软基处理实例设计

陈 金 邓乾炅

(中工武大设计研究有限公司，湖北 武汉 430074)

软基处理实例设计

陈 金 邓乾炅

(中工武大设计研究有限公司，湖北 武汉 430074)

依据场地地质条件，结合项目实际情况，对软土地基处理方案进行了对比分析，并对基础设计要点进行了阐述，指出采用刚性桩处理软土地基施工快捷、方案合理，地基承载力检测结果与设计相符，值得推广应用。

复合地基，软基处理，刚性桩

1 工程基本概况

某市政道路工程上跨一内河，由于内河流速较缓，且内河与长江相连处断面压缩成一孔涵洞，在涵前形成沉积区域，从上游河水带来的粘土及泥沙在此经过多年淤积，已形成厚度达10 m的淤泥。建设场地河道宽62.5 m，拟定建设方案为在河道中间设置5孔涵洞，基础采用整体式基础，基础底地基承载力需达到160 kPa。

2 场地地质条件

根据场地地质勘查报告，工程所在范围内表层为素填土，往下依次为淤泥质粉质粘土、粘土夹粉土、粉质粘土粉土粉砂互层、粉砂。各层地基承载力基本容许值及压缩模量如表1所示。

表1 各层地基承载力基本容许值及压缩模量

工程场地范围内第②层为淤泥质粉质粘土，层厚8.5 m～10.3 m，土层液限指数IL=1.32，属于流塑状态，侧摩阻系数22 kPa，地基承载力69.5 kPa；第③层为粘土夹粉土，层厚3.2 m～5.0 m，土层液限指数IL=0.56，属于可塑状态，侧摩阻系数53 kPa，地基承载力135.0 kPa；第④层为粉质粘土粉土粉砂互层，层厚4.3 m～5.0 m，土层液限指数IL=1.18，属于可塑状态，侧摩阻系数53 kPa，地基承载力135.0 kPa。

3 地基处理方案比选

现实际工程中较常用的地基处理方案主要有开挖换填、抛石挤淤、预压法、高压喷射注浆法、水泥搅拌桩复合地基、刚性桩复合地基。

开挖换填主要是指将基础范围内软土挖出，用透水性较好的砂性土、碎石或块石进行替换，开挖换填分为全挖除和部分挖出。全挖除主要是将基础底部软土全部挖除，让上部结构荷载通过换填的透水性材料直接传递至承载力较高的土层上，达到路基稳定；部分挖出主要是通过扩大基础底面受力面积，降低对地基的要求，达到路基稳定。开挖换填一般挖出深度不宜超过3 m，由于本项目所处场地范围淤泥厚度达到8.5 m以上，故不适宜采用开挖换填。抛石挤淤是在基础底从中部向两侧抛投一定数量的碎石，将淤泥挤出基础范围，以提高地基强度。其施工简单、迅速、方便，适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3 m～4 m的软土，适用于石料丰富，运距较短的情况。预压法是指预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载，使地基土压密后再将荷载卸除，提高软弱地基的承载力，同时使大部分沉降在预压过程中完成，减少构造物建成后的沉降量。预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工充填土等软弱地基。高压喷射注浆法是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20 MPa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。水泥搅拌桩复合地基是利用水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。是软基处理的一种有效形式，适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等,当粘性土含水量大于30%时，不宜采用水泥搅拌桩。刚性桩复合地基是采用刚性桩增强天然地基的部分土体，通过设置于基础和桩之间的褥垫层来使增强体和地基土共同承担荷载的人工地基。刚性桩复合地基适用于粉土、砂土、填土、粘土等不存在难以穿透的坚硬夹层地基，应用广泛。结合本项目实际情况，综合各类软土地基处理方法，本项目采用刚性桩对地基进行处理，形成复合地基。

4 基础设计

基础设计采用刚性桩复合地基，桩基选用12ZTG 208预应力混凝土空心方柱PHS(PS)350(170)AB桩，桩基边长35 cm，内径17 cm，采用C80混凝土，抗裂弯矩检验值71 kN·m，极限弯矩检验值116 kN·m，单桩桩身对应竖向抗压承载力特征值1 725 kN，单桩桩身对应竖向抗拔承载力特征值357 kN，单桩桩身抗剪承载力设计值138 kN，桩基布置间距按1.6 m，桩长设计17 m，桩周土层从上至下依次为淤泥质粉质粘土([fa0]=65.0 kPa，qsia=22 kPa，Es=2.8 MPa)，基础底厚5.7 m；粘土夹粉土([fa0]=145.0 kPa，qsia=53 kPa，Es=4.2 MPa)，层厚4.2 m,粉质粘土粉土粉砂互层([fa0]=95.0 kPa，qsia=40 kPa，Es=4.5 MPa)，层厚6.6 m，桩尖进入粉砂层0.5 m([fa0]=110.0 kPa，qsia=37 kPa，Es=18.5 MPa)。桩顶铺设30 cm碎石垫层，垫层顶设置10 cm厚C15素混凝土结构垫层。刚性桩复合地基计算如下：计算主要依据JGJ/T 210-2010刚—柔性桩复合地基技术规程第4章规定，计算过程如下。

4.1 单桩竖向承载力特征值计算

根据4.2.1条规定，单桩竖向承载力:

Ra=Quk/2=896.2/2=448.1 kN。

Quk=up∑qsili+qpAp=(0.35×4)×

(5.7×22+4.2×53+6.6×40+0.5×37)+110×0.35×0.35=896.2 kN。

其中,Ra为单桩竖向承载力特征值,kN；Quk为单桩竖向极限承载力标准值,kN；up为桩的横截面周长，取1.4 m；Ap为桩的横截面面积，取0.122 5 m2；qp为极限端阻力标准值，取145 kPa。

4.2 承载力特征值计算

根据4.2.4条规定，刚—柔性桩复合地基承载力特征值：

fspk=η1mRa/Ap+η2(1-m)fsk=0.8×0.047 85×448.1/

0.122 5+0.5×(1-0.047 85)×65=171 kPa

。

其中，m为桩土面积置换率，m=0.35×0.35/(1.6×1.6)=0.047 85；Ap为桩的横截面面积，取0.122 5 m2；η1为刚性桩的承载力发挥系数，取0.8；η2为桩间土承载力折减系数，取0.5；fsk为处理后桩间土承载力特征值(也可取天然地基承载力特征值)，取65 kPa。经计算得出处理后地基承载力特征值取fa=171 kPa,大于上部结构对地基承载力要求。

4.3 基础沉降计算

根据4.3.1条规定，刚性桩复合地基沉降主要由两部分组成，第一部分为刚性桩与土构成的复合土层的压缩量S1，第二部分为桩端以下天然土层压缩量S2，故复合地基总沉降量可表示为：

S=S1+S2。

S1=ψs1∑P0(zi×ai-z(i-1)×a(i-1))/Espli；

S2=ψs∑P0(zi×ai-z(i-1)×a(i-1))/Esi。

其中，Espli=(1-m1)Esi+m1×Ep1；ψs1为刚性桩与土构成的复合土层压缩量计算经验系数；P0为对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加压力，kPa；Espli为刚性桩与土构成的第i层复合土层的复合压缩模量，MPa；Esi为第i层土的压缩模量，MPa；zi为基础底面至第i层土底面的距离，m；z(i-1)为基础底面至第(i-1)层土底面的距离，m；ai为基础底面计算点至第i层土底面范围内的平均附加应力系数；a(i-1)为基础底面计算点至第(i-1)层土底面范围内的平均附加应力系数；Ep1为刚性桩体的压缩模量，MPa；m1为刚性桩面积置换率。根据以上公式，将土层按1.0 m进行分层，最后计算出复合地基总沉降为15.7 cm。满足规范规定要求。

5 结语

根据以上对实例工程的地质分析，对各种处理方法的比较及适用条件进行分析，本项目地基处理设计采用刚性桩复合地基施工快捷、方案合理，后期对地基承载力检测，结果基本与设计相符，满足设计要求。

[1] 凌治平.基础工程[M].北京：人民交通出版社,2011.

[2] 洪毓康.土质学与土力学[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3] 地基处理手册编委会.地基处理手册[M].北京：人民交通出版社，2012.

Onexampledesignforsoftfoundationtreatment

CHENJinDENGQian-jiong

(CAMCEWHUDesignandResearchCo.,Ltd,Wuhan430074,China)

According to the geological conditions for the site, the paper compares and analyzes the treatment scheme for the soft soil foundation by combining with the circumstance of projects, illustrates the foundation design points, and points out the rigid pile has rapid construction speed and reasonable schemes in the treatment of the soft soil foundation, and the test result of the foundation loading capacity is consistent with the design, so it can be further applied.

composite foundation, soft soil treatment, rigid pile

1009-6825(2014)14-0069-02

2014-03-07

陈 金(1983- )，男，工程师； 邓乾炅(1982- )，男，工程师

TU447

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