刚—柔桩二元复合地基在杂填土地基中的应用

2010-08-21李晓光

山西建筑 2010年5期

李晓光

近年来,复合地基技术随着工程建设的飞速发展得到广泛应用,而城市土地日益紧张,在大面积深厚杂填土地基上进行的建设也越来越多。杂填土成分不均匀,且压缩性高、孔隙比高、强度低,往往还具有湿陷性,是较难处理的土层之一。刚—柔性桩二元复合地基就是将承载力较高的刚性桩与造价较低的柔性桩结合在一起对杂填土进行处理,从而满足高层建筑承载力及变形的要求。本文将从碎石桩—CFG桩复合地基的设计计算出发,结合工程实例对其在杂填土地基中的应用进行分析和研究。

1 设计思路

刚—柔性复合地基一般由刚性桩主要控制沉降,并提供大部分承载力,柔性桩提供剩余不足的承载力并协同控制沉降。柔性桩应选择充分发挥和提高桩间土作用的施工方法,提高加固土层的压缩模量、降低孔隙比,在一定程度上提高加固土层的承载力;刚性桩的桩端应该置于较好的土层上,对地基承载力及沉降的控制起主要作用。对刚性桩选择施工工艺比较成熟的CFG桩,柔性桩选用挤密碎石桩。

2 设计计算

2.1 承载力计算

因为刚性桩和柔性桩在复合地基中的作用不同,通常将刚性桩作为主桩,将柔性桩作为辅桩。由于杂填土的特殊性,相对刚性桩,通常对柔性桩处理后复合地基承载力按地区经验取值,主要对刚性桩进行最终的复合地基承载力特征值 fspk计算。计算公式如下:

其中,β为辅桩处理后的复合地基承载力发挥系数;Ap为主桩单桩承载力;m为面积置换率;fsk为辅桩处理后复合地基承载力。

2.2 沉降计算

复合地基的沉降包括3部分:褥垫层的沉降 S1,加固区的沉降S2和下卧层的沉降S3。一般而言,褥垫层在施工前已经压密,其最终沉降很小,即S1可忽略不计。S2和 S3可按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范的要求进行计算。

根据桩体压缩模量和桩间土的压缩模量采用面积加权平均法按置换率来确定复合地基的压缩模量:

其中,Esp为复合地基的压缩模量;Ess为辅桩处理后的复合地基压缩模量,由于杂填土的特殊性,通常按地区经验取值;Eps为桩体压缩模量,可根据桩体试块通过试验取得。

最终沉降按下式计算:

其中,S为最终沉降量;ψs为沉降计算经验系数;P0为基底附加压力标准值;Ei为第i层土的压缩模量;Es为复合土层的压缩模量;Zi,Zi-1分别为基础底面至第 i层土、第 i-1层土底面的距离分别为基础底面计算点距离第i层土,第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。

3 工程实例

3.1 工程概况

某工程所建建筑物为钢筋混凝土框架结构,地上18层,地下1层,采用现浇钢筋混凝土筏板基础。天然地基持力层为杂填土,由于杂填土结构松散,物理力学性质不均匀,不经处理不宜作为天然地基持力层,故需要进行地基加固处理。要求处理后的复合地基承载力特征值不小于380 kPa,最终沉降量不大于100 mm,地基变形倾斜度不大于0.15%。地层分布如下:①杂填土,杂色、稍湿,松散,以碎石、碎砖和灰渣为主,粉土充填。层厚为8 m～10 m。承载力特征值为80 kPa。②粉质黏土,黄褐色,可塑～硬塑。层厚为6m～10 m。③粉质黏土,黄褐色,硬塑。层厚为5 m～7 m。④粉质黏土,褐红色,可塑～硬塑。层厚为10 m～15 m。⑤粉质黏土,褐红色,可塑。层厚为10 m～13 m。勘察范围内未见场地地下水。

3.2 地基设计方案

根据上部结构要求及场地的工程地质条件,本工程采用CFG桩结合挤密碎石桩的地基处理方案。③层粉质黏土为硬塑状态,作为CFG桩桩端持力层,②层粉质黏土为可塑～硬塑状态,作为挤密碎石桩的持力层。

具体设计参数如下:挤密碎石桩:有效桩长 L2=5m,桩径d2=400 mm,正三角形布桩,桩体材料采用碎石,含泥量小于5%,处理后复合地基承载力特征值按提高40%考虑,取110 kPa。CFG桩:有效桩长 L1=13 m,桩径 d1=400 mm,正三角形布桩,单桩承载力特征值 Ra=420 kN,置换率 m1=0.101,桩体材料采用商品混凝土,强度C20。

经计算,复合地基承载力为410 kPa。