广州市某大学住宅楼电梯加建工程复合地基设计与分析_论文发表__5

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:150

副标题#e#
　　广州市某大学住宅楼电梯加建工程复合地基设计与分析
　　宋晓光
　　（广州中大建筑设计研究院510275）
　　【摘要】本文以工程实例结合国家有关规范，介绍高压旋喷桩复合地基的设计方法，并分析优化设计，控制质量，节约造价的合理化建议。
　　【关键词】高压旋喷桩；复合地基；承载力；沉降量
　　0前言
　　复合地基的是指通过增强和置换天然土（岩）层中的部分土体，从而形成由两种不同刚度的材料组成，共同分担上部荷载并协调变形的人工地基。高压喷射注浆法即是目前常见的一种地基加固处理方法，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土等地基，可用于既有建筑和新建建筑地基加固，并能在狭窄的场地贴近建筑物施工，具有造价低，施工干扰小等优点。
　　1工程概况
　　该工程拟为一栋七层框架住宅楼加建三部电梯（分别为22#、23#、24#三栋），电梯井采用抗震墙结构，底部面积小，其断面仅为1.46mx2.46m，建筑总高度却达到24.98m。原基础设计方案采用钻孔灌注桩基础，但业主提出，拟建场地狭窄，老人较多，大型施工机械施工干扰很大，且灌注桩施工时间长，影响大。考虑业主要求，决定更换为施工扰民较小的浅基础形式。场地内素填土厚度分别达到3.2m、6.45m和10.60m，其承载力特征值仅有100KPa，需进行地基增强处理，经研究讨论，最终采用高压旋喷桩的处理方案。
　　2地质情况
　　依据工程地质勘察报告，场地地貌为残丘地貌，现地势平坦。场地内岩土层自上而下划分为人工填土层、第四系残积层及白垩系基岩等三大类。
　　（1）人工填土：层厚3.20~10.60m。其土性为素填土，呈砖红色，稍密。
　　（2）残积层：顶面埋深3.2~6.45m，层厚2.15~3.60m。其土性为粉质粘土，红褐色，硬塑，主要成分由粘粉粒组成。标贯试验N=24.7击，土工试验主要指标：孔隙比e=0.668，液性指数IL=0.44,承载力特征值fak=230KPa。
　　（3）全风化岩带：顶面埋深6.8~10.6m，层厚1.00~1.65m。红褐色，岩芯呈坚硬土状。标贯试验N=24.7~27.0击，承载力特征值300KPa。
　　（4）强风化岩带：顶面埋深8.45~11.6m，层厚0.90~6.5m。红褐色，岩芯呈半岩石半土状，岩质较软。承载力特征值450KPa。
　　场地地下水位埋深2.10~2.30m，水量少，主要来源是大气降水补给。
　　3高压旋喷桩复合地基设计
　　依据《建筑地基处理技术规范》（简称规范[1]）的要求，高压旋喷桩复合地基的设计应考虑：
　　（1）旋喷桩复合地基承载力特征值；
　　（2）地基处理后的沉降计算。
　　3.1复合地基承载力
　　规范[1]公式：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk(1)
　　式中，fspk——复合地基的承载力标准值，根据上部结构传到基底的力和基础形式（筏板）计算得到：应使fspk>215kpa；
　　m——面积置换率；
　　Ap——桩的截面积，本工程采用D500桩，Ap=0.196m²；
　　β——桩间土承载力折减系数，取β=0.4；
　　fsk——处理后桩间土承载力标准值，宜按地区经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，取fsk=230KPa；
　　Ra——单桩竖向承载力特征值；
　　根据规范[1]要求，单桩竖向承载力特征值Ra的取值，应符合下列规定：
　　（1）当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；
　　（2）当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：
　　Ra=upΣqsili+Apqp(2)；Ra=ηfcuAp(3)（取两者计算之小值）
　　式中，up——桩身周长；
　　qsi，qp——桩周第i层土的侧阻力特征值，桩端土未经修正地基承载力特征值；本工程考虑桩端进入强风化岩层，qp取450KPa；
　　η——桩身强度折减系数，取0.33；
　　fcu——与旋喷桩桩身水泥土配合比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体）在标准养护下28d龄期的立方体抗压强度平均值，本工程取fcu=2.2#p#副标题#e#MPa；
　　经计算，结果详表1：
　　置换率计算结果一览表（表1）
　　编号 Ra（Kn） fspk(Kpa） 桩长l（m） m（%）
　　 公式(2) 公式(3)   
　　22# 425 142 220 6.25 0.24
　　23# 375 142 220 7.8 0.24
　　24# 291 142 220 9.4 0.24
　　从表1可看出，由公式（2）和公式（3）算出的单桩竖向承载力特征值相差较大，可见该值的确定会对置换率产生很大的影响，如工程量大，工期长，最好先试桩，通过单桩载荷试验确定。本工程工程量小，工期紧，故选取经验值fcu=2.2MPa，并对施工技术参数做出以下要求：
　　（1）选用425标号普通硅酸盐水泥；
　　（2）水泥掺入量15%，水灰比1.1，注浆压力20MPa。
　　3.2复合地基沉降
　　复合地基变形计算应考虑两个方面：桩群体的压缩变形s1；桩端土的压缩变形s2。
　　（1）s1参照选用的规范○1计算公式s1=（Pz+Pzl）L/2Esp
　　式中，Pz——群桩顶面的附加应力；
　　Pzl——群桩底面的附加应力，Pzl=[fspA+G-Asqs-fs(A-A1)]/A1-ｒpL；
　　Esp——旋喷桩复合土层的压缩模量，Esp=mEp+（1-m）Es；
　　Ep——旋喷桩的压缩模量；
　　Es——桩间土的压缩模量；
　　（2）s2的规范○2计算公式：s2=ψss’=ψsΣpo(ziai-zi-1ai-1)/Esi
　　式中，s——地基最终变形量；
　　s’——按分层总和法计算出的地基变形量；
　　ψs——沉降计算经验系数；
　　经计算，结果详表2：
　　沉降量计算结果一览表（表2）
　　编号 s1(mm） s2(mm） s(mm）
　　22# 27.5 9.4 36.9
　　23# 34.4 8.06 42.46
　　24# 41.4 4.49 45.89
　　从表2可看出，桩群体的压缩变形量随桩长的增加而有所增加，桩端土的变形量则与桩端土的软弱程度有很大关系。本工程选取基岩为桩端持力层，故桩端土的变形量较小。
　　4复合地基的检验
　　本工程复合地基施工后，进行了地基检测，主要检测结果如下：单桩承载力特征值达到了180Kn，桩身无侧限抗压强度值大于3.5MPa；处理后桩间土压缩模量为5MPa，承载力特征值为250KPa；桩端承载力特征值为500KPa。
　　从检测结果看：（1）各项数据均好于设计要求；（2）设计阶段采用的单桩承载力特征值140Kn偏于保守；（3）桩端承载力特征值500KPa较工程勘察报告中的400KPa提高了很多，应是旋喷桩施工后，地基土得到加强的结果；（4）通过后期与施工单位的沟通，了解到施工时为确保施工质量，水泥掺入量调高到了20%，使得工程造价出现了不合理增加。
　　5结论
　　通过本工程旋喷桩复合地基的设计与分析，可得如下结论：
　　（1）采用高压旋喷桩加固基地土，条件允许的情况下，应先进行试桩和载荷试验得出可靠的复合地基承载力特征值；无条件做载荷试验的，也应依据当地可靠经验，合理选取参数，以实现设计的合理、经济。
　　（2）根据检测结果来看，根据场地的水文地质条件，合理的制定施工技术参数，才可以既保证成桩质量，满足设计要求，又不浪费，经济节约的目的。
　　参考文献
　　[1]JGJ79-2002，《建筑地基处理技术规范》[S].中国建筑工业出版社
　　[2]GB50007《建筑地基基础设计规范》[S].中国建筑工业出版社
　　[3]李小杰.高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析[J].岩土力学,2004.