厚填土地區(qū)樁基負(fù)摩阻計(jì)算及案例分析

閆巨成

河北益坤巖土工程新技術(shù)有限公司 河北 秦皇島 050000

引言

填土場地地基承載力低，不滿足設(shè)計(jì)要求時，常見的解決辦法是強(qiáng)夯或采用樁基礎(chǔ)穿越填土層等。但因?yàn)樘钔翆拥酌嫫露绕鸱^大，填土層厚度深淺不一，采用強(qiáng)夯處理時極易產(chǎn)生不均勻沉降；采用樁基處理時，由于填土層緩慢沉降產(chǎn)生下拉荷載，設(shè)計(jì)時需考慮樁側(cè)的負(fù)摩阻力，且由于回填土對樁的側(cè)向約束不好，容易引起偏樁，還會增加樁身彎矩，不僅產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全隱患，而且也會造成過度的資源浪費(fèi)。

經(jīng)過多年工程實(shí)踐，結(jié)合項(xiàng)目工程實(shí)例，提出土擠密樁處理方法，并給出設(shè)計(jì)、施工、檢測等具體要求。

1 土擠密樁的優(yōu)勢

回填土場地由于回填工藝和施工時間的不同，回填效果也會有一定的差別，因而填土孔隙比、固結(jié)度等物理力學(xué)性質(zhì)差異較大。一般處理方法有強(qiáng)夯、擠密樁、樁基等方式。采用強(qiáng)夯時由于填土厚度不均勻，而夯擊能一定，就會產(chǎn)生局部層底處理不到位，容易產(chǎn)生不均勻沉降；采用樁基時，填土沉降會引起負(fù)摩阻力，可能會造成樁身破壞、樁端地基屈服或破壞以及上部結(jié)構(gòu)不均勻沉降等現(xiàn)象，因此，厚填土場基樁設(shè)計(jì)使用過程中要考慮由填土沉降引起的負(fù)摩阻力，成本增加顯著。如先期采用擠土樁、強(qiáng)夯等地基處理處理方法，將松散填土處理密實(shí)，消除負(fù)摩阻力，則能有效解決上述質(zhì)量隱患，縮短樁長，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。如地基承載力要求不高可采用土擠密樁復(fù)合地基形式，由于采用橫向擠密作用，可解決強(qiáng)夯處理產(chǎn)生的不均勻問題，素土擠密后承載力可達(dá)180kpa，并可就近取土，成本降低，質(zhì)量可靠[1]。

2 負(fù)摩阻力的計(jì)算及消除

根據(jù)樁基規(guī)范5.4條的相應(yīng)規(guī)定：

5.4.4 樁側(cè)負(fù)摩阻力及其引起的下拉荷載，當(dāng)無實(shí)測資料時可按下列規(guī)定計(jì)算：

中性點(diǎn)以上單樁樁周第i層土負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下列公式計(jì)算：

當(dāng)填土、自重濕陷性黃土濕陷、欠固結(jié)土層產(chǎn)生固結(jié)和地下水降低時：

考慮群樁效應(yīng)的基樁下拉荷載可按下式計(jì)算：

中性點(diǎn)深度ln應(yīng)按樁周土層沉降與樁沉降相等的條件計(jì)算確定，也可參照表1確定。

表1 中性點(diǎn)深度ln

上式中符號參見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ-94-2008。

實(shí)際控制減少負(fù)摩阻力的主要方法有如下幾種：

第一，設(shè)置隔離樁，防止基礎(chǔ)外填土或堆載引起的負(fù)摩阻力，保護(hù)樁承擔(dān)全部負(fù)摩阻力和填土的側(cè)向推力。第二，涂層法，（瀝青、樹脂、再生橡膠）適用于打入樁的影響。第三，預(yù)鉆孔法，適用打入樁的影響，中性點(diǎn)以下則不需鉆孔。第四，采取“抗”的措施，即是在樁基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)時，考慮負(fù)摩阻力作為下拉荷載的一部分，來進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。第五，先期采用擠土樁、強(qiáng)夯等地基處理處理方法，將松散填土處理密實(shí)，消除負(fù)摩阻。

3厚層填土處理案例分析唐山某工程，該項(xiàng)目填土主要成分為松散細(xì)砂并含少量建筑垃圾，填筑厚度差異較大，層厚差達(dá)8～12m，屬近期人工堆填而成，由于回填土年份較短，設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮填土對樁基的負(fù)摩阻力。

根據(jù)勘察所給出的地層情況進(jìn)行多方案論證：

表2

方案1 ：旋挖灌注樁 樁徑600 樁長35m，總樁數(shù)84根

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008表5.4.4-1中填土負(fù)摩阻力系數(shù)ξn可按0.40取值，新版樁基規(guī)范對負(fù)摩阻力的計(jì)算，基樁下拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值由土層自身計(jì)算并和正摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值相比較取小值。

計(jì)算時根據(jù)土層性質(zhì)和厚度不同，如深厚填土區(qū)下拉荷載較大，在計(jì)算負(fù)摩阻時應(yīng)控制不大于該土層的正摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。本工程勘察單位提供的正摩阻力極限值為40，則下拉荷載為按40計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)值。其他參數(shù)由地勘報(bào)告提供[2]。

由樁基規(guī)范，持力層為卵石時，中性點(diǎn)深度比為0.9，本次取全長進(jìn)行計(jì)算，選取最不利孔進(jìn)行負(fù)摩阻計(jì)算，即填土自承臺底深13.560m

承臺底面以上土自重引起的等效堆載：p=20×6.1=122kPa

素填土自重引起樁周土平均豎向有效應(yīng)力：20×13.56/2=135.6kPa

素填土樁周土平均豎向有效應(yīng)力：122+135.6=257.6kPa由地勘報(bào)告提供，摩阻力系數(shù)為0.4

qnsi計(jì)算值為103.04kPa，大于樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值40kPa因此，取qnsi=40kPa

根據(jù)單樁承載力計(jì)算，總樁數(shù)84根。

方案2 ：先用素土擠密樁處理填土，樁徑0.5m，樁長14m，中心距1m。檢測后再進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

主樓下地基原為14m左右的填土層，主要成分為松散細(xì)砂，經(jīng)過土擠密處理后的填土，地基承載力和壓縮模量均大幅提高，土的性質(zhì)可以作為基礎(chǔ)持力層了，這時應(yīng)計(jì)入這一部分土層的側(cè)阻，可以大幅提高單樁承載力。本工程處理后，樁間土采用標(biāo)貫試驗(yàn)檢測，共檢測10個點(diǎn)，每點(diǎn)沿土層厚度間隔一米測試一次，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析標(biāo)貫值大于15擊，處理后的填土層均達(dá)到中密狀態(tài)。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》處理后填土層側(cè)阻極限值可取40～50Kpa。

經(jīng)計(jì)算，保持原單樁承載力條件下，樁長為22.1m[3]。

方案3：車庫位置素土擠密樁處理填土，樁徑0.5m，平均樁長14m，樁間距距1m。

本工程處理后，進(jìn)行均勻性和復(fù)合地基承載力檢測，處理后的填土層各深度標(biāo)貫值統(tǒng)計(jì)分析均達(dá)到中密狀態(tài)，復(fù)合地基承載力達(dá)到140kpa，符合上部設(shè)計(jì)要求。

成本對比分析：灌注樁單方綜合造價(jià)1300元，素土擠密樁單方造價(jià)93元。

方案一：綜合成本約為（未考慮保護(hù)樁樁長及截樁頭清理樁間土等費(fèi)用）

π×0.32×35×84×980=814227元

方案二：綜合成本約為（未考慮保護(hù)樁樁長及截樁頭清理樁間土等費(fèi)用）

π×0.32×22.1×84×980+π×0.252×14×548×93=654149元

方案二：比較方案一單棟成本優(yōu)化約160077元

方案三：車庫部分原采用旋挖鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，填土處理面積約12000m2，節(jié)約造價(jià)400萬，且工期縮短50天[4]。

4 結(jié)束語

厚填土場地建設(shè)過程中應(yīng)充分注意不均勻填土對工程的危害，建議先采用地基處理提高填土壓實(shí)度，對于無法控制填土壓實(shí)度的地區(qū)，應(yīng)充分考慮基樁側(cè)摩阻力對結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。但是僅僅采取“抗”的措施，即是在樁基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)時，考慮負(fù)摩阻力作為下拉荷載的一部分，來進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，一方面會造成過度的資源浪費(fèi)，另一方面也解決不了由于土體下沉帶來的防水拉裂，主樓周邊土體下沉等質(zhì)量問題。預(yù)壓、強(qiáng)夯法、碎石樁、載體樁、素土擠密樁等均能有效處理厚層填土。設(shè)計(jì)人需要根據(jù)不同的場地條件，采取相應(yīng)的處理辦法，使設(shè)計(jì)更安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。