素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

張良

（河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況及地層參數(shù)

某地基處理工程位于A市東南區(qū)域，交通便利。主樓地上14層、地下2層，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)。天然地基坐落在第④層粉質(zhì)粘土或第⑤層中砂上，天然地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，須進(jìn)行處理。根據(jù)本工程設(shè)計(jì)要求及工程地質(zhì)情況，采用素混凝土樁處理地基，處理后復(fù)合地基承載力特征值不小于320kPa，控制沉降量不大于80mm，建筑的整體傾斜不大于0.25%。地質(zhì)情況見表1。

表1 項(xiàng)目基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層參數(shù)匯總表

2 素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本工程復(fù)合地基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，復(fù)合地基承載力特征值不小于320kPa。工程±0.000為絕對(duì)標(biāo)高56.650m，有效樁頂相對(duì)標(biāo)高均為-9.200m（其上為褥墊層、素砼墊層及防水層）。

2.1 素砼樁樁體設(shè)計(jì)參數(shù)

1）樁徑（D）；根據(jù)本地區(qū)機(jī)械設(shè)備確定，本工程取D=400mm。

2）樁長(zhǎng)（L）；根據(jù)地層情況，樁端持力層選擇均為第⑥層中砂，選取6個(gè)勘察點(diǎn)地層分別進(jìn)行計(jì)算，最終計(jì)算確定有效樁長(zhǎng)為13.00m。見表2。

表2 有效樁長(zhǎng)的確定（單位:m）

2.2 單樁承載力特征值（Ra）

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，本工程單樁承載力按公式法計(jì)算：

式中：qp—樁端阻力特征值（kPa）；Ap—樁體截面面積（m2）；up—樁身周長(zhǎng)（m）；qsi—樁側(cè)i土側(cè)摩阻力特征值（kPa）；αp—樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；li—按土層劃分的各段樁長(zhǎng)(m)。根據(jù)表2中6個(gè)勘察點(diǎn)和公式（1）及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定單樁承載力特征值Ra的綜合取值為470kN。

2.3 素砼樁面積置換率（m）

面積置換率采用式（2）進(jìn)行反算：

式中：fspk—復(fù)合地基承載力特征值；λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，均取0.90；Ra—單樁承載力特征值；Ap—單樁截面積，為0.1257m2；β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，均取0.90；fak—樁間土天然承載力特征值，均取140kPa。經(jīng)計(jì)算，3#樓最小面積置換率為5.99%。

2.4 計(jì)算樁體材料強(qiáng)度（fcu）

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按公式fcu≥4×Ra×λ÷Ap計(jì)算各樓所需樁體材料立方體抗壓強(qiáng)度平均值（邊長(zhǎng)150mm立方體試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d）為13.80MPa。綜合考慮本工程實(shí)際情況，樁體材料采用C20混凝土。

2.5 素砼樁的布置原則及樁間距的確定

1）素砼樁布置原則。根據(jù)本工程情況，素砼樁原則上在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置，采用矩形布置。

2）素砼樁間距。3#主樓樁間距為1.40×1.45，局部調(diào)整。

2.6 復(fù)合地基承載力特征值及下臥層驗(yàn)算

復(fù)合地基承載力采用式（2）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.7條規(guī)定，對(duì)樁端持力層及軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算，滿足要求。

2.7 復(fù)合地基變形驗(yàn)算

根據(jù)GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5條規(guī)定，計(jì)算復(fù)合地基沉降量。對(duì)四個(gè)角點(diǎn)和中心點(diǎn)分別進(jìn)行計(jì)算，3#樓最大沉降量小于80mm，見表3。

表3 沉降計(jì)算

2.8 整體傾斜驗(yàn)算

根據(jù)上一結(jié)果，3#樓的最大整體傾斜為0.000045。最大整體傾斜小于0.25%，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 檢測(cè)

檢測(cè)規(guī)范要求，單樁承載力為總樁數(shù)的0.5%，且數(shù)量不少于3個(gè)，單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的0.5%，且數(shù)量不少于3個(gè)，樁身完整性測(cè)試不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%。檢測(cè)后的單樁曲線單樁Q-S,s-lgt,s-lgQ及單樁復(fù)合P-S,s-lgt,s-lgp曲線如圖1所示。（圖中只給出一個(gè)單樁和一個(gè)單樁復(fù)合的檢測(cè)曲線）

圖1 檢驗(yàn)點(diǎn)的單樁Q-S,s-lgt,s-lgQ及單樁復(fù)合P-S,s-lgt,s-lgp曲線

可見，3#樓119號(hào)單樁靜載試驗(yàn)、269號(hào)單樁靜載試驗(yàn)在最大加載情況下沒有達(dá)到極限破壞，沉降穩(wěn)定，證明在該設(shè)計(jì)方案下應(yīng)用的復(fù)合地基承載力和沉降量滿足要求。

4 結(jié)語

素混凝土樁復(fù)合地基近年來在地基處理市場(chǎng)上應(yīng)用規(guī)范，其設(shè)計(jì)對(duì)工程質(zhì)量和造價(jià)有直接影響。在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)選擇合適的地層作為樁端持力層，不能過于保守而選擇更深層的地層，這會(huì)增加額外工程造價(jià)，并不經(jīng)濟(jì)。