某高層住宅復(fù)合地基設(shè)計(jì)

楊羅春

某高層住宅復(fù)合地基設(shè)計(jì)

楊羅春

(博亞(福建)建筑設(shè)計(jì)有限公司 福建泉州 362000)

因承載力、工程造價(jià)、施工周期等原因不適合采用天然淺基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)時(shí)，可采用復(fù)合地基進(jìn)行地基處理。素混凝土樁復(fù)合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，由樁、土共同承擔(dān)荷載，可有效地降低工程造價(jià)、縮短施工周期。結(jié)合工程實(shí)例對(duì)復(fù)合地基設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行分析計(jì)算，地基處理后天然土層的承載能力大幅度提高，并減少了建筑物的基礎(chǔ)沉降，能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。通過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，素混凝土樁復(fù)合地基是一種安全、經(jīng)濟(jì)、有效的地基處理方法。

復(fù)合地基；設(shè)計(jì)；素混凝土樁；承載力

0 引言

復(fù)合地基是置換或增強(qiáng)部分土體后，形成的由地基土和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的人工地基[1]。增強(qiáng)體按材料性質(zhì)分為散體材料增強(qiáng)體和有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體。素混凝土樁復(fù)合地基采用有粘結(jié)強(qiáng)度的素混凝土樁作為增強(qiáng)體，形成素混凝土樁和土層共同受力的復(fù)合地基，具有施工方法簡(jiǎn)便易行、使用地層廣泛、周期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在高層建筑中得到大量的應(yīng)用，應(yīng)用效果較好[2]。

1 工程概況

該工程位于泉州市鯉城區(qū)新區(qū)，包括7棟高層住宅樓，4棟多層建筑，總建筑面積為79 095.21m2，本文以其中3#樓的復(fù)合地基設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。3#樓地上為15層，地下為1層，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓為0.70kN/m2，地面粗糙度為B類。建筑的±0.000標(biāo)高為黃海高程6.200，地下室建筑標(biāo)高為黃海高程1.700。

2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告描述，在勘探深度內(nèi)，擬建場(chǎng)地地層共分為9層，場(chǎng)地地層自上而下依次為：①雜填土，松散狀，厚度為0.50m～3.30m；②淤泥，流塑狀，qsk=15kPa，厚度0.10m～4.70m，fak=40kPa；③粉質(zhì)粘土，可塑，qsk=25kPa，厚度3.50m～9.70m，fak=140kPa；④礫卵石, 稍密～密實(shí)狀，qsk=70kPa，qpk=2 300kPa，厚度8.20m～11.90m，fak=320kPa；⑤殘積砂質(zhì)粘性土,可塑偏硬～硬塑狀，qsk=50kPa，厚度0.90m～3.40m，fak=260kPa；⑥全風(fēng)化花崗巖,屬極軟巖，巖體極破碎，qsk=75kPa，厚度0.80m～8.10m，fak=320kPa；⑦強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,屬極軟巖～軟巖，巖體極破碎～破碎，qsk=90kPa，厚度2.10m～23.10m，fak=500kPa；⑧中風(fēng)化花崗巖,屬較軟巖，完整性為破碎～較破碎，qsk=200kPa，厚度0.20m～3.50m，qpk=10 000kPa；⑨微風(fēng)化花崗巖,屬較硬巖～堅(jiān)硬巖，巖體完整性為較完整～完整，未揭穿，qpk=30 000kPa。3#樓2b-2b′地質(zhì)剖面情況如圖1所示。

圖1 3#樓地質(zhì)剖面圖

3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案選定

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，3#樓標(biāo)準(zhǔn)組合下基礎(chǔ)底面的平均壓力值為270kPa。

3#樓基底標(biāo)高為0.100m，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地下室底板以下土層主要為③粉質(zhì)粘土，其承載力特征值僅為fak=140kPa，小于270kPa，不能滿足承載力要求。如挖除③粉質(zhì)粘土，以④礫卵石層作為持力層，則土方開挖量太大，基坑深度也將超過10m，故不考慮按天然地基設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)。

土層④礫卵石層的頂標(biāo)高平均約為黃海高程-4.000m，如按PHC預(yù)制管樁深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，樁身進(jìn)入礫卵石層比較困難，樁長(zhǎng)將小于6m，不能滿足深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，故在該工程中不適合采用PHC預(yù)制管樁基礎(chǔ)方案。

采用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)形式，以⑧中風(fēng)化花崗巖或⑨微風(fēng)化花崗巖作為樁基的持力層, 成樁效果較好。但是⑧中風(fēng)化花崗巖、⑨微風(fēng)化花崗巖埋深均超過35m，局部可達(dá)到47m，若采用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)太長(zhǎng)，工程造價(jià)高，施工周期長(zhǎng)。

通過上述分析可以得出天然地基、PHC預(yù)制管樁基礎(chǔ)形式不適用于該工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，而采用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)會(huì)造成工程造價(jià)高，施工周期長(zhǎng)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，如采用筏板基礎(chǔ)，僅③粉質(zhì)粘土不能滿足承載力要求，可采用素混凝土灌注樁作為增強(qiáng)體，形成素混凝土樁和③粉質(zhì)粘土共同受力的復(fù)合地基，從而③粉質(zhì)粘土提高土層承載力。復(fù)合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，利用樁、土共同協(xié)調(diào)工作的特點(diǎn)，可有效地降低工程造價(jià)。

4 素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

4.1 素混凝土樁設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，選取具有代表性的ZK7的地層結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行計(jì)算，場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層參數(shù)表

4.1.1 樁端持力層、樁長(zhǎng)、樁徑選擇及計(jì)算參數(shù)確定

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告描述及地質(zhì)剖面圖，選擇④礫卵石作為素混凝土樁的持力層，樁端進(jìn)入持力層不小于2.5m，樁長(zhǎng)為6.5m。長(zhǎng)螺旋鉆中心壓灌成樁樁徑宜為350mm～600mm，樁間距宜為3～5倍樁徑，考慮采用樁徑為500mm。單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ取0.9，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β取0.8，樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)αP取1.0。

4.1.2 單樁承載力特征值的確定

4.1.3 樁身混凝土強(qiáng)度的確定

選擇樁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

4.1.4 復(fù)合地基置換率的確定

m=0.0826

4.1.5 樁位布置及樁數(shù)

s=1.656m，取s=1.6m，則m=0.0886。

3#樓素混凝土樁樁位布置圖如圖2所示，總樁數(shù)為568根。

圖2 3#樓素混凝土樁樁位布置圖

4.2 褥墊層設(shè)計(jì)

素混凝土樁樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層。素混凝土樁復(fù)合地基充分挖掘樁間土的承載潛力，由樁、土共同承擔(dān)荷載，保證樁、土共同協(xié)調(diào)工作,是素混凝土樁形成復(fù)合地基的重要條件。褥墊層是素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的一個(gè)核心，褥墊層在復(fù)合地基中具有如下作用：①減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中；②調(diào)整樁、土垂直荷載及水平荷載的分擔(dān)。

該工程褥墊層采用300mm厚級(jí)配砂石，如圖3所示。

圖3 素混凝土樁樁身剖面示意圖

4.3 沉降計(jì)算

素混凝土樁復(fù)合地基變形計(jì)算應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]GB50007-2011的有關(guān)規(guī)定。規(guī)范提出的地基沉降計(jì)算方法是一種簡(jiǎn)化的分層總和法，其引入了平均附加應(yīng)力系數(shù)的概念，并在總結(jié)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的前提下，規(guī)定了地基沉降計(jì)算深度的標(biāo)準(zhǔn)及地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

4.3.1 復(fù)合土層壓縮模量計(jì)算

復(fù)合土層③粉質(zhì)粘土壓縮模量為ζ=281/140=2，Esp=2×6=12MPa。

4.3.2 變形計(jì)算深度確定

當(dāng)無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在1m～30m范圍內(nèi)時(shí)，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基變形計(jì)算深度也可按簡(jiǎn)化公式zn=b(2.5-0.4lnb)進(jìn)行計(jì)算。zn=24.2×(2.5-0.4ln24.2)=29.66m。在計(jì)算深度范圍內(nèi)存在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，zn取至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖表面，zn=20.7m，Δz=1m。

4.3.3 基底附加壓力計(jì)算

計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的作用效應(yīng)采用正常使用極限狀態(tài)下的準(zhǔn)永久組合，不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，3#樓準(zhǔn)永久組合下基礎(chǔ)底面的平均壓力值為255kPa，基底附加壓力po=p-γd=200kPa。

1.2.2 生物信息學(xué)分析 使用 starBase V2.0 工具篩選與多能因子 sox2、oct4、nanog 相關(guān)的lncRNA，使用 lncRNAdb 工具預(yù)測(cè) lncRNA-8439與 nanog 的相互作用位點(diǎn)。

4.3.4 沉降計(jì)算

計(jì)算地基變形時(shí)，地基內(nèi)的應(yīng)力分布采用各向同性均質(zhì)線性變形理論，即壓縮模量Es不隨深度變化,最終變形量按下式進(jìn)行計(jì)算：

表2為 3#樓左側(cè)主樓中心處按分層總和法計(jì)算地基變形量s′。3#樓基礎(chǔ)形狀不規(guī)則，平均附加應(yīng)力系數(shù)依據(jù)疊加原理采用角點(diǎn)法計(jì)算，由于計(jì)算過程較為繁冗，表中略過平均附加應(yīng)力系數(shù)計(jì)算過程，如表2所示。

表2 沉降計(jì)算表

地基變形計(jì)算深度zn校核，3.2÷208.4=0.015≤0.025，表明zn取值符合規(guī)范要求。

po=200kPa≤281×0.75=210kPa，查表可得ψs=0.4，地基最終變形量s=0.4×208.4=83.4mm。

4.3.5 高層建筑整體傾斜計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011高層建筑整體傾斜允許值的要求，該工程整體傾斜應(yīng)小于0.003。該工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用PKPM系列JCCAD軟件進(jìn)行計(jì)算，按照地質(zhì)勘察報(bào)告輸入地質(zhì)模型后進(jìn)行基礎(chǔ)沉降計(jì)算，結(jié)果如圖4所示，沉降量計(jì)算值為82mm～88mm，X向、Y向整體傾斜均小于0.0001，滿足規(guī)范要求。

圖4 JCCAD基礎(chǔ)沉降計(jì)算結(jié)果

5 素混凝土樁復(fù)合地基質(zhì)量檢測(cè)

樁身完整性采用低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，檢查數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%，該工程低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)數(shù)量為57根。

根據(jù)施工后靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，6個(gè)單樁靜載荷試驗(yàn)最終沉降值為11.26mm～13.56mm，3個(gè)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)最終沉降值為16.54mm～18.87mm。代表性靜載荷試驗(yàn)曲線如圖5～圖6所示。

圖5 A121#樁單樁載荷試驗(yàn)成果曲線

圖6 A304#樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)成果曲線

6 結(jié)語

該工程地基采用素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行處理后，地基承載力大幅度提高，達(dá)到承載力要求，沉降量計(jì)算值較小。采用素混凝土樁復(fù)合地基充分利用了樁間土的承載力，使設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。素混凝土樁施工快捷方便、工程造價(jià)低，該工程地基處理造價(jià)比采用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)節(jié)省約30%，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] JGJ79 -2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012．

[2] 閆明禮，張東剛．CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2006．

[3] GB50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011．

Composite foundation design of a high-rise residential building

YANGLuochun

(Boya (Fujian) Architectural Design Co. Ltd,Fuzhou 362000)

When it is not suitable for the use of natural shallow foundation or deep foundation because of the bearing capacity, project cost, construction cycle and other reasons, composite foundation can be used for foundation treatment. The composite foundation with plain concrete piles can fully excavate the bearing capacity of the foundation soil which work together with the plain concrete piles to bear the loads, this can effectively reduce the construction cost and shorten the construction period. By the analysis of composite foundation design combined with engineering example, the bearing capacity of the natural soil is greatly improved and the foundation settlement of the building is reduced after the foundation treatment. The bearing capacity and the foundation settlement of the building can meet the requirements of national standards and foundation design. Based on the engineering practice, composite foundation with plain concrete piles is a safe, economical and effective method for foundation treatment.

Composite foundation; Design；Plain concrete pile；Bearing capacity

楊羅春(1983.5- )，男，工程師

E-mail:17213405@qq.com

2017-02-20

TU473

A

1004-6135(2017)04-0052-04