設(shè)置變形調(diào)節(jié)器復(fù)合樁基在工程中的應(yīng)用

王繼果 周 峰 董 祥

(1.三江學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210012；2.南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210003； 3.南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

設(shè)置變形調(diào)節(jié)器復(fù)合樁基在工程中的應(yīng)用

王繼果1周 峰2董 祥3

(1.三江學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210012；2.南京工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210003； 3.南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

通過在樁頂設(shè)置不同剛度的變形調(diào)節(jié)器，解決了普通樁基無法應(yīng)用于存在大量孤石的復(fù)雜土層的技術(shù)難題，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明該設(shè)計方案能夠有效的減小建筑物的不均勻沉降，取得很好的經(jīng)濟和社會效益。

變形調(diào)節(jié)器，復(fù)合樁基，不均勻沉降

0 引言

設(shè)置變形調(diào)節(jié)復(fù)合樁基是近年來提出的一種新的樁筏基礎(chǔ)形式。其通過在樁頂與筏板之間設(shè)置專門研制的調(diào)節(jié)裝置，優(yōu)化與調(diào)節(jié)樁土支承剛度的大小與分布，實現(xiàn)樁土支承剛度的人為控制。除可用于端承型樁的樁土共同作用外，還有望應(yīng)用于變剛度調(diào)平設(shè)計、老樁的再生利用以及土巖結(jié)合地基等支承剛度嚴(yán)重不均勻的情況[1-3]。

1 工程概況

廈門市某工程由五幢30層的高層住宅樓及相關(guān)配套公建——會館、幼兒園及沿街商業(yè)等組成，總建筑面積20萬m2，建筑物總高度97 m，地下室埋深11 m，全場地范圍內(nèi)設(shè)2層地下室。

工程地質(zhì)條件復(fù)雜，土層中分布有大量直徑不等未風(fēng)化完全的孤石。具體地質(zhì)情況如下：

①素填土：為人工整平場地之回填土層。色雜，以褐黃灰、灰褐、褐紅色為主，稍濕～飽和，土質(zhì)疏松不均勻，呈疏松～稍密狀為主，主要成分為砂質(zhì)粘性土混中粗粒石英砂、碎石等，局部混有石塊及少量磚塊。分布均勻，層厚約1 m～4.4 m。

②淤泥質(zhì)土：海相淤積成因。灰、深灰、灰黑色，以流塑為主，飽和，局部地段含5%～10%左右的石英質(zhì)中粗砂粒及少量腐殖物、貝殼碎片。分布均勻，層面埋深1 m～4.3 m，層厚約0.4 m～8.1 m。

③粘土：沖積成因。淺灰、褐灰黃、灰黃等色，可塑～硬塑，很濕～飽和，含約5%～10%石英質(zhì)中細(xì)砂，局部地段該層中夾粉質(zhì)粘土及泥質(zhì)中粗砂薄層，土質(zhì)較均勻，粘性較好，干強度較高。埋深3.5 m～10.7 m，層厚約0.6 m～7 m。該層為力學(xué)性質(zhì)較好、具中等壓縮性地基土層。

④砂質(zhì)粘土：坡洪積成因。褐色、褐灰黃等色，可塑～硬塑，很濕～飽和，含約10%～25%石英質(zhì)中粗砂粒及少量細(xì)砂粒，干強度較高，韌性中等。層面埋深1.9 m～13 m，層厚約0.6 m～8 m。該層為力學(xué)性質(zhì)較好、具中等壓縮性地基土層。

⑤1可塑殘積砂質(zhì)粘性土：系中粗粒花崗巖原地風(fēng)化殘留產(chǎn)物。褐黃、褐紅、灰黃、黃白等色，可塑，很濕～飽和，長石、云母等礦物已全部風(fēng)化為次生粘性礦物。層面埋深4 m～13.9 m，層厚約0.9 m～18.2 m。該層為力學(xué)性質(zhì)較好、具中等壓縮性地基土層。

⑤2硬塑殘積砂質(zhì)粘性土：系中粗粒花崗巖原地風(fēng)化產(chǎn)物。褐黃、淺紫色等色，硬塑，很濕～飽和，長石、云母等礦物已趨風(fēng)化完全。層面埋深4.8 m～23.5 m，層厚約1.4 m～24.3 m。該層屬力學(xué)性質(zhì)良好、具中等(偏低)壓縮性地基土層。

⑥1全風(fēng)化花崗巖：系中粗粒花崗巖風(fēng)化形成。褐黃、灰黃等色，巖石風(fēng)化完全，長石、云母等已趨全風(fēng)化為次生粘性礦物，呈硬～堅硬土塊狀，結(jié)構(gòu)較致密。層面埋深17.5 m～41.5 m，厚度約1.9 m～25.1 m。該層屬力學(xué)性質(zhì)良好、具較低壓縮性地基土層。

⑥2-1散狀強風(fēng)化花崗巖：系中粗粒花崗巖風(fēng)化形成。褐黃、淺灰黃、黃白等色，長石、云母等礦物絕大部分風(fēng)化。層面埋深15.4 m～53.2 m，厚度約1.2 m～17.6 m。該層具較好工程性質(zhì)。巖石堅硬程度屬軟巖。

⑥2-2破裂狀強風(fēng)化花崗巖：系中粗粒花崗巖風(fēng)化形成。淺黃、淺灰黃、黃褐等色。云母等礦物大部分風(fēng)化，顆粒間聯(lián)結(jié)力尚存，巖體呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。層面埋深17.1 m～65.9 m，厚度約1 m～42.2 m。該層具有良好工程性質(zhì)。巖石堅硬程度屬較軟巖，巖體完整程度屬破碎。

⑥3中風(fēng)化花崗巖：系中粗粒花崗巖風(fēng)化形成。淺褐黃、灰黃、淺灰等色，組織結(jié)構(gòu)部分破壞。巖體上部長石、云母等造巖礦物已顯著風(fēng)化失去光澤，往下風(fēng)化作用逐漸減弱。該層具良好工程性質(zhì)。巖體堅硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬較破碎～較完整。該層層內(nèi)局部差異風(fēng)化作用較明顯，局部呈微風(fēng)化狀。

2 復(fù)合樁基設(shè)計

本工程最終采用地基土承擔(dān)大部分荷載的廣義復(fù)合樁基方案，采用少量樁基來承擔(dān)一部分荷載，并控制沉降。另外通過自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的使用，保證樁土之間的變形協(xié)調(diào)。

2.1 樁數(shù)的確定

樁徑1 m，樁長15 m的人工挖孔樁單樁極限承載力值按式(1)估算：

PU=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAp

(1)

取單樁極限承載力為5 180 kN，單樁承載力特征值為2 590 kN。

北樓一基底坐落在可塑殘積砂質(zhì)粘性土⑤1層上。保守計算，經(jīng)深、寬修正后的地基土承載力特征值為345 kPa。基底總荷重644 119 kN，則所需總樁數(shù)可按式(2)驗算:

n≥(N-faA)/pa

(2)

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2)可以求得用樁數(shù)量30根時，就能滿足承載力驗算要求。但考慮到實際布樁和控制沉降的需要，最終布樁60根左右。

2.2 沉降計算

1)按簡化修正實體深基礎(chǔ)方法計算沉降。

(3)

2)按復(fù)合樁基方法計算沉降。

只考慮基礎(chǔ)底板引起的沉降，樁引起的沉降忽略。按照箱基規(guī)范的兩種沉降計算方法計算沉降，則沉降為35 mm～67 mm。

綜上所述，本工程復(fù)合樁基的沉降可估算為30 mm～60 mm。

2.3 自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的設(shè)置

本工程非嵌巖樁單樁承載力特征值為2 590 kN，嵌巖樁單樁承載力特征值約為5 400 kN，平均每幢樓下布樁60根左右，預(yù)計樁間土壓縮量為3 cm。每根樁頂設(shè)置3臺并聯(lián)的自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器總剛度按嵌巖樁承載力來確定，k=5 400 kN/30 mm=180 kN/mm，預(yù)留總調(diào)節(jié)位移為2S0=60 mm。

3 工程現(xiàn)場測試分析

3.1 建筑物沉降

北一樓共布置10個沉降觀測點，封頂半年后的沉降最大值為31.3 mm，最小為19.3 mm，平均為25.2 mm。由于建筑物正在進行外裝，因此建筑物的沉降并沒有穩(wěn)定，平均沉降速率為0.036 mm/d。考慮到建筑物的荷載約為總設(shè)計荷載的一半左右，所以25.2 mm的平均沉降是合理的，預(yù)期最終沉降為50 mm，這和設(shè)計時的估算值是一致的。

建筑物的最大沉降差為6.7 mm，不均勻沉降率為4/10 000，遠小于規(guī)范要求的2‰。

3.2 基底土壓力

隨著時間的推移，基底土壓力近似呈線性增大，建筑物封頂后有逐漸穩(wěn)定的趨勢。土壓力最大值為160 kPa，最小為110 kPa，平均140 kPa左右。考慮到目前荷載約為設(shè)計值的一半左右，如按目前實際荷載倒推，則土壓力值略大于140 kPa，說明測試結(jié)果是合理的。

3.3 樁頂變形調(diào)節(jié)器

樁頂反力基本隨時間呈線性增加，但是當(dāng)建筑物封頂后，樁頂反力不再增加，并略有下降。樁頂反力為900 kN左右，變形調(diào)節(jié)器的變形約為6 mm，這和最初設(shè)定的調(diào)節(jié)器剛度基本一致，說明本工程變形調(diào)節(jié)器的設(shè)計是正確合理的。

變形調(diào)節(jié)器的平均壓縮變形量僅為6 mm，即使考慮目前建筑物剛封頂，最終平均壓縮變形量也不會超過15 mm，遠小于設(shè)計時的假設(shè)值。

綜上所述，根據(jù)建筑物實測結(jié)果顯示，工程實測的各項性能指標(biāo)與設(shè)計時的預(yù)期基本一致，說明本工程的設(shè)計是合理成功的。另外30層的高層建筑下僅布60根短樁，說明本工程設(shè)計也是經(jīng)濟的。

4 結(jié)語

1)從現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)分析來看，廣義復(fù)合樁基設(shè)計理論與方法是合理的、正確的。

2)通過實施以天然地基為主，輔以樁頂沉降可按需發(fā)生的土與樁共同協(xié)調(diào)承載的廣義復(fù)合樁基設(shè)計概念，實現(xiàn)在困難地質(zhì)條件下建造30層高層建筑的目標(biāo)，不僅節(jié)省了基礎(chǔ)施工周期，而且取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3)本工程實踐中經(jīng)驗的積累，可為今后工程項目中制定基礎(chǔ)方案提供借鑒和參考。

[1] 周 峰，宰金珉，梅國雄，等.樁土變形調(diào)節(jié)裝置的研制與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009(7)：40-42.

[2] 林樹枝，郭天祥，周 峰.設(shè)置變形調(diào)節(jié)裝置樁筏基礎(chǔ)設(shè)計方法及工程實踐[J].福建建筑，2012(7)：88-91.

[3] 杜 磊.淺談廣義復(fù)合基礎(chǔ)新技術(shù)的應(yīng)用[J].福建建筑，2012(5)：52-54.

Practice of generalized composite foundation by use of deformation regulator

WANG Ji-guo1ZHOU Feng2DONG Xiang3

(1.CollegeofCivilEngineering,SanjiangUniversity,Nanjing210012,China；2.CollegeofTransportationScienceandEngineering,NanjingTechUniversity,Nanjing210003,China;3.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing211167，China)

By setting different stiffness deformation regulator top of the pile, to solve the technical problems of ordinary pile can not be applied there is a lot of complex soil boulder, field monitoring data indicate that the non-uniformity of the design can effectively reduce the settlement building achieved good economic and social benefits.

deformation regulator， composite pile， uneven settlement

1009-6825(2014)30-0105-02

2014-08-15

王繼果(1980- )，男，碩士，講師； 周 峰(1979- )，男，博士，副教授； 董 祥(1980- )，男，碩士，副教授

TU473.1

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