巖溶地區(qū)端承型剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)研究

劉中軍，楊隨新，凌 躍

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣州 510060）

剛性樁復(fù)合地基作為地基處理的的一種方法，其豎向增強(qiáng)體包括預(yù)制樁、灌注樁和鋼管注漿樁等。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50783—2012《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》[1]剛性樁復(fù)合地基應(yīng)滿足復(fù)合地基本質(zhì)和形成條件，即通過樁與土變形協(xié)調(diào)使樁與土共同承擔(dān)荷載，“不應(yīng)”使用端承型剛性樁。

1 端承型剛性樁復(fù)合地基的可行性

端承型剛性樁復(fù)合地基是否能在工程實(shí)踐中運(yùn)用，近年來一些專家和學(xué)者進(jìn)行了很多探索和研究，提出了一些計(jì)算方法和理論依據(jù)，也介紹了一些工程實(shí)例，根據(jù)資料在山東、四川、廣東、馬爾代夫共和國等地區(qū)和國家已進(jìn)行了工程實(shí)踐。楊隨新等[2]在某工程中采用了端承型剛性樁組成的剛?cè)嵝詮?fù)合地基；劉清華[3]基于樁土變形協(xié)調(diào)探討了剛性樁復(fù)合地基承載力計(jì)算方法；孫卓恒等[4]研究了嵌巖剛性樁樁端鋪設(shè)一定厚度墊層的受荷情況。王世岐等[5]認(rèn)為基巖埋深較淺區(qū)域嵌巖剛樁應(yīng)采用土巖組合地基模型進(jìn)行計(jì)算；李濤[6]研究了褥墊層對(duì)樁端落在強(qiáng)風(fēng)化巖上的剛性樁發(fā)揮樁間土承載力的影響；張東剛等[7]探討了復(fù)合地基褥墊層的變形機(jī)理和端承型剛性樁與樁間土能否構(gòu)成復(fù)合地基的問題，得出褥墊層可以有效調(diào)節(jié)樁土相對(duì)變形的結(jié)論。

廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定[8]剛性樁復(fù)合地基中的樁宜為摩擦型樁，在10.2.10條的條文說明中提到：“……目前不少工程采用端承為主的摩擦樁或端承樁，如巖溶地區(qū)一般要求剛性樁支撐于巖面上……”可以看出，廣東省標(biāo)準(zhǔn)沒有嚴(yán)格限制端承型剛性樁復(fù)合地基的使用。

2 工程設(shè)計(jì)實(shí)踐

“歐派智造創(chuàng)新項(xiàng)目”位于廣州市花都區(qū)雅瑤中路以北、鳳凰南路以西位置，建筑規(guī)劃總用地為55 926 m2，規(guī)劃總建筑面積為189 770 m2。場地巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。其中B棟工業(yè)廠房采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸長×寬×厚=5.5 m×5.5 m×1.5 m，基礎(chǔ)底標(biāo)高-5.1 m，剛性樁復(fù)合地基，樁為直徑500 mm長螺旋鉆孔壓灌樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，摩擦端承型，正方形布置，樁距1.5 m，樁頂墊層為厚250 mm級(jí)配碎石。樁身承載力特征值要求大于等于750 kN，復(fù)合地基承載力要求大于等于450 kPa。典型地質(zhì)情況及指標(biāo)見表1。本工程參考廣東省標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算。

表1 地層及指標(biāo)

2.1 根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》樁及樁間土分別計(jì)算

2.1.1 單樁承載力特征值

（1）根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》

式中：qsia為第i層樁側(cè)的摩阻力特征值，kPa；qpa為樁端持力層端阻力特征值，kPa；μ為樁身截面周長，m；li為第i層土的厚度，m；Ap為樁身截面面積，m2。

（2）根據(jù)廣東省《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》[9]：

式中：α1為考慮巖溶、潛在土洞的樁側(cè)土阻力折減系數(shù)，本工程取0.85；α2為考慮巖溶發(fā)育程度的樁端阻力折減系數(shù)，本工程取0.8。

（3）根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》水泥土類樁復(fù)合地基及剛性樁復(fù)合地基應(yīng)根據(jù)修正后的復(fù)合地基承載力特征值進(jìn)行樁身強(qiáng)度驗(yàn)算，式中fck為樁身混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

樁身承載力特征值大于750 kN，滿足要求。

2.1.2 復(fù)合地基承載力特征值

根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》

式中：m為面積置換率，m=d2/de2；β為樁間土天然地基承載力折減系數(shù)，本工程取1.0；fsk為處理后樁間土地基承載力特征值，kPa，可取天然地基承載力特征值，本工程取150 kPa；d為樁直徑，m；de為樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m，正方形布樁de=1.13l，l為樁間距。

復(fù)合地基承載力大于等于450 kPa，滿足要求。

2.1.3 沉降計(jì)算

（1）根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》變形可按樁及樁間土分別計(jì)算。

①樁間土的變形計(jì)算

式中：p0為樁間土的基底附加壓應(yīng)力，kPa，可取p0=（0.8~1.0）（1-m）fsk；SS為樁間土最終變形量，mm；S'S為按分層總和法計(jì)算出的樁間土最終變形量，mm；ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本工程按表2取值；參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs取值

表3 參數(shù)計(jì)算結(jié)果

②樁的變形計(jì)算。

式中：Sp1為樁頂與基礎(chǔ)間墊層的壓縮變形，mm；Sp2為樁身與樁端土層的變形量；hco為墊層厚度，mm，本工程為250 mm；Eco為墊層變形模量，本工程取Eco=30 MPa；Pp0為樁頂壓應(yīng)力為樁底持力層端阻力，MPa；D為樁徑，mm；l為樁長，mm；Eo為樁端持力土層的變形模量，MPa。

（2）根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》有經(jīng)驗(yàn)時(shí)剛性樁復(fù)合地基的承載力和沉降也可由樁土沉降協(xié)調(diào)確定。

①剛性樁復(fù)合地基承載力按下式計(jì)算

式中：fsk為由沉降協(xié)調(diào)確定的土分擔(dān)的承載力；式中：Rk為由沉降協(xié)調(diào)確定的樁分擔(dān)的承載力。

②樁和土的剛度計(jì)算：Kp=Ra/Sp，Ks=fa/Ss，Kp為樁的剛度；Ks為土的剛度；fa為基礎(chǔ)下天然地基修正承載力特征值

式中：ηsd取1.0；Sp為樁頂位置處基礎(chǔ)在樁承載力特征值Ra下的對(duì)應(yīng)沉降；Ss為天然地基在基礎(chǔ)作用修正承載力特征值fa時(shí)的沉降，對(duì)于殘積土和砂土地基等非飽和土，采用變形模量代替壓縮模量計(jì)算，此時(shí)沉降修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取1.0；參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 參數(shù)計(jì)算結(jié)果

③驗(yàn)算樁和地基承載力：Rk/Ra，fsk

④剛性樁復(fù)合地基沉降計(jì)算：

當(dāng)Ra取931 kN時(shí)，Sp=931/22.4=42 mm，此時(shí)根據(jù)變形協(xié)調(diào)fsk為52.08 kPa，

滿足復(fù)合地基承載力大于等于450 kPa要求。

3 結(jié)束語

本文分析了使用端承型剛性樁復(fù)合地基的可行性，參考廣東省標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某巖溶地區(qū)端承型剛性樁復(fù)合地基的承載力和沉降進(jìn)行了計(jì)算，為同類型工程提供了參考。需要指出的是在沉降協(xié)調(diào)方法計(jì)算時(shí)，樁身承載力特征值取931 kN。