，對(duì)各樁徑在單方材料下提供的承載力進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 不同樁徑單方材料提供的承載力

以上計(jì)算所需參數(shù)取本工程的泥巖的側(cè)阻特征值為60 kPa，樁的端阻特征值為600 kPa。對(duì)剛性樁而言，樁長(zhǎng)一定時(shí)，樁徑越大樁側(cè)面積越大，樁側(cè)阻力越大，單樁承載力也就越高。對(duì)于處理面積相同的場(chǎng)地，相同的材料總量，采用小直徑樁，樁的數(shù)量就越多，樁間距就越小，對(duì)樁間土的擠密作用就越強(qiáng)，這就增強(qiáng)了樁間土的承載力特征值，也增加了樁土的摩擦力，使得最終復(fù)合地基承載力的特征值變大，對(duì)地基沉降的阻止能力也增強(qiáng)。不過(guò)，樁徑越小，施工也不好控制，設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定。本工程設(shè)計(jì)前咨詢(xún)當(dāng)?shù)氐氖┕挝唬?00 mm樁徑效率較高，所以設(shè)計(jì)最終選400 mm樁徑。

4.3 樁身強(qiáng)度

樁體強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要是保證建筑物使用荷載條件下，樁體不發(fā)生破壞。若樁體強(qiáng)度遠(yuǎn)大于規(guī)范的計(jì)算值，便造成浪費(fèi)。由于建筑地基處理技術(shù)規(guī)范要求復(fù)合地基檢測(cè)最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求壓力的2倍，達(dá)到最大加載量時(shí)，樁和土不一定同時(shí)達(dá)到各自的極限承載力，若樁體材料強(qiáng)度不足，有可能先于樁間土破壞，所以樁體材料強(qiáng)度也不能太小，應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，特別是進(jìn)行了復(fù)合地基承載力特征值深度修正的CFG樁。本工程地基檢測(cè)的承載力特征值略小于設(shè)計(jì)估算值，檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量也有限，所以最后考慮深度修正，以策安全，而反算得到的材料強(qiáng)度則達(dá)到C20。

5 CFG樁復(fù)合地基施工應(yīng)注意的問(wèn)題

1)CFG樁的施工，應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)情況，選用合理的機(jī)具，防止樁端產(chǎn)生虛土，樁無(wú)端阻。

2)樁在設(shè)計(jì)標(biāo)高以上需截?cái)啵財(cái)鄳?yīng)滿(mǎn)足相關(guān)要求，防止樁身斷裂，同時(shí)注意樁間土的保護(hù)。

3)褥墊層材料多為粗砂、中砂或級(jí)配碎石，碎石粒徑宜為8 mm～20 mm，不宜選用卵石，卵石咬合力較弱，施工容易使褥墊層厚度不均勻。

6 結(jié)語(yǔ)

目前該通風(fēng)機(jī)房已正常運(yùn)行使用，在復(fù)雜的地形及地質(zhì)條件下，換填墊層處理聯(lián)合CFG樁復(fù)合地基的聯(lián)合使用，滿(mǎn)足了高大擋土墻對(duì)地基承載力的要求。大同地區(qū)CFG樁復(fù)合地基的使用較少，該工程為當(dāng)?shù)氐腃FG樁復(fù)合地基的使用積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。特別是換填墊層的使用，在普通CFG復(fù)合地基基礎(chǔ)上又加強(qiáng)了樁間土的承載力特征值。墊層材料的合理選用，使得復(fù)合地基承載力可比不做換填墊層的CFG樁復(fù)合地基承載力再高出100 kPa～200 kPa。從安全、經(jīng)濟(jì)、適用角度來(lái)看，該地基處理方法，可以應(yīng)用到更多工程當(dāng)中，特別是對(duì)地基承載力要求較高或?qū)Τ两涤幸欢ㄒ蟮墓こ烫峁﹨⒖純r(jià)值。

[1] 閆明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 朱丙寅,婁 宇,楊 琦.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及實(shí)例分析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[3] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB/T 50783—2012,復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].

On composite foundation design under high retaining wall basement

Wu Yingjia

(Datong Mining Group Design and Research Institute Co., Ltd, Datong 037003, China)

Combining with the fact of the some ventilation machine room in Datong City, the identifies the replacement cushion integrated CFG pile composite foundation scheme, illustrates the design methods of the composite foundation according to the related regulations, and sums up precautions for the composite foundation design and construction of the CFG pile, and proves by the practice that the foundation treatment method meets the demands of the high retaining wall for the foundation’s loading capacity.

weak foundation, retaining wall, CFG pile, replacement cushion

1009-6825(2017)08-0054-02

2017-01-05

吳英家(1984- )，男，碩士，工程師

TU473

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