对几种地基处理方案的论证

宋婷婷 张 磊

0 引言

地基处理施工是建筑物进行施工建设的第一环节,地基问题的处理恰当与否,不仅直接影响建筑物的造价,而且直接影响建筑物的安危,即它关系到整个工程的质量、投资和进度,近年来其重要性已愈来愈多地被人们认识。

1 工程区域概况

拟建场地地表相对平坦,场地地貌属安阳河冲、洪积平原区。

2 建筑结构荷载及基地压力估算

拟建工程地上 16层,单层竖向荷载标准值取 15 kPa,地下1层,其竖向荷载标准值取 18 kPa,按筏式基础,框剪结构考虑,筏板厚1.0m,单位面积荷载标准值取25 kPa,则基础底面处的平均基地压力值(PK)约为283 kPa。

3 天然地基方案评价

拟建工程地上 16层,地下1层,若基坑开挖深度为 4.5m,则基础持力层为第 3层粉质粘土。

天然地基方案是否可行首先要考虑的是持力层能否满足基地压力的要求,经计算地基承载力特征值为155.2 kPa,地基土强度不能满足大于基地压力的要求。本场地拟建建筑物不宜采用天然地基可考虑采用高压旋喷桩复合地基、CFG桩复合地基或桩基础。

4 高压喷射注浆法复合地基评价

根据场地地层发育情况,结合场地工程地质条件,桩端持力层选择第⑩层粉砂,桩端入土深度19.5m,基坑开挖深度按4.5m,有效桩长15m,桩径φ=600mm,采用梅花形部桩,桩间距1.25m,置换率为20.8%。

4.1 复合地基承载力估算

复合地基的承载力取决于水泥土的强度和面积置换率,其承载力标准值应通过现场试桩确定,也可按下列公式估算:

1)按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范第12.2.3-1式估算单桩承载力特征值:

其中,η取0.33,桩径为600mm;Ap=0.282 6m2;水泥土强度fcu=4.0MPa,则Ra=373 kN。

2)按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范第12.2.3-2式估算单桩承载力特征值:

其中,桩长L=15m,桩径为600mm。

经估算单桩承载力特征值Ra=740.49 kN,两种计算取小值。

4.2 复合地基承载力

按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范第 9.2.5式估算复合地基承载力特征值:

其中,β取0.3;桩间土承载力fsk取120 kPa;单桩承载力特征值Ra=373 kN,则fspk复合地基承载力特征值为302.5 kPa。

复合地基承载力大于基底压力,可满足拟建建筑物荷载要求。

5 桩基方案论证

根据现场场地地质条件,本工程亦可考虑先用钻孔灌注桩,根据地基土工程特征,第[11]层为密实的中细砂,厚度达 9左右,可作为桩端持力层,桩端入土深度 23m,桩径选择 600mm。拟建建筑物基坑开挖深度按4.5m,有效桩长18.5m。

5.1 单桩竖向极限承载力特征值估算

按《建筑桩基技术规范》,根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,采用下式:

估算单桩竖向极限承载力特征值,当桩径为 600mm,有效桩长为18.5m,以5号孔地层估算(地层埋深及厚度见柱状图),Quk= 1 897 kN。

5.2 复合桩基承载力设计值验算

根据预估基底压力(Pk=283 kPa),按梅花桩形布桩,对复合桩基承载力设计值进行验算,结果见表 1。

表1 桩基设计结果

6 CFG桩复合地基方案论证

本工程楼高,荷载重,场地土较好,CFG桩复合地基能较好的满足工程的需要,根据工程地质特征,第⑩层为中密～密实的粉砂,可作为桩端持力层,桩端入土深度 19.5m,桩径选择 400mm,基坑开挖4.5m,有效桩长15m,置换率选5.6%。

6.1 单桩承载力特征值Ra

按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范规定:

1)当采用单桩荷载实验时,应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2。

2)当无单桩荷载实验资料时,可按下式计算:

其中,up为桩的周长,m;qsi,qp分别为桩周第i层土的侧阻力及桩端阻力特征值;li为第i层土的厚度。

根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范结合本地区建筑经验得出桩基设计参数见表 2。

表2 CFG桩设计参数一览表

各数代入式(2)得Ra=513.4 kN。

6.2 复合地基承载力特征值

按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范规定:采用公式:

其中,fspk为复合地基承载力特征值;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值;Ap为桩的截面面积;β为桩间土承载力折减系数,宜按当地经验取值,如无经验时可取 0.75～0.95,天然地基承载力较高时取大值,此处取 0.8;fsk为处理后桩间土承载力特征值,宜按当地经验取值,如无经验时可取天然地基承载力特征值,fsk=110 kPa。

桩间距:

其中,s为桩中心距离;fpk为桩体的承载力特征值,

依据式(3),式(4)有针对性估算复合地基承载力特征值见表3。

表3 复合地基承载力特征值表

综合比较桩间距为1.5m,面积置换率为 0.055 8时复合地基既经济又可靠。

6.3 CFG桩设计结果

CFG桩设计结果见表 4。

表4 CFG桩设计结果

7 地基处理方案的择优确定

高压旋喷桩具有无振动,无污染,工程造价低,但场地内第⑦层夹弱泥炭质土,其有机含量平均达 15.7%,对水泥土的化学反应会产生不利影响,旋喷桩成桩质量不能充分保证。因此,不能采用高压旋喷桩。钻孔灌注桩费用太高,且有很严重的泥浆污染,不宜采用钻孔灌注桩。CFG桩具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证,造价低等优点,因此选用CFG桩复合地基作为地基处理的方案。

[1] GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

[2] 李永乐.岩土工程勘察[M].郑州:黄河水利出版社,2004.

[3] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[4] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5] 徐至钧,全科政.高于喷射注浆法处理地基[M].北京:机械工业出版社,2004.

[6] JGJ 79-2002,J 220-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[7] JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[8] 徐至钧,王曙光.水泥粉煤灰碎石桩复合地基[M].北京:机械工业出版社,2004.

[9] 孙文怀.基础工程设计与地基处理[M].北京:中国建材工业出版社,1999.

[10] 李智毅,唐辉明.岩土工程勘察[M].武汉:中国地质大学出版社,2000.

[11] 龚晓南.地基处理手册[M].第 2版.北京:中国建筑工业出版社,2000.

[12] 江正荣.建筑地基与基础施工手册[M].第 2版.北京:中国建筑工业出版社,2005.