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软弱地基基础设计选型分析

2010-03-05谭正清夏念恩

河南建材 2010年2期
关键词:持力黄冈粘土

谭正清, 夏念恩

黄冈职业技术学院(438002)

地基基础结构形式有很多种,同一种结构有多种地基基础设计方案。选择地基基础的结构形式时,要考虑多种因素,安全第一位,技术经济比较是选择地基基础结构形式的主要手段。地基基础选型与上部结构形式、工程地质水文情况、施工技术条件密切相关。一般而言,天然地基上的浅基础能够满足要求时则优先考虑浅基础,如不能满足要求,地基处理技术和深基础要经过综合技术经济分析后,选择合适的地基基础设计方案。地基基础选型强调的是,上部结构与地基基础共同作用,刚柔相济,抵抗外部荷载,协调内部变形。下面以黄冈职业技术学院C栋学生宿舍楼为例,探讨软弱地基基础结构形式的设计选型。

1 项目基本情况[1]

1.1 工程概况

黄冈职业技术学院C栋学生宿舍楼共五层,砖混结构,中柱荷重1 500 kN,边柱荷重1 000 kN,条基线荷载100 kN/m;基础埋深1.5m,总建筑面积4 264 m2,拟采用粉喷桩地基处理,条基基础形式。该项目工程重要性等级为二级,场地等级为二级,地基等级二级。

1.2 工程地质水文情况

第(1)层素填土,厚度 1.2~2.8m,平均厚度 1.93m;第(2-1)层淤泥质粘土,深灰色、流塑、饱和、高压缩性,厚度1.2~2.9m,分布区平均厚度 1.93m,fak=59 kPa,Es=2.5 MPa;第(2-2)层粘土,软塑、高压缩性,厚度1.7~4.1m,平均厚度3.3m,fak=105 kPa,Es=5.4 MPa;第(2-3)层淤泥质粘土,软塑,高压缩性,厚度 6.0~8.8m,平均厚度 2.46m,fak=64 kPa,Es=2.9MPa;第(2-4)层中粗砂,松散—稍密状态,中压缩性,厚度4.0~6.5 m,平均厚度 5.2m,fak=170 kPa,Es=12.6 MPa;第(2-5)层淤泥质粘土,软塑,高压缩性,厚度3.2~5.0 m,平均厚度3.9 m,fak=80 kPa,Es=4.0 MPa;第(2-6)层粘土,可塑,中压缩性,厚度 4.5~6.5m,平均厚度 5.0m,fak=128 kPa,Es=9.0 MPa;第(3)层粉土,饱和,中密,厚度3.0~3.3m,平均厚度3.13m,fak=165 kPa,Es=15.0MPa;第(4)层强风化砂岩,土质均匀全场分布,最大揭露厚度3.4m,fak=350 kPa,Es=44MPa。勘察期间,测得地下水位埋深0.7~1.0m。

2 上部结构分析

工程案例结构简单,造价不高,砖混结构的宿舍楼,条基线荷载100 kN/m,选择的土体持力层承载力修正特征值只要大于100 kPa就可以满足结构设计“安全”要求。工程首先考虑选用浅基础,砖混结构墙体下部采用钢筋混凝土条形基础,柱下用钢筋混凝土独立基础。桩基础造价高,施工复杂,勿需用在砖混结构中,这些都是浅基础形式。

3 地基基础选型分析

3.1 地基土工程地质分析

工程有4层土体,第(1)层素填土土质软弱,强度低,不能作为基础的持力层;第(2-1)层淤泥质粘土,高压缩性,地基承载力未达到100 kPa,不能直接作为基础的持力层;第(2-2)层粘土,高压缩性,地基承载力刚达到100 kPa,此土层位于地表下3.2~4.8m,若直接作为基础持力层,基础埋深就要大于3m,所以不宜直接作为基础的持力层;第(2-3)层淤泥质粘土,又是软弱土层,如果直接用第(2-2)层土体作为基础持力层,需验算本层软弱下卧层土体的强度是否足够;第(2-4)层中粗砂,压缩性低,地基承载力高,作为持力层和下卧层还是不错的;第(2-5)层淤泥质粘土,也是压缩性高,强度低,不应作为持力层;第(2-6)层粘土、第(3)层粉土及第(4)层强风化砂岩作为持力层属于深基础范畴,况且,第(2-6)层粘土及第(3)层粉土承载力低,土质软弱,不宜作为深基础的持力层,只有第(4)层强风化砂岩适宜作为桩基础持力层,本工程选择浅基础,深基础造价高,施工技术难度大,不宜采用。

3.2 地基基础选型分析

根据土质情况分析,天然地基上的浅基础基本上不能满足工程需要,应选择地基基础共同作用的设计方案。根据勘察设计部门提出的报告,经过计算,提出几种地基基础设计方案进行技术经济比较分析。第一种方案,墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础,埋深为2 m,下部深层搅拌桩桩长6m,直径d=400mm,桩间距800 mm,按三角形布置,面积置换率m=0.23,固化剂采用425标号水泥,掺入量为土重的12%,设计地基承载力fak=160 kPa,选择第(2-4)层中粗砂作为下卧层;第二种方案,基础埋深2.2 m,换填砂垫层3m,采用中粗砂回填夯实,设计地基承载力fak=150 kPa,砂垫层四周砌筑砖砌体防止砂子流失降低地基承载力,验算第(2-3)层淤泥质粘土软弱下卧层承载力满足要求;第三种方案,直接采用500预应力管桩,上部基础梁联系,桩长23m。

经过计算分析这三种方案满足 《地基基础设计规范》[2]及《建筑地基处理技术规范》[3]关于强度和沉降计算的要求,满足GB50007-2002第3.0.2条、第3.0.4条、第5.2条、第5.3.1条、第5.3.4条及 《建筑地基处理技术规范》JCJ79-2002/J220-2002第11.2.4及11.2.9相关规范的要求。

对三种方案进行技术经济比较分析,第二种方案造价最低,黄冈地处长江,南湖面临巴河,砂很便宜,施工技术简单;第一种方案在黄冈工程建设中应用广泛,像黄冈江堤加固都采用此种地基处理技术,但施工有一定难度,工程土质松软,地下水位高,深层搅拌机械施工困难,需采用相应的措施才能完成施工,像施工时好土面层回填,或者表层加入碎石压实,还要考虑降水问题,无疑增加工程造价,水泥加固变形小,加固深度深,造价比第二种方案高;第三种方案最安全,变形小,但是造价很高,施工打桩也要采取措施,否则桩基无法移动。经综合考虑,选择第二种方案作为地基基础设计方案。经过实践检验,此种方案沉降小,实用性强。

4 结语

地基基础选型要把安全放在第一位,其次考虑经济和施工技术因素。设计方案既要满足强度要求又要满足沉降的要求,二者缺一不可。《地基基础设计规范》(GB50007-2002)对变形提出更高的要求。总之,能够用天然地基上的浅基础就勿需运用深基础,能够浅埋的就不需要深埋,浅基础不能满足要求,可以考虑复合地基和浅基础相结合的形式,如果再不能满足要求,运用深基础完成项目的设计要求。尽量做到上部结构、基础和地基共同作用,优先选出对整个结构有利的设计。

[1]黄冈职业技术学院C栋学生宿舍岩土工程勘察报告(详勘).黄冈:黄冈市金地建筑勘察设计公司,2009,6

[2]GB50007-2002,地基基础设计规范[S]

[3]JCJ79-2002/J220-2002,建筑地基处理技术规范[S]

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