建筑物地基处理方案的优化设计

2011-02-06何金阳

山西建筑 2011年11期

何金阳

在现代建筑中，建筑物高度和结构复杂程度在不断提高，相应地建筑物对地基的承载能力要求越来越高，原位地基特别是软土地基大多满足不了建筑物对它的要求，需要进行处理。地基基础设计是整个工程中很重要的一个环节，方案的选择合理与否是整个工程的关键，它直接关系到建筑物的安全与可靠性;另外，它的实施还受到施工场地和环境的制约。因此，如何安全可靠、经济、可行地处理地基，是每一个设计工作者都应反复推敲的问题。

1 工程概况

新乡机务段检修辅助楼为三层砖混结构，建筑面积2 207 m2，轴线尺寸为9×78.6m，最大开间为9×11.7m。该建筑物位于新乡机务段院内，东、南面紧邻段内马路，西面离检修大库只有不到2 m的距离，北面是检验室。由于新乡机务段为多年老段，扩能的要求使得段内多家单位同时施工，施工场地狭小，相互干扰大。段方要求施工过程中不可占道而影响段内的生产，施工不得产生大的噪声，不能引起周围建筑物的沉降，这就使地基处理受到限制。

2 工程地质条件

根据地质钻探结果揭示:1)场地地基土构成见表1。2)场地范围内初见地下水位3.1 m，稳定水位2.0 m。3)场地土壤冻结深度0.6 m。4)地震烈度为8度设防。根据地质勘探报告，场地内地基土不均匀，呈现西软东硬的趋势。

表1 场地地基土构成

3 地基处理方案的选择

3.1 混凝土灌注桩方案

原方案为某设计院设计的承台梁+混凝土灌注桩方案。即基础为钢筋混凝土灌注桩，上部为承台梁结构。灌注桩设计桩体直径300 mm，桩长13.76 m，桩体为C20混凝土;8φ12主筋，φ8@ 200螺旋式箍筋，每隔2 m设一道焊接加劲筋;灌注桩设计为单桩承载，设计单桩竖向承载力为300 kN，共布置220根桩，总桩长3 027.2延长米。

3.2 旋喷桩方案

3.2.1 旋喷桩工作机理

旋喷桩是利用水泥浆搅拌系统、高压注浆泵、钻机等设备，将水泥浆变成旋转的高压高速射流，利用射流的强大动能将土体破碎、搅拌，使水泥浆均匀地与原位土体混合在一起，硬凝后形成圆柱状水泥土固结体。其主要应用于既有建筑物的加固补强、软土地基的加固处理等。旋喷桩可以设计为单桩承载、多桩承载和复合地基几种形式。

3.2.2 旋喷桩的设计计算

1 )单桩竖向承载力的确定。

根据JGJ 79-91建筑地基处理技术规范，单桩竖向承载力标准值按下列两式计算，并取其中较小值。

其中，η为强度折减系数，取0.4;fcμ，k为桩身试块的无侧限抗压强度平均值，取5.0 MPa;qp为桩端天然地基土的承载力标准值，取qp=350 kPa;d为桩的平均直径，d=0.5 m;Ap为桩的平均截面积，Ap=0.5×0.5×π/4=0.196 m2;hi为桩周第i层土的厚度，h1=2.4 m，h2=5.6 m;qsi为桩周第i层土的摩擦力标准值，取q1=15 kPa，q2=40 kPa。

根据以往设计、施工经验，此处旋喷桩直径按500 mm计算，初估桩长8.0 m。

2 )旋喷桩根数的确定。

旋喷桩加固处理后按复合地基设计。

其中，fsp，k为复合地基承载力标准值，此处按设计要求取fsp，k= 200 kPa;m为复合地基置换率，m=Ap/Ae;qkd为桩的承载力标准值，qkd=R/Ap=272.6/0.196=1 390.8 kPa;qsp为土的承载力标准值，qsp=100 kPa;α为地基土土体发挥系数，取α=0.5;计算得: m=0.11，经按结构尺寸实际布桩，基础范围内共布桩295根。

4 方案比较

4.1 施工工艺

1 )混凝土灌注桩施工由回转式钻机和一套泥浆系统等组成;施工工艺简单，技术成熟，无施工噪声;但是由于施工场地狭小，其施工用护壁泥浆存放困难;设计灌注桩由于桩径只有300 mm，而桩长为13.76 m，灌注桩的长细比(φ=l/d=13.76/0.3=45.9)太大，对灌注桩的施工造成了技术上的困难。钻进成孔、钢筋笼的吊放、混凝土的灌注成了施工的瓶颈，稍有不慎就会造成质量问题，影响整个工程的质量。

2 )旋喷桩施工设备由一台旋喷专用钻机、一台水泥浆高压泵、搅拌系统、高压管路系统等组成;施工工艺简单，技术成熟，施工质量有保障;无施工噪声，对周围建筑物不会产生振动影响;设备占用场地小，对段内生产无影响。