高层建筑素混凝土桩复合地基的设计分析
2018-06-29代发能
代发能
(贵州省城乡规划设计研究院 贵州贵阳 550081)
素混凝土桩复合地基比起其他地基处理方案,优势明显,设计人员在对其进行方案设计时,需要根据工程实际情况,使相关的设计参数符合要求。本文主要针对高层素混凝土桩复合地基的设计进行分析。
1 素混凝土桩复合地基
在高层建筑施工中,使用素混凝土桩复合地基,先要利用混凝土原材料制成粘性桩,采用长螺旋钻孔管内泵压浆体的方式在土层内浇注,并在桩顶采用级配碎石褥垫层[1],桩体与土层结合形成复合地基,会共同对负荷进行承担。将这种复合地基应用在软土层形成的地基处理上,桩体不仅可以承担上部荷载,而且桩体使软土地基中的软土都得以置换出去,并且该处土体结构在桩体施工中越来越紧密,最后土体结构会形成一个整体,密实性也会越来越强,更重要的是复合地基起到了褥垫层作用,褥垫层是软土地基中桩土共同分担荷载的保证,如此基础底面应力也会得到分散,地基稳定性加强,地基承担力度一致,就不会出现不均匀沉降现象,另外桩、土对荷载的分担量也可以通过改变褥垫层厚度来调整控制。所以在复合地基施工中,应着重注意褥垫层的施工,对施工材料进行合理选择,保证褥垫层施工厚度均匀。褥垫层在素混凝土桩地基中的作用也是如此,在对其方案进行设计时,也要保证相关技术的实施效果。
素混凝土桩复合地基要比夯实水泥土桩复合地基承载的力要大,比高压喷射注浆复合地基要环保,施工也简单许多。高层建筑楼层高,这意味着地基要承受很大的荷载,所以复合地基承载力一定要高,在采用素混凝土桩复合地基方案时,设计人员还要对这种复合地基的以下几个方面进行详细设计。
主要包括四个方面,这些参数是桩的基础参数:①桩径。其数值大小主要和制桩设备有关,与长螺旋钻孔管的直径一般大小,管的直径为0.4m,所以桩径也要与该数值保持一致[2]。②桩长。桩长分为保护桩长和有效桩长,这两种参数是针对桩端持力层而言。桩端的位置要符合规定,相关人员要将其与承载力高,压缩性小的土层连接在一起。在该复合地基中,一般选择粉土层为桩端持力层,这种选择和现场地质剖面图等要求指标是相符合的。③桩体强度,这是直接关系到桩体有效性的参数值,要做好设计和计算。④褥垫层参数,指材料选择和厚度设计,该数值设计计算会直接关系到复合地基对荷载的承担效果。
2 地基处理方案的选择
结合高层建筑的地质条件、埋深情况等,地下室底板之下的主要持力层是:厚度是7.0m的2号粉质粘土层、厚度是5.0~12.0m的3号稍密状态粉土层与厚度20.0m的4号粉质粘土层。若按照天然地质设计筏板基础来看,选择3号粉土层视为下卧层承载力验算无法满足具体要求,仅仅考虑沉管灌注桩或按预制管桩设计,结合周边工程锤击桩的试桩情况,要求桩身进入到4号粉砂土层深度为3.0m位置,单桩承载性能偏低,桩体数量不断增加,会产生明显的挤土效应。施工完成后所施打的桩体来将所施打桩体向上抬并挤断。开展锤击桩施工时,会对旁边的安装房子构成极大的威胁,因此,此种地基是不合适的。结合地质实况,若选择采用筏板基础,只是3号土层是无法满足承载力要求的,此时,需作加固处理,全面考虑在3号土层内使用素混凝土灌注桩,将其视为增强体,进而形成了素混凝土桩与3号土层全面承担荷载的复合性地基,以增强3号土层地基承载性能。
3 高层建筑素混凝土桩复合地基设计
城市化进程的不断推进,城市的高层建筑工程数量不断增加,对高层建筑工程质量提出了更高的要求。当前,为保证高层建筑工程结构质量,做好素混凝土桩复合地基设计变得极其关键,其直接影响着高层建筑工程结构的稳定性与安全性。
3.1 素混凝土桩的相关参数设计
(1)桩径d:桩径直接影响着成桩设备,可选择长螺旋钻孔管内泵混凝土成桩,要求桩径要控制到400.0mm。
(2)桩长L:素混凝土桩要求相关的桩端要坐落于压缩性小、承载力高的土层之上。结合场地地质剖面图与土的物理学指标,要求素混凝土桩最好选择第10层中砂作为桩端的持力层,要求桩长控制到12.5m,而保护桩的长度控制到0.5m,要求有效桩的长度控制在12.0m。
(3)桩体强度。
(4)褥垫层材料与厚度。
3.2 素混凝土桩设计计算
在计算中涉及到的计算公式都要符合相关技术规范,如《长螺旋泵压混凝土复合地基技术规范》等。在这些公式中,有针对单桩方面的,如对其竖向承载力特征值Ra进行计算的公式,也有针对复合地基承载力特征值fpk进行计算的公式。分别如下所示:
公式中的U代表桩周长,n为土层数,q为土层的极限侧阻力,qn和qp分别代表计算值和标准值,l为土层厚度,γ为调整系数,有固定值。
j在公式中代表面积置换率,Ap为桩的截面积,β为桩间土承载力折减系数,fak是地基承载力特征值。
将相关数值代入公式中,对承载力特征值进行计算,根据复合地基承载力特征值计算公式,对复合地基面积置换率进行换算,然后将其带入桩间等校圆面积计算公式A=Ap/j中,求出j值,将其作为素混凝土桩在地基中布设的参考依据[3]。
3.3 桩体强度设计计算
在桩体强度设计中要按照公式fz≥3Ra/Ap相关公式,对fz进行计算,fz代表的是抗压强度平均值。根据此计算值,可以对桩体混凝土型号进行选择,对其强度进行控制。
3.4 褥垫层材料选择及厚度设计
在对褥垫层进行设计时,应先对整桩土荷载分担比例进行调整,对基础底面应力进行集中。在材料选择方面,应用级配砂石,设计人员还要对其配合比进行设计,砂石的粒径也要控制在一定范围。褥垫层厚度要与工程实际要求相符合。
3.5 素混凝土桩复合地基变形计算
素混凝土桩复合地基只是起到提高承载力的作用,并不能阻止地基沉降或变形,只是在一定程度上降低变形速度或减轻沉降变形后果。所以还要对其进行变形计算,主要包括两方面:一方面是对复合土层的压缩模量进行计算,这种复合模量法会对地基变形量进行计算。在计算中,需要将复合地基施工之前的天然地基作为参考对象,计算出其压缩模量,然后根据天然地基和复合土层分层模量关系,计算复合地基的压缩模量,该压缩模量用E表示[4]。相关公式如下:
复合土层分层压缩模量为天然地基压缩模量的λ倍。
另一方面还要对地基中心点的沉降量进行计算,地基中心点变形深度计算出后,还要和设计要求进行对比,只有小于设计值,素混凝土桩复合地基设计才算合理。
4 结语
混凝素土桩复合地基对高层建筑地基处理来说,应用效果明显、性价比高,但要保证地基起到显著效果,还要对地基方案进行合理设计,桩基大小、强度、布置、褥垫层设计等使复合地基承载能力,建筑沉降变形满足建筑要求,安全可靠。因此,从长远角度来看,为打造更为稳定、牢固的高层建筑结构质量,应重视对混凝素土桩复合地基的设计,只有打好地基,才可充分凸显高层建筑的应用价值。
[1]张青松.素混凝土桩复合地基在高层建筑中的应用[J].中国高新技术企业,2015(18):147~149.
[2]邸海燕,马润勇.某高层建筑素混凝土桩复合地基的设计[J].土工基础,2016,23(02):32~34+72.
[3]周林生,宋国栋,严益民.高层住宅素混凝土桩复合地基设计[J].建筑技术,2017,40(01):53~55.
[4]万罡.素混凝土桩复合地基在郑州某超高层建筑中的应用[J].西部探矿工程,2015(S1):50~51.