高層建筑混凝土樁的復(fù)合地基設(shè)計(jì)
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摘要：在復(fù)合地基中，樁體類型的選擇經(jīng)常會(huì)成為一大難題，畢竟不同的樁體，對(duì)土層承載能力提高程度也不一樣。工程應(yīng)用實(shí)踐比較發(fā)現(xiàn)，素混凝土樁復(fù)合地基造價(jià)較低，效果好效率高，適合高層建筑施工，能有效加固軟弱地基。
關(guān)鍵詞：高層建筑；素混凝土樁；復(fù)合地基；設(shè)計(jì)素
混凝土樁復(fù)合地基比起其他地基處理方案，優(yōu)勢(shì)明顯，設(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)工程實(shí)際情況，使相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)符合要求。本文主要針對(duì)高層素混凝土樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。
1素混凝土樁復(fù)合地基
在高層建筑施工中，使用素混凝土樁復(fù)合地基，先要利用混凝土原材料制成粘性樁，采用長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓漿體的方式在土層內(nèi)澆注，并在樁頂采用級(jí)配碎石褥墊層[1]，樁體與土層結(jié)合形成復(fù)合地基，會(huì)共同對(duì)負(fù)荷進(jìn)行承擔(dān)。將這種復(fù)合地基應(yīng)用在軟土層形成的地基處理上，樁體不僅可以承擔(dān)上部荷載，而且樁體使軟土地基中的軟土都得以置換出去，并且該處土體結(jié)構(gòu)在樁體施工中越來(lái)越緊密，最后土體結(jié)構(gòu)會(huì)形成一個(gè)整體，密實(shí)性也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，更重要的是復(fù)合地基起到了褥墊層作用，褥墊層是軟土地基中樁土共同分擔(dān)荷載的保證，如此基礎(chǔ)底面應(yīng)力也會(huì)得到分散，地基穩(wěn)定性加強(qiáng)，地基承擔(dān)力度一致，就不會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，另外樁、土對(duì)荷載的分擔(dān)量也可以通過(guò)改變?nèi)靿|層厚度來(lái)調(diào)整控制。所以在復(fù)合地基施工中，應(yīng)著重注意褥墊層的施工，對(duì)施工材料進(jìn)行合理選擇，保證褥墊層施工厚度均勻。褥墊層在素混凝土樁地基中的作用也是如此，在對(duì)其方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也要保證相關(guān)技術(shù)的實(shí)施效果。素混凝土樁復(fù)合地基要比夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基承載的力要大，比高壓噴射注漿復(fù)合地基要環(huán)保，施工也簡(jiǎn)單許多。高層建筑樓層高，這意味著地基要承受很大的荷載，所以復(fù)合地基承載力一定要高，在采用素混凝土樁復(fù)合地基方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)這種復(fù)合地基的以下幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。主要包括四個(gè)方面，這些參數(shù)是樁的基礎(chǔ)參數(shù)：①樁徑。其數(shù)值大小主要和制樁設(shè)備有關(guān)，與長(zhǎng)螺旋鉆孔管的直徑一般大小，管的直徑為0.4m，所以樁徑也要與該數(shù)值保持一致[2]。②樁長(zhǎng)。樁長(zhǎng)分為保護(hù)樁長(zhǎng)和有效樁長(zhǎng)，這兩種參數(shù)是針對(duì)樁端持力層而言。樁端的位置要符合規(guī)定，相關(guān)人員要將其與承載力高，壓縮性小的土層連接在一起。在該復(fù)合地基中，一般選擇粉土層為樁端持力層，這種選擇和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)剖面圖等要求指標(biāo)是相符合的。③樁體強(qiáng)度，這是直接關(guān)系到樁體有效性的參數(shù)值，要做好設(shè)計(jì)和計(jì)算。④褥墊層參數(shù)，指材料選擇和厚度設(shè)計(jì)，該數(shù)值設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)直接關(guān)系到復(fù)合地基對(duì)荷載的承擔(dān)效果。
2地基處理方案的選擇
結(jié)合高層建筑的地質(zhì)條件、埋深情況等，地下室底板之下的主要持力層是：厚度是7.0m的2號(hào)粉質(zhì)粘土層、厚度是5.0~12.0m的3號(hào)稍密狀態(tài)粉土層與厚度20.0m的4號(hào)粉質(zhì)粘土層。若按照天然地質(zhì)設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)來(lái)看，選擇3號(hào)粉土層視為下臥層承載力驗(yàn)算無(wú)法滿足具體要求，僅僅考慮沉管灌注樁或按預(yù)制管樁設(shè)計(jì)，結(jié)合周邊工程錘擊樁的試樁情況，要求樁身進(jìn)入到4號(hào)粉砂土層深度為3.0m位置，單樁承載性能偏低，樁體數(shù)量不斷增加，會(huì)產(chǎn)生明顯的擠土效應(yīng)。施工完成后所施打的樁體來(lái)將所施打樁體向上抬并擠斷。開展錘擊樁施工時(shí)，會(huì)對(duì)旁邊的安裝房子構(gòu)成極大的威脅，因此，此種地基是不合適的。結(jié)合地質(zhì)實(shí)況，若選擇采用筏板基礎(chǔ)，只是3號(hào)土層是無(wú)法滿足承載力要求的，此時(shí)，需作加固處理，全面考慮在3號(hào)土層內(nèi)使用素混凝土灌注樁，將其視為增強(qiáng)體，進(jìn)而形成了素混凝土樁與3號(hào)土層全面承擔(dān)荷載的復(fù)合性地基，以增強(qiáng)3號(hào)土層地基承載性能。
3高層建筑素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)
城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市的高層建筑工程數(shù)量不斷增加，對(duì)高層建筑工程質(zhì)量提出了更高的要求。當(dāng)前，為保證高層建筑工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量，做好素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)變得極其關(guān)鍵，其直接影響著高層建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。3.1素混凝土樁的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)（1）樁徑d：樁徑直接影響著成樁設(shè)備，可選擇長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵混凝土成樁，要求樁徑要控制到400.0mm。（2）樁長(zhǎng)L：素混凝土樁要求相關(guān)的樁端要坐落于壓縮性小、承載力高的土層之上。結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)剖面圖與土的物理學(xué)指標(biāo)，要求素混凝土樁最好選擇第10層中砂作為樁端的持力層，要求樁長(zhǎng)控制到12.5m，而保護(hù)樁的長(zhǎng)度控制到0.5m，要求有效樁的長(zhǎng)度控制在12.0m。（3）樁體強(qiáng)度。（4）褥墊層材料與厚度。3.2素混凝土樁設(shè)計(jì)計(jì)算在計(jì)算中涉及到的計(jì)算公式都要符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，如《長(zhǎng)螺旋泵壓混凝土復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》等。在這些公式中，有針對(duì)單樁方面的，如對(duì)其豎向承載力特征值Ra進(jìn)行計(jì)算的公式，也有針對(duì)復(fù)合地基承載力特征值fpk進(jìn)行計(jì)算的公式。分別如下所示：Ra=（upni=1Σqni×li+qpAp/γsp）公式中的U代表樁周長(zhǎng)，n為土層數(shù)，q為土層的極限側(cè)阻力，qn和qp分別代表計(jì)算值和標(biāo)準(zhǔn)值，l為土層厚度，γ為調(diào)整系數(shù)，有固定值。fpk=jRa/Ap+β（1-j）fakj在公式中代表面積置換率，Ap為樁的截面積，β為樁間土承載力折減系數(shù)，fak是地基承載力特征值。將相關(guān)數(shù)值代入公式中，對(duì)承載力特征值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式，對(duì)復(fù)合地基面積置換率進(jìn)行換算，然后將其帶入樁間等校圓面積計(jì)算公式A=Ap/j中，求出j值，將其作為素混凝土樁在地基中布設(shè)的參考依據(jù)[3]。3.3樁體強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算在樁體強(qiáng)度設(shè)計(jì)中要按照公式fz≥3Ra/Ap相關(guān)公式，對(duì)fz進(jìn)行計(jì)算，fz代表的是抗壓強(qiáng)度平均值。根據(jù)此計(jì)算值，可以對(duì)樁體混凝土型號(hào)進(jìn)行選擇，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行控制。3.4褥墊層材料選擇及厚度設(shè)計(jì)在對(duì)褥墊層進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先對(duì)整樁土荷載分擔(dān)比例進(jìn)行調(diào)整，對(duì)基礎(chǔ)底面應(yīng)力進(jìn)行集中。在材料選擇方面，應(yīng)用級(jí)配砂石，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)其配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，砂石的粒徑也要控制在一定范圍。褥墊層厚度要與工程實(shí)際要求相符合。3.5素混凝土樁復(fù)合地基變形計(jì)算素混凝土樁復(fù)合地基只是起到提高承載力的作用，并不能阻止地基沉降或變形，只是在一定程度上降低變形速度或減輕沉降變形后果。所以還要對(duì)其進(jìn)行變形計(jì)算，主要包括兩方面：一方面是對(duì)復(fù)合土層的壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，這種復(fù)合模量法會(huì)對(duì)地基變形量進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算中，需要將復(fù)合地基施工之前的天然地基作為參考對(duì)象，計(jì)算出其壓縮模量，然后根據(jù)天然地基和復(fù)合土層分層模量關(guān)系，計(jì)算復(fù)合地基的壓縮模量，該壓縮模量用E表示[4]。相關(guān)公式如下.λ=fpk/（βfak）E=λE′復(fù)合土層分層壓縮模量為天然地基壓縮模量的λ倍。另一方面還要對(duì)地基中心點(diǎn)的沉降量進(jìn)行計(jì)算，地基中心點(diǎn)變形深度計(jì)算出后，還要和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比，只有小于設(shè)計(jì)值，素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)才算合理。
4結(jié)語(yǔ)
混凝素土樁復(fù)合地基對(duì)高層建筑地基處理來(lái)說(shuō)，應(yīng)用效果明顯、性價(jià)比高，但要保證地基起到顯著效果，還要對(duì)地基方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，樁基大小、強(qiáng)度、布置、褥墊層設(shè)計(jì)等使復(fù)合地基承載能力，建筑沉降變形滿足建筑要求，安全可靠。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，為打造更為穩(wěn)定、牢固的高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，應(yīng)重視對(duì)混凝素土樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)，只有打好地基，才可充分凸顯高層建筑的應(yīng)用價(jià)值。
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作者:能 單位:貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院