局部暗塘的錨桿靜壓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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　　摘要：通過對(duì)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(jì) 施工　　

　　一、工程概況

　　宿舍樓位于某學(xué)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(chǎng)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(fù)雜，另建筑平面布置未考慮設(shè)沉降縫，這給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)方提供工期短又相對(duì)經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)值達(dá)270kPa，利用好④層土是經(jīng)濟(jì)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(dāng)，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(zhǎng)短變化的200x200錨桿靜壓樁，考慮樁土共同作用，樁長(zhǎng)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?jí)簶丁?/p>

　　三、地基變形分析和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)樁基逆作法施工順序，可將基礎(chǔ)受力分為兩個(gè)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(dāng)于一般淺基礎(chǔ)，第二階段樁間土和樁共同作用承擔(dān)上部P1及后增荷載P2.

　　在P1作用下，此時(shí)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(shí)基礎(chǔ)的最終沉降S1計(jì)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(dān)的荷載

　　PP1=λ。[（ STF- STi）/ STF].P1（2）

　　式中，λ為考慮樁土共同作用時(shí)樁承受荷載分擔(dān)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(shí)刻基礎(chǔ)下土的固結(jié)度

　　在建造到n1層壓樁、封樁的同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)施工仍然同步進(jìn)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(xué)公式為

　　Kr= ES/[（1-υ2）。w.b]

　　υ：泊松比

　　w：矩形基礎(chǔ)中心點(diǎn)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(zhǎng)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(dān)荷載

　　PP2=λ。P2

　　另外大量預(yù)制樁壓入土中導(dǎo)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(jì)計(jì)算如下：

　　1. 二層樓面澆完后封樁前基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　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(jì)值f.

　　用分層總和法計(jì)算好土區(qū)最終沉降量STF=24mm，兩層施工工期約三個(gè)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(dān)荷載PP和基礎(chǔ)分擔(dān)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(dān)比例，取0.85

　　P<f/2.

　　用分層總和法計(jì)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(jì)算 式中Kr/ Kpr=0.25，壓樁后基礎(chǔ)上抬量按經(jīng)驗(yàn)取5mm.最終沉降量差值22mm，施工時(shí)根據(jù)暗河道截面情況采用變化的樁長(zhǎng)，以防止沉降發(fā)生突變，沉降差滿足規(guī)范要求。

　　1號(hào)樓基礎(chǔ)平面示意圖見圖三

　　3.承臺(tái)及錨桿設(shè)計(jì)

　?。?）承臺(tái)設(shè)計(jì)：好土區(qū)基礎(chǔ)按普通墻下條基計(jì)算，暗河道區(qū)按 使用階段基底反力及樁頂反共同作用計(jì)算，孔邊設(shè)加強(qiáng)筋以彌補(bǔ)被切斷的受力鋼筋，加強(qiáng)筋貫通布置。

　　（2）錨桿設(shè)計(jì)：

　?、僮陨沓休d力驗(yàn)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(gè)樁孔預(yù)埋錨桿數(shù)； R為錨桿抗拉強(qiáng)度； d為錨桿凈直徑。

　?、阱^固強(qiáng)度驗(yàn)算

　　Pmax≦nπdh[r]

　　式中， h為錨固深度； [r]為錨桿與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度，取決3MPa經(jīng)計(jì)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(yīng)及基礎(chǔ)板受力突變，施工采用分批分點(diǎn)壓、封樁，靠近交叉墻處先壓先封，壓完50%后，進(jìn)行第一批封樁，剩下壓樁分成幾個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)分散、多點(diǎn)流水壓樁。

　　壓樁用樁長(zhǎng)和壓樁力兩個(gè)指標(biāo)來控制，當(dāng)樁長(zhǎng)未達(dá)到要求而壓樁力達(dá)到要求時(shí)，即可認(rèn)為滿足要求，壓樁要結(jié)合沉降觀測(cè)結(jié)果，在施工過程中，作流程和時(shí)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(yàn)算沉降差將其對(duì)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(yàn)收完畢，沉降觀測(cè)結(jié)果與計(jì)算值基本相符。

　　參考資料：

　　[1] 葉書麟地基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè) 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(biāo)準(zhǔn)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(yáng)位洸地基及基礎(chǔ) 1998

　　[6] 中國(guó)建筑工業(yè)出版社樁基工程手冊(cè) 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