某软弱地基厂房桩基设计方法研究

宋玲

摘要：某沿海地区的大型不锈钢工程，地基处理的难度很大，为控制投资，本文采取措施提高深厚淤泥条件下的单桩水平承载能力，充分发挥单桩的竖向承载能力，大大降低工程投资。本文结合该工程主厂房的桩基设计就相关问题进行探讨，为类似工程的设计提供参考。

关键词：深厚软土地基；桩周土；单桩水平承载能力

Abstract: a coastal area of large stainless steel engineering, foundation treatment is the difficulty for control of investment, this paper taking measures to improve deep under the condition of silt single pile bearing capacity level, give full play to the vertical bearing capacity of the single pile, and greatly reduce the project investment. Based on the engineering design of pile foundation of main building related problems are discussed, and the design for the similar projects for reference.

Key words: the deep soft soil foundation; Pile soil; The level of single pile bearing capacity

中图分类号：TU471.8文献标识码：A 文章编号：

1引言

沿海地区的地质多以滩涂为主，这种土质一般含水率高、空隙比大、压缩性高、强度低、渗透性差、固结系数小。由于很深的滩涂及淤泥的存在，在桩基设计时，桩周地基土对桩顶的约束很弱，单桩的水平承载力特征值往往很低。而沿海地区靠近海边，风压一般较大，建构筑物的柱底剪力一般会很大，设计柱下桩的根数时，往往是剪力起控制作用。因此在打桩前对表面土层进行适当的地基处理，提高表面土层对桩顶的约束，从而提高单桩水平承载力特征值，并充分发挥单桩的竖向承载能力，可以大大节省项目的投资。

2工程实践

国家某重点钢铁企业，拟投资十几个亿引进国外先进技术，在福建沿海某地修建一条年产40万吨冷轧不锈钢带生产线，这是一条直接轧制、退火、酸洗不锈钢的全连续生产线，该厂建成后将为加速我国不锈钢行业的结构调整、产业升级做出积极地贡献。

为满足生产工艺的高精度要求，建构筑物的建设要求也相对较高。由于地处福建沿海，地质条件相对较差，因此主厂房的基础设计成为重点之一。

2.1厂房的主要结构型式

主厂房总长度642 m，总宽度54 m，总建筑面积为34668m2。厂房为两连跨，分别是酸洗退火跨30米，和成品跨24米，厂房内设50吨桥式吊车，轨面标高分别为14.500 m和11.000 m。厂房纵向基本柱距为12 m、15 m，在轧机处局部拔柱，最大柱距27 m。

2.2工程地质条件

拟建场地第四纪土层厚度较大，为海积及冲洪积成因类型，以巨厚的淤泥、卵石、粉质粘土及淤泥质粉质粘土为主，基底为花岗岩及其风化壳，为典型的深厚软土地基；地层层次清晰，分布较稳定。其场地岩土层空间分布及其工程地质性能如下, ①-⑪表示从上至下土层分布：

①杂填土呈松散～稍密，性状不均匀，工程地质性能差；层厚1.00~10.900m，平均4.94m。

②淤泥以流塑状态为主，为高压缩性低强度软弱土层，工程地质性能差；层厚28.500~41.300m。

③卵石为中密状态，工程性能较较好，属低压缩性土，但分布不均厚度较薄，且下卧软弱④淤泥质粉质粘土层；层厚0.7~6.10m,平均2.87m。

④、⑦淤泥质粉质粘土层为软塑状态，高压缩性低强度软弱土层，工程地质性能差；层厚0.7~5.70m,平均3.42m和3.08m。

⑤卵石以中密～密实状态，工程地质性能较好，力学强度高，但厚度较薄（0.50m～6.30m平均2.06m），且分布不均；层厚0.50~6.30m,平均2.06m。

⑥、⑨粉质粘土呈可塑状，为中压缩性土，力学强度较高，工程性能较好，承载力一般；层厚0.40~6.90m,平均3.46m和2.57m。

⑧卵石以密实状态为主，厚度较大，层位稳定，工程性能好，属低压缩性土，工程地质性能好，力学强度高，桩基工程地质性能较好，但局部夹有薄层粉质粘土层；层厚1.30~8.60m。

⑩卵石为密实状态,无软弱下卧层，厚度大于5.0m,工程性能好,分布稳定，属低压缩性土，工程地质性能好，力学强度高，桩基工程地质性能好，为良好的桩基持力层；层厚5.80~12.10m,平均9.20m。

⑪砂土状强风化花岗岩：工程性能强度好，为软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级，未发现洞穴、临空面或软弱岩层，桩基工程地质性能较好，但埋藏深度较深。

2.3厂房柱桩基设计

经过计算，上部钢结构厂房柱传至基础的单柱最大轴力约5000kN,并且厂房内有吊车，对沉降敏感。结合当地的实际工程经验，为缩短建设周期，设计采用PHC桩，Ф500125，AB型，以⑧或⑩层为桩端持力层，桩长约为50m。

2.3.1确定单桩竖向承载能力

本工程中，根据地勘提供的相关参数，同时考虑由于淤泥等软弱土层后期的沉降可能会产生负摩阻力的影响，按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.5条公式 ，初步估算单桩竖向承载力特征值 =1200kN。该值属于经验参数法估算取值。而根据业主提供的以往工程类似桩基检测报告，Ф500125，AB型PHC桩的竖向承载能力特征值为1500kN，该值略大于经验估算值。结合该桩基在过去工程中的成功应用情况，在设计过程中单桩的竖向承载力特征值仍按= 1500kN取用。

在桩基施工完成后，根据当地检测部门提供的《静载抗压试验简报》（表1），实际工程桩单桩竖向抗压极限承载力均达到3000kN，并且桩基都进入稳定状态，未达到极限状态，因此单桩竖向承载力特征值1500kN，满足设计要求。

2.3.2提高单桩水平承载能力

在淤泥质土深厚的地质条件下，桩的水平承载能力比桩的竖向承载能力更加令人担忧。而影响桩基水平承载能力的因素有很多：桩自身的强度、刚度和长度，桩间土的性质、桩入持力层的状况、桩顶约束情况、桩顶水平位移的允许值等。

本工程采用的PHC桩，桩身强度，自身抗弯性能良好。在这种深厚淤泥质土体中，在承受水平荷载的作用时，在桩身强度出现破坏前，往往先出现桩侧土体的显著隆起或桩顶水平位移大大超出上部结构的允许值，因此桩的水平承载能力的极限状态就由桩的水平变位来决定。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.7.2条的公式5.7.2-2： ，结合本工程地勘资料上的相关数据，按桩顶固结、地面处水平位移控制为10mm来进行初步估算，单桩竖向承载力特征值仅约为Rha=30kN。同时根据业主以往工程的相同桩型及桩长的工程桩单桩水平承载力静载检测报告，单桩水平力特征值亦为30 kN。其水平及变位测试图如图1：