螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的應(yīng)用

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簡(jiǎn)介： 螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在工程地基處理中得到了成功應(yīng)用。本文主要介紹了工程的概況、螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的原理、設(shè)計(jì)、施工工藝和效果分析。
關(guān)鍵字：地基 螺桿樁 設(shè)計(jì) 施工

　　1、工程概況

　　海口市某項(xiàng)目場(chǎng)地原屬海漫灘，人工填海造地，於2004年4月竣工。由10棟8層公寓樓和6棟2-3層豪華別墅群組成。

　　2003年初，由原管樁方案改為長(zhǎng)短樁復(fù)合地基加固處理方案。其長(zhǎng)樁首次應(yīng)用了螺桿樁新技術(shù)，確保了質(zhì)量，提前了工期，節(jié)省了投資。

　　建筑物總占地面積約為128畝，均采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1米，上部設(shè)計(jì)荷載（修正后的地基承載力特征值）分別為200KPa，160KPa，140Kpa。建筑物的絕對(duì)沉降不大于30mm。其中8號(hào)樓基底占地面積為1683.54平方米。

層數(shù)名稱(chēng)厚度壓縮模量承載力極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值1人工填土0.9~5.8m  18 kPa 2淤泥質(zhì)粘土4.6~9m2.8MPa70 kPa10 kPa 3粘土0.4~6.1m3.71MPa170 kPa65 kPa 4粗砂0.4~7.2m10.58 MPa190 kPa46 kPa 5粉質(zhì)粘土最大12.2m5.6 MPa180 kPa50 kPa500 kPa6中砂最大8.6m12.88 MPa190 kPa70 kPa1700 kPa7粉質(zhì)粘土最大15.7m6.08 MPa190 kPa76 kPa900 kPa8細(xì)砂最大4.3m7.67 MPa200 kPa60 kPa1200 kPa9粉質(zhì)粘土最大10.3m5.75 MPa200 kPa76 kPa900 kPa

　　8號(hào)樓工程地質(zhì)及設(shè)計(jì)參數(shù)值表1

　　2、地基處理方案的確定

　　本項(xiàng)目基礎(chǔ)方案進(jìn)行充分的論證，對(duì)原樁基礎(chǔ)方案作了修改，采用螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。

　　圖1 螺桿樁圖示

　　螺桿樁介紹

　　螺桿樁作為一項(xiàng)新型樁，是一種“上部為圓柱型，下部為螺絲型”組合式樁，該樁及成樁工法簡(jiǎn)稱(chēng)螺桿樁技術(shù)(該技術(shù)2003年申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利，名稱(chēng)為“半螺絲樁及其成樁工法”，2005年獲得了專(zhuān)利)。該技術(shù)已被列為“2004年海南省建設(shè)科研項(xiàng)目”、“2005年建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃”、“2005年全國(guó)建設(shè)科技行業(yè)推廣項(xiàng)目”?，F(xiàn)澆螺桿樁是在施工過(guò)程中采用樁機(jī)鉆具旋轉(zhuǎn)擠壓土體泵壓混凝土成樁。與打入式預(yù)制樁相比，施工噪音低、無(wú)振動(dòng)、對(duì)已施工的樁無(wú)影響；與全螺旋鉆、普通泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁相比，無(wú)泥漿污染和棄土問(wèn)題。螺桿樁承載力高,質(zhì)量易保證,施工工效快，日成樁（直徑400—500mm）400—600延米.是一種具有很高實(shí)用價(jià)值的新型樁。

　　3、螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基原理

　　在荷載作用下，地基中的附加應(yīng)力隨著深度增加而減少，為了更有效地利用復(fù)合地基中樁體的承載潛能，可以取不同長(zhǎng)度的樁體以適應(yīng)附加應(yīng)力由上而下減小的特征,用于壓縮土層較厚的地基。從復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)和位移特性分析可知，由于復(fù)合地基加固的存在，高應(yīng)力區(qū)向地基深度移動(dòng)，地基壓縮土層變深。為了減少沉降，對(duì)較深的土層進(jìn)行處理,采用沿深度變強(qiáng)度和變模量的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基可以有效減少沉降，降低加固成本。在長(zhǎng)短樁復(fù)合地基中，加固區(qū)淺層地基中既有長(zhǎng)樁、又有短樁，復(fù)合地基置換率高。不僅地基地基承載力高，而且加固區(qū)復(fù)合模量大，可以滿(mǎn)足加固要求。在加固區(qū)深層地基中，附加應(yīng)力相對(duì)較小，只有長(zhǎng)樁，也可達(dá)到承載力要求，有效減小沉降的目的,更符合荷載作用下地基中應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)特性。

　　圖2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基位移等值線(xiàn)圖和應(yīng)力等值線(xiàn)圖

　　4、螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

　　地質(zhì)資料顯示本場(chǎng)地為軟弱地基，上部存在人工填土及淤泥質(zhì)土等較厚軟弱層，其承載力較低（人工填土估算45Kpa，淤泥質(zhì)土為70Kpa）。用短樁（柔性樁）對(duì)樁間土上部軟弱層進(jìn)行改善，增大樁間土的承載能力，減小剛性樁的應(yīng)力集中。再與長(zhǎng)樁（剛性樁既螺桿樁）共同作用形成長(zhǎng)短樁復(fù)合地基來(lái)提高地基的承載能力。短樁除了參與提高地基承載力外，還能增大地基土豎向剛度，減小復(fù)合地基加固區(qū)變形。同時(shí)，剛性長(zhǎng)樁對(duì)柔性短樁而言，還可起到護(hù)樁及參與抑制復(fù)合地基周?chē)馏w隆起的作用。

　　1）承載力計(jì)算

　?。?）短樁復(fù)合地基的承載力估算：

　　fsp,k1=m1Ra1/Ap1+β(1-m1)fsk1(1)

　　式中：fsp,k1——短樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－2002）中復(fù)合地基承載力的計(jì)算；

　　根據(jù)式（1）計(jì)算可得短樁復(fù)合地基的承載力.

　　（2）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力特征值估算fsp,k2=m2Ra2/Ap2+β(1-m2) fsk22(2)

　　因此，根據(jù)式（2）計(jì)算可得長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力特征值：

　　（3）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基修正后的地基承載力特征值估算.

　　根據(jù)式（3）計(jì)算可得長(zhǎng)短樁復(fù)合地基修正后的

　　地基承載力特征值：

　　fa= fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)

　　處理后的復(fù)合地基承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力（設(shè)計(jì)為200kPa）要求。

　?。?）以上公式采用了發(fā)揮度或提高系數(shù)等概念，理解和掌握難度大。為了便于理解和掌握，我們?cè)谟?jì)算中采用了再處理概念，即首先采用規(guī)范計(jì)算短樁復(fù)合地基承載力，將計(jì)算的承載力特征值作為長(zhǎng)樁復(fù)合地基的基本參數(shù)之一，將短樁復(fù)合地基相應(yīng)土層的壓縮模量按照規(guī)范調(diào)整成復(fù)合壓縮模量，然后對(duì)長(zhǎng)樁復(fù)合地基進(jìn)行計(jì)算.計(jì)算出修正后復(fù)合地基承載力特征值，既為長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力，并求出最終沉降量。以上計(jì)算參數(shù)運(yùn)用,符合規(guī)范，概念明確，簡(jiǎn)單易懂，容易掌握。成果可靠。2003年我們與北京理正軟件公司合作編制本課題地基處理軟件僅十分鐘左右完成全部計(jì)算。

　　5、施工工藝

　　1）螺桿樁施工工藝：

　　螺桿樁是采用螺桿鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)擠壓成孔，起鉆同時(shí)用管內(nèi)泵壓灌注細(xì)石混凝土至孔底的一種成樁工藝。該樁型具有成樁速度快，樁身強(qiáng)度高，且無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，其具體施工工藝如下：

　　測(cè)量放線(xiàn)—鉆機(jī)就位調(diào)平—鉆進(jìn)成孔—至設(shè)計(jì)標(biāo)高停鉆—泵送混凝土、提鉆—至設(shè)計(jì)標(biāo)高停泵—提鉆至孔口——成樁

　　鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)觀察儀表電流不得超過(guò)額定電流值。在鉆至設(shè)計(jì)深度后，對(duì)于螺桿樁下段螺紋部分而言：反轉(zhuǎn)動(dòng)力頭隨之提鉆是同時(shí)進(jìn)行的，而且每旋轉(zhuǎn)出的高度等于提升裝置提升的高度。

　　圖3 螺桿樁成樁工藝圖

　　注:1-動(dòng)力頭,2-混凝土輸送泵,3-高壓管,4-自然地面,5-鉆桿,6-成樁后螺紋段,7-成樁后直線(xiàn)段,8-上部軟土層,9-下部硬土層,10-螺桿樁全斷面。

　　2）水泥攪拌樁施工

　　2）樁位布置

　　6、成樁質(zhì)量與加固效果分析

　　1）復(fù)合地基靜載試驗(yàn)數(shù)量每幢為3組，壓板尺寸為：3.166m*1.07m,其中1根螺桿樁,2根粉噴樁,長(zhǎng)短樁復(fù)合地基試驗(yàn)值(1600KN)由業(yè)主邀請(qǐng)的有關(guān)專(zhuān)家審定。

　　每幢基礎(chǔ)抽檢三組進(jìn)行靜荷載試驗(yàn),8號(hào)樓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

　　靜荷載試驗(yàn)結(jié)果表表2

　　其荷載與沉降（P-S）關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示：

荷載與沉降關(guān)系曲線(xiàn)圖（P-S圖）圖5

　　根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果及Q-S關(guān)系曲線(xiàn),依據(jù)復(fù)合地基承載力基本值的確定方法,各組復(fù)合地基承載力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

　　2）檢查成樁質(zhì)量，掌握地基加固效果情況進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，抽檢率為10%，。檢測(cè)結(jié)果表明，本工程樁身完整性合格。

　　7、結(jié)束語(yǔ)

　　1）經(jīng)螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基處理后，其強(qiáng)度和承載力均有明顯提高，參數(shù)及計(jì)算方案符合設(shè)計(jì)要求和工程處理目的。

　　2）選擇剛性的長(zhǎng)樁時(shí)，選用了螺桿樁。該樁型主要技術(shù)特征表現(xiàn)為“上部為直線(xiàn)型，下部為螺絲型”，因此更加符合在荷載作用下應(yīng)力場(chǎng)由上而下減小的分布規(guī)律。上部直線(xiàn)型在軟弱土層中樁體剛度好；下部螺絲型樁體處理在較好土層中，受力特征變?yōu)榧羟凶饔茫商岣叱休d力。螺絲部分可節(jié)省混凝土材料?！　　?/p>

　　3）長(zhǎng)樁置換率設(shè)置為0.028，比常規(guī)的0.06~0.1大大減少，用長(zhǎng)樁與短樁交叉布置，使加固地基形成有整體效果的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。

　　4）現(xiàn)螺桿型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基工程費(fèi)用僅為原方案的62%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　5）螺桿樁新技術(shù)一誕生，我們就非常重視螺桿樁機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)，走一條巖土技術(shù)與樁工機(jī)械相結(jié)合的光明大道，目前深圳已成功研制出高效、強(qiáng)勁的環(huán)保型螺桿樁新樁機(jī),必將推進(jìn)該項(xiàng)新技術(shù)得以更快發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]龔曉南，復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南（第1版），北京，人民交通出版社，2003.9，296-311頁(yè)。

　　[2]閻明禮，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)水力電出版社，2001