對幾種地基處理方案的論證

宋婷婷 張 磊

0 引言

地基處理施工是建筑物進行施工建設的第一環(huán)節(jié),地基問題的處理恰當與否,不僅直接影響建筑物的造價,而且直接影響建筑物的安危,即它關系到整個工程的質(zhì)量、投資和進度,近年來其重要性已愈來愈多地被人們認識。

1 工程區(qū)域概況

擬建場地地表相對平坦,場地地貌屬安陽河沖、洪積平原區(qū)。

2 建筑結構荷載及基地壓力估算

擬建工程地上 16層,單層豎向荷載標準值取 15 kPa,地下1層,其豎向荷載標準值取 18 kPa,按筏式基礎,框剪結構考慮,筏板厚1.0m,單位面積荷載標準值取25 kPa,則基礎底面處的平均基地壓力值(PK)約為283 kPa。

3 天然地基方案評價

擬建工程地上 16層,地下1層,若基坑開挖深度為 4.5m,則基礎持力層為第 3層粉質(zhì)粘土。

天然地基方案是否可行首先要考慮的是持力層能否滿足基地壓力的要求,經(jīng)計算地基承載力特征值為155.2 kPa,地基土強度不能滿足大于基地壓力的要求。本場地擬建建筑物不宜采用天然地基可考慮采用高壓旋噴樁復合地基、CFG樁復合地基或樁基礎。

4 高壓噴射注漿法復合地基評價

根據(jù)場地地層發(fā)育情況,結合場地工程地質(zhì)條件,樁端持力層選擇第⑩層粉砂,樁端入土深度19.5m,基坑開挖深度按4.5m,有效樁長15m,樁徑φ=600mm,采用梅花形部樁,樁間距1.25m,置換率為20.8%。

4.1 復合地基承載力估算

復合地基的承載力取決于水泥土的強度和面積置換率,其承載力標準值應通過現(xiàn)場試樁確定,也可按下列公式估算:

1)按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范第12.2.3-1式估算單樁承載力特征值:

其中,η取0.33,樁徑為600mm;Ap=0.282 6m2;水泥土強度fcu=4.0MPa,則Ra=373 kN。

2)按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范第12.2.3-2式估算單樁承載力特征值:

其中,樁長L=15m,樁徑為600mm。

經(jīng)估算單樁承載力特征值Ra=740.49 kN,兩種計算取小值。

4.2 復合地基承載力

按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范第 9.2.5式估算復合地基承載力特征值:

其中,β取0.3;樁間土承載力fsk取120 kPa;單樁承載力特征值Ra=373 kN,則fspk復合地基承載力特征值為302.5 kPa。

復合地基承載力大于基底壓力,可滿足擬建建筑物荷載要求。

5 樁基方案論證

根據(jù)現(xiàn)場場地地質(zhì)條件,本工程亦可考慮先用鉆孔灌注樁,根據(jù)地基土工程特征,第[11]層為密實的中細砂,厚度達 9左右,可作為樁端持力層,樁端入土深度 23m,樁徑選擇 600mm。擬建建筑物基坑開挖深度按4.5m,有效樁長18.5m。

5.1 單樁豎向極限承載力特征值估算

按《建筑樁基技術規(guī)范》,根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關系,采用下式:

估算單樁豎向極限承載力特征值,當樁徑為 600mm,有效樁長為18.5m,以5號孔地層估算(地層埋深及厚度見柱狀圖),Quk= 1 897 kN。

5.2 復合樁基承載力設計值驗算

根據(jù)預估基底壓力(Pk=283 kPa),按梅花樁形布樁,對復合樁基承載力設計值進行驗算,結果見表 1。

表1 樁基設計結果

6 CFG樁復合地基方案論證

本工程樓高,荷載重,場地土較好,CFG樁復合地基能較好的滿足工程的需要,根據(jù)工程地質(zhì)特征,第⑩層為中密～密實的粉砂,可作為樁端持力層,樁端入土深度 19.5m,樁徑選擇 400mm,基坑開挖4.5m,有效樁長15m,置換率選5.6%。

6.1 單樁承載力特征值Ra

按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范規(guī)定:

1)當采用單樁荷載實驗時,應將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2。

2)當無單樁荷載實驗資料時,可按下式計算:

其中,up為樁的周長,m;qsi,qp分別為樁周第i層土的側阻力及樁端阻力特征值;li為第i層土的厚度。

根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范結合本地區(qū)建筑經(jīng)驗得出樁基設計參數(shù)見表 2。

表2 CFG樁設計參數(shù)一覽表

各數(shù)代入式(2)得Ra=513.4 kN。

6.2 復合地基承載力特征值

按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范規(guī)定:采用公式:

其中,fspk為復合地基承載力特征值;m為面積置換率;Ra為單樁豎向承載力特征值;Ap為樁的截面面積;β為樁間土承載力折減系數(shù),宜按當?shù)亟?jīng)驗取值,如無經(jīng)驗時可取 0.75～0.95,天然地基承載力較高時取大值,此處取 0.8;fsk為處理后樁間土承載力特征值,宜按當?shù)亟?jīng)驗取值,如無經(jīng)驗時可取天然地基承載力特征值,fsk=110 kPa。

樁間距:

其中,s為樁中心距離;fpk為樁體的承載力特征值,

依據(jù)式(3),式(4)有針對性估算復合地基承載力特征值見表3。

表3 復合地基承載力特征值表

綜合比較樁間距為1.5m,面積置換率為 0.055 8時復合地基既經(jīng)濟又可靠。

6.3 CFG樁設計結果

CFG樁設計結果見表 4。

表4 CFG樁設計結果

7 地基處理方案的擇優(yōu)確定

高壓旋噴樁具有無振動,無污染,工程造價低,但場地內(nèi)第⑦層夾弱泥炭質(zhì)土,其有機含量平均達 15.7%,對水泥土的化學反應會產(chǎn)生不利影響,旋噴樁成樁質(zhì)量不能充分保證。因此,不能采用高壓旋噴樁。鉆孔灌注樁費用太高,且有很嚴重的泥漿污染,不宜采用鉆孔灌注樁。CFG樁具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡單易行、工程質(zhì)量易保證,造價低等優(yōu)點,因此選用CFG樁復合地基作為地基處理的方案。

[1] GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] 李永樂.巖土工程勘察[M].鄭州:黃河水利出版社,2004.

[3] GB 50011-2001,建筑抗震設計規(guī)范[S].

[4] GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[5] 徐至鈞,全科政.高于噴射注漿法處理地基[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[6] JGJ 79-2002,J 220-2002,建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[7] JGJ 94-2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

[8] 徐至鈞,王曙光.水泥粉煤灰碎石樁復合地基[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[9] 孫文懷.基礎工程設計與地基處理[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1999.

[10] 李智毅,唐輝明.巖土工程勘察[M].武漢:中國地質(zhì)大學出版社,2000.

[11] 龔曉南.地基處理手冊[M].第 2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[12] 江正榮.建筑地基與基礎施工手冊[M].第 2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.