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高層建筑混凝土樁的復(fù)合地基設(shè)計

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高層建筑混凝土樁的復(fù)合地基設(shè)計

摘要:在復(fù)合地基中,樁體類型的選擇經(jīng)常會成為一大難題,畢竟不同的樁體,對土層承載能力提高程度也不一樣。工程應(yīng)用實踐比較發(fā)現(xiàn),素混凝土樁復(fù)合地基造價較低,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

混凝土樁復(fù)合地基比起其他地基處理方案,優(yōu)勢明顯,設(shè)計人員在對其進(jìn)行方案設(shè)計時,需要根據(jù)工程實際情況,使相關(guān)的設(shè)計參數(shù)符合要求。本文主要針對高層素混凝土樁復(fù)合地基的設(shè)計進(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,并在樁頂采用級配碎石褥墊層[1],樁體與土層結(jié)合形成復(fù)合地基,會共同對負(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)在樁體施工中越來越緊密,最后土體結(jié)構(gòu)會形成一個整體,密實性也會越來越強(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,就不會出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象,另外樁、土對荷載的分擔(dān)量也可以通過改變?nèi)靿|層厚度來調(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,在對其方案進(jìn)行設(shè)計時,也要保證相關(guān)技術(shù)的實施效果。素混凝土樁復(fù)合地基要比夯實水泥土樁復(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,設(shè)計人員還要對這種復(fù)合地基的以下幾個方面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。主要包括四個方面,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。樁長分為保護(hù)樁長和有效樁長,這兩種參數(shù)是針對樁端持力層而言。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)計和計算。④褥墊層參數(shù),指材料選擇和厚度設(shè)計,該數(shù)值設(shè)計計算會直接關(guān)系到復(fù)合地基對荷載的承擔(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號粉質(zhì)粘土層、厚度是5.0~12.0m的3號稍密狀態(tài)粉土層與厚度20.0m的4號粉質(zhì)粘土層。若按照天然地質(zhì)設(shè)計筏板基礎(chǔ)來看,選擇3號粉土層視為下臥層承載力驗算無法滿足具體要求,僅僅考慮沉管灌注樁或按預(yù)制管樁設(shè)計,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,會產(chǎn)生明顯的擠土效應(yīng)。施工完成后所施打的樁體來將所施打樁體向上抬并擠斷。開展錘擊樁施工時,會對旁邊的安裝房子構(gòu)成極大的威脅,因此,此種地基是不合適的。結(jié)合地質(zhì)實況,若選擇采用筏板基礎(chǔ),只是3號土層是無法滿足承載力要求的,此時,需作加固處理,全面考慮在3號土層內(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號土層全面承擔(dān)荷載的復(fù)合性地基,以增強(qiáng)3號土層地基承載性能。

3高層建筑素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計

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(1)樁徑d:樁徑直接影響著成樁設(shè)備,可選擇長螺旋鉆孔管內(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,要求樁長控制到12.5m,而保護(hù)樁的長度控制到0.5m,要求有效樁的長度控制在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)計計算在計算中涉及到的計算公式都要符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范,如《長螺旋泵壓混凝土復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》等。在這些公式中,有針對單樁方面的,如對其豎向承載力特征值Ra進(jìn)行計算的公式,也有針對復(fù)合地基承載力特征值fpk進(jìn)行計算的公式。分別如下所示:Ra=(upni=1Σqni×li+qpAp/γsp)公式中的U代表樁周長,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,對承載力特征值進(jìn)行計算,根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值計算公式,對復(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)計計算在樁體強(qiáng)度設(shè)計中要按照公式fz≥3Ra/Ap相關(guān)公式,對fz進(jìn)行計算,fz代表的是抗壓強(qiáng)度平均值。根據(jù)此計算值,可以對樁體混凝土型號進(jìn)行選擇,對其強(qiáng)度進(jìn)行控制。3.4褥墊層材料選擇及厚度設(shè)計在對褥墊層進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)先對整樁土荷載分擔(dān)比例進(jìn)行調(diào)整,對基礎(chǔ)底面應(yīng)力進(jìn)行集中。在材料選擇方面,應(yīng)用級配砂石,設(shè)計人員還要對其配合比進(jìn)行設(shè)計,砂石的粒徑也要控制在一定范圍。褥墊層厚度要與工程實際要求相符合。3.5素混凝土樁復(fù)合地基變形計算素混凝土樁復(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。所以還要對其進(jìn)行變形計算,主要包括兩方面:一方面是對復(fù)合土層的壓縮模量進(jìn)行計算,這種復(fù)合模量法會對地基變形量進(jìn)行計算。在計算中,需要將復(fù)合地基施工之前的天然地基作為參考對象,計算出其壓縮模量,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。另一方面還要對地基中心點的沉降量進(jìn)行計算,地基中心點變形深度計算出后,還要和設(shè)計要求進(jìn)行對比,只有小于設(shè)計值,素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計才算合理。

4結(jié)語

混凝素土樁復(fù)合地基對高層建筑地基處理來說,應(yīng)用效果明顯、性價比高,但要保證地基起到顯著效果,還要對地基方案進(jìn)行合理設(shè)計,樁基大小、強(qiáng)度、布置、褥墊層設(shè)計等使復(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,從長遠(yuǎn)角度來看,為打造更為穩(wěn)定、牢固的高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量,應(yīng)重視對混凝素土樁復(fù)合地基的設(shè)計,只有打好地基,才可充分凸顯高層建筑的應(yīng)用價值。

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作者:能 單位:貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院