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局部暗塘的錨桿靜壓樁基礎(chǔ)設(shè)計
摘要:通過對某宿舍樓在控制沉降差的前提下提出同一建筑物下局部設(shè)樁基的基礎(chǔ)方案。
關(guān)鍵詞:錨桿靜壓樁 逆作法 樁土共同作用 設(shè)計 施工
一、工程概況
宿舍樓位于某學院新校區(qū)西北角,總建筑面積17138平方米,4幢宿舍樓為六層磚混,層高3.2m,平行布置,勘察揭示有暗河道南北蜿蜒橫穿見圖一,典型地質(zhì)剖面見圖二,土性特征見表一。場地好土區(qū)土質(zhì)良好,地基承載力高,暗河道區(qū)土性差異較大,分布復雜,另建筑平面布置未考慮設(shè)沉降縫,這給基礎(chǔ)設(shè)計帶來很大困難。
二、基礎(chǔ)選型分析
由于工期緊迫,業(yè)主希望設(shè)計方提供工期短又相對經(jīng)濟的基礎(chǔ)方案。好土區(qū)的④層粉質(zhì)粘土承載力很高, 承載力標準值達270kPa,利用好④層土是經(jīng)濟與否的關(guān)鍵。暗河道區(qū)③層軟土的深5米左右
如采用換填方法工程量較大,采用粉噴樁或深層攪拌樁等方法無法將承載力提高與④層土相當,且沉降難以控制,經(jīng)綜合分析,好土部分采用普通條基,而暗河道區(qū)采用長短變化的200x200錨桿靜壓樁,考慮樁土共同作用,樁長5-7.5米,2.5米一節(jié),交界處用2.5米短樁過渡,逆作法施工,二層樓面澆完后開始壓樁。
三、地基變形分析和基礎(chǔ)設(shè)計
根據(jù)樁基逆作法施工順序,可將基礎(chǔ)受力分為兩個階段。第一階段地基承受基礎(chǔ)理及上部已建n1層結(jié)構(gòu)自重和施工荷載P1,相當于一般淺基礎(chǔ),第二階段樁間土和樁共同作用承擔上部P1及后增荷載P2.
在P1作用下,此時基礎(chǔ)沉降STi,若不壓樁其最終沉降量STF,壓樁后基礎(chǔ)的剛度增加,此時基礎(chǔ)的最終沉降S1計算如下
S1=STi+(Kr /Kpr)。( STF- STi)(1)
式中,S1為P1作用下基礎(chǔ)的最終沉降
STi為封樁前基礎(chǔ)沉降,STF為不壓樁淺基礎(chǔ)的最終沉降
Kr為淺地基的剛度, Kpr為壓樁后地基的剛度
壓樁后淺基礎(chǔ)上的荷載向樁上移,樁上分擔的荷載
PP1=λ。[( STF- STi)/ STF].P1(2)
式中,λ為考慮樁土共同作用時樁承受荷載分擔比例, (2)式可轉(zhuǎn)化為下式
PP1=λ。(1-μi)。P1(3)
μi= STi/ STF,μi即為Ti時刻基礎(chǔ)下土的固結(jié)度
在建造到n1層壓樁、封樁的同時,上部結(jié)構(gòu)施工仍然同步進行,后增荷載P2引起的考慮樁土共同作用的基礎(chǔ)沉降量
S2=(P2 /P1)。(Kr /Kpr)。( STF- STi)(3)
式中, Kr/ Kpr為壓樁前后地基的剛度比,其中天然地基土剛度Kr的彈性力學公式為
Kr= ES/[(1-υ2)。w.b]
υ:泊松比
w:矩形基礎(chǔ)中心點沉降影響系數(shù)[5]
ES: 地基土的彈性模量
b:矩形基礎(chǔ)的寬度或圓形基礎(chǔ)直徑
根據(jù)剪切傳遞法得壓樁后地基剛度
Kpr= GSr0[]/Rs
Rs:群樁的沉降比
GS: 地基土的剪切模量, GS= 0.5ES /(1+υ)
r0: 樁身等效半徑
rm: 樁的影響半徑,取rm=20 r0
L: 樁長度
η: 樁入土深度影響系數(shù),一般η=0.85∽1.0
P2作用下樁頂分擔荷載
PP2=λ。P2
另外大量預制樁壓入土中導致土體產(chǎn)生一定的隆起量,須考慮地基土抬起量S3.
根據(jù)上述分析本工程基礎(chǔ)設(shè)計計算如下:
1. 二層樓面澆完后封樁前基礎(chǔ)設(shè)計
好土區(qū)基礎(chǔ)寬1.5m,暗河道區(qū)基礎(chǔ)寬1.8m,基礎(chǔ)埋深1.5米,取典型橫墻下基礎(chǔ),在兩層結(jié)構(gòu)自重和施工荷載下,好土區(qū)P1 =83kN/M2; 暗河道區(qū)P1=74kN/M2,基礎(chǔ)反力均小于地基承載力設(shè)計值f.
用分層總和法計算好土區(qū)最終沉降量STF=24mm,兩層施工工期約三個月, 固結(jié)度μi約為0.6此間完成沉降量STi=15mm左右,而暗河道區(qū)最終沉降量STF =63mm,固結(jié)度μi約為0.25施工期間成沉降量STi =16mm左右,沉降比較均勻。
2.三層樓面澆完前須完成50%的壓樁和封樁,五層樓面澆完前須完成100%的壓樁和封樁,暗河道區(qū)后增荷載P2=89kN/M2,樁頂分擔荷載PP和基礎(chǔ)分擔荷載P分別為
PP= PP1+ PP2=λ。(1-μi)。P1+λ。P2
=0.85.(1-0.35)。74+0.85.89=116.5 kN/M2
P= P1+P2-PP
=74+89-116.9=46.5kN/M2
μ:基礎(chǔ)下土固結(jié)度,取0.35
λ:考慮樁土共同作用樁上承受荷載分擔比例,取0.85
P<f/2.
用分層總和法計算好土區(qū)最終沉降量61mm,施工期間完成沉降量36mm左右,而暗河道區(qū)淺基礎(chǔ)上的荷載向樁上轉(zhuǎn)移,建筑物最終沉降量減少,考慮壓樁后基礎(chǔ)有所上抬,最終沉降量
S= S1+ S2- S3
=[STi+(Kr /Kpr)。( STF- STi)]+ [(P2 /P1)。(Kr /Kpr)。( STF- STi)]- S3
=[16+0.25.(63-13)]+[(89/74)。0.25.(63-13)]-5=39mm
經(jīng)計算 式中Kr/ Kpr=0.25,壓樁后基礎(chǔ)上抬量按經(jīng)驗取5mm.最終沉降量差值22mm,施工時根據(jù)暗河道截面情況采用變化的樁長,以防止沉降發(fā)生突變,沉降差滿足規(guī)范要求。
1號樓基礎(chǔ)平面示意圖見圖三
3.承臺及錨桿設(shè)計
?。?)承臺設(shè)計:好土區(qū)基礎(chǔ)按普通墻下條基計算,暗河道區(qū)按 使用階段基底反力及樁頂反共同作用計算,孔邊設(shè)加強筋以彌補被切斷的受力鋼筋,加強筋貫通布置。
(2)錨桿設(shè)計:
?、僮陨沓休d力驗算
K.Pmax<nπ。(d2/4)。R
式中,K為安全系數(shù),取K=1.2; Pmax為最大壓樁力;n為每個樁孔預埋錨桿數(shù); R為錨桿抗拉強度; d為錨桿凈直徑。
?、阱^固強度驗算
Pmax≦nπdh[r]
式中, h為錨固深度; [r]為錨桿與混凝土粘結(jié)強度,取決3MPa經(jīng)計算采用M24錨桿。
四、施工要求
本工程樁小數(shù)量多,為防止擠土效應及基礎(chǔ)板受力突變,施工采用分批分點壓、封樁,靠近交叉墻處先壓先封,壓完50%后,進行第一批封樁,剩下壓樁分成幾個小區(qū),每個小區(qū)分散、多點流水壓樁。
壓樁用樁長和壓樁力兩個指標來控制,當樁長未達到要求而壓樁力達到要求時,即可認為滿足要求,壓樁要結(jié)合沉降觀測結(jié)果,在施工過程中,作流程和時間上的調(diào)整。
五、結(jié)束語
局部采用逆作法施工考慮樁土共同作用的錨桿靜壓樁基礎(chǔ),大大減少了施工工期和噪音污染, 而且錨桿靜壓樁受力明確,樁身質(zhì)量好控制;采用分階段驗算沉降差將其對結(jié)構(gòu)不同階段的不利影響控制在允許范圍之內(nèi)。本工程已主體驗收完畢,沉降觀測結(jié)果與計算值基本相符。
參考資料:
[1] 葉書麟地基處理工程實例應用手冊 1998
[2] 冶金工業(yè)部建筑研究院編錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程(YBJ 227-91)
[3] 上海市標準地基處理技術(shù)規(guī)范(DBJ08-40-94)
[4] P Clancy and M F Randolph. Simple Design Tools for Piled Raft Foundation[J].Geotechinqe 1996.46(2)a
[5] 揚位洸地基及基礎(chǔ) 1998
[6] 中國建筑工業(yè)出版社樁基工程手冊 1995
[7] M Makarchian and H G ploulous.Simplified Method for design of UnderpinningPiles[J].G.T.ASCE,1996,122(9):745-751
[8] Khoriskoshi and M F Randolph.A Contribution of Optimum Design of Piled Raft[J].Geotechnique,1998,48(3)。
作者:林勇
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