素混凝土桩复合地基设计与应用分析

张良

（河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

1 工程概况及地层参数

某地基处理工程位于A市东南区域，交通便利。主楼地上14层、地下2层，结构形式为框架结构、筏板基础。天然地基坐落在第④层粉质粘土或第⑤层中砂上，天然地基承载力不满足设计要求，须进行处理。根据本工程设计要求及工程地质情况，采用素混凝土桩处理地基，处理后复合地基承载力特征值不小于320kPa，控制沉降量不大于80mm，建筑的整体倾斜不大于0.25%。地质情况见表1。

表1 项目基础范围内地层参数汇总表

2 素混凝土桩复合地基设计及应用

本工程复合地基设计等级为乙级，复合地基承载力特征值不小于320kPa。工程±0.000为绝对标高56.650m，有效桩顶相对标高均为-9.200m（其上为褥垫层、素砼垫层及防水层）。

2.1 素砼桩桩体设计参数

1）桩径（D）；根据本地区机械设备确定，本工程取D=400mm。

2）桩长（L）；根据地层情况，桩端持力层选择均为第⑥层中砂，选取6个勘察点地层分别进行计算，最终计算确定有效桩长为13.00m。见表2。

表2 有效桩长的确定（单位:m）

2.2 单桩承载力特征值（Ra）

根据规范规定，本工程单桩承载力按公式法计算：

式中：qp—桩端阻力特征值（kPa）；Ap—桩体截面面积（m2）；up—桩身周长（m）；qsi—桩侧i土侧摩阻力特征值（kPa）；αp—桩端阻力发挥系数，取1.0；li—按土层划分的各段桩长(m)。根据表2中6个勘察点和公式（1）及相关参数进行计算，确定单桩承载力特征值Ra的综合取值为470kN。

2.3 素砼桩面积置换率（m）

面积置换率采用式（2）进行反算：

式中：fspk—复合地基承载力特征值；λ—单桩承载力发挥系数，均取0.90；Ra—单桩承载力特征值；Ap—单桩截面积，为0.1257m2；β—桩间土承载力发挥系数，均取0.90；fak—桩间土天然承载力特征值，均取140kPa。经计算，3#楼最小面积置换率为5.99%。

2.4 计算桩体材料强度（fcu）

根据规范规定，按公式fcu≥4×Ra×λ÷Ap计算各楼所需桩体材料立方体抗压强度平均值（边长150mm立方体试块标准养护28d）为13.80MPa。综合考虑本工程实际情况，桩体材料采用C20混凝土。

2.5 素砼桩的布置原则及桩间距的确定

1）素砼桩布置原则。根据本工程情况，素砼桩原则上在基础范围内布置，采用矩形布置。

2）素砼桩间距。3#主楼桩间距为1.40×1.45，局部调整。

2.6 复合地基承载力特征值及下卧层验算

复合地基承载力采用式（2）计算，计算结果满足设计要求。根据GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》第5.2.7条规定，对桩端持力层及软弱下卧层进行验算，满足要求。

2.7 复合地基变形验算

根据GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》第5.3.5条规定，计算复合地基沉降量。对四个角点和中心点分别进行计算，3#楼最大沉降量小于80mm，见表3。

表3 沉降计算

2.8 整体倾斜验算

根据上一结果，3#楼的最大整体倾斜为0.000045。最大整体倾斜小于0.25%，满足设计要求。

3 检测

检测规范要求，单桩承载力为总桩数的0.5%，且数量不少于3个，单桩复合地基静载荷试验数量为总桩数的0.5%，且数量不少于3个，桩身完整性测试不应少于总桩数的10%。检测后的单桩曲线单桩Q-S,s-lgt,s-lgQ及单桩复合P-S,s-lgt,s-lgp曲线如图1所示。（图中只给出一个单桩和一个单桩复合的检测曲线）

图1 检验点的单桩Q-S,s-lgt,s-lgQ及单桩复合P-S,s-lgt,s-lgp曲线

可见，3#楼119号单桩静载试验、269号单桩静载试验在最大加载情况下没有达到极限破坏，沉降稳定，证明在该设计方案下应用的复合地基承载力和沉降量满足要求。

4 结语

素混凝土桩复合地基近年来在地基处理市场上应用规范，其设计对工程质量和造价有直接影响。在保证质量的前提下，应选择合适的地层作为桩端持力层，不能过于保守而选择更深层的地层，这会增加额外工程造价，并不经济。