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山區(qū)深挖回填項目建筑基礎(chǔ)設(shè)計及優(yōu)化

2020-08-14 06:41:44黃濤
中華建設(shè) 2020年7期
關(guān)鍵詞:單樁灌注樁樁基

黃濤

在山區(qū)中的建筑工程項目,場地開挖平整作業(yè)通常會采用半挖半填或是全部回填的方式。但是在山區(qū)地形中存在較大的高差,造成回填深度極大、回填周期加長,對于施工工期較短的工程更是無法等待回填地基固結(jié)再進(jìn)行施工,給工程施工帶來了巨大的困難。本文將結(jié)合實際工程案例,分析強(qiáng)夯與CFG樁的組合技術(shù)應(yīng)用在山區(qū)地基基礎(chǔ)處理的方案設(shè)計及優(yōu)化,以期為將來同類工程提供一定的參考價值。

一、工程簡介

本工程為湖北省某地綜合實驗大樓項目,項目總占地為1000m2,大樓為框架結(jié)構(gòu),建筑面積為8300 m2;建筑高度為37m,分為地下一層,地上七層,其中地下室高度為3.3m,其底面高程為455m,室外地坪高程為456.5m;建筑物柱下最大荷載為1.07×104kN。工程主體建筑、地基為乙等建筑,場地為丙等級;巖土工程勘察等級為乙級。

1.工程地區(qū)地貌特征

工程所在地區(qū)為構(gòu)造、侵蝕低山丘陵地貌,該場地山區(qū)原始地貌高程為440.3~451.0m,為斜坡沖溝地形,沖溝呈現(xiàn)由西北至東南趨勢,工程項目與沖溝呈斜交狀態(tài),沖溝底部高程為440.3m,最寬處為15m;該地西南、東北側(cè)為緩坡陡坡山谷山脊,坡度為15°~45°。工程區(qū)域進(jìn)行開挖平整施工后高程為456.8m,場地平坦,周邊40m無邊坡及自由面。

2.樁基設(shè)計

經(jīng)過工程勘探后顯示,工程區(qū)域的地質(zhì)可分為三類,即人工填筑層、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。樁基設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 樁基設(shè)計參數(shù)表

二、地基基礎(chǔ)處理方案設(shè)計

1.施工方案設(shè)計

結(jié)合地質(zhì)勘探結(jié)果以及工程特點等因素進(jìn)行分析,初步?jīng)Q定工程樁基施工采取人工開挖結(jié)合機(jī)械鉆孔的形式。項目中大部分的樁基孔直徑大于15m,上覆土層為人工填充,土層較為松散,此情況無法進(jìn)行人工挖孔,因此改用機(jī)械鉆孔灌注樁。本次施工中開挖平整施工后場地較為平坦開闊,便于機(jī)械鉆孔灌注樁施工中相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)場、通行;改用機(jī)械鉆孔灌注樁施工后將有效地節(jié)約人工成本、增加工程施工效率、減少施工工期。

根據(jù)上述分析,本工程中采用機(jī)械鉆孔灌注樁具有較好的施工基礎(chǔ),并且施工區(qū)域的地質(zhì)便于成孔,成孔施工產(chǎn)生的污染較小,因此,本工程將采用機(jī)械鉆孔灌注樁。

2.單樁豎向承載力特征值計算

依據(jù)工程項目的施工要求及地基特點,單樁豎向承載力特征值Ra將依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011中8.5.6條規(guī)定進(jìn)行計算:

式中,up—表示灌注樁周長(單位:m);qsia—表示鉆孔樁極限側(cè)阻力特征(單位:kPa);li—表示地層中第i層的厚度(單位:m);qpa—表示鉆孔樁端阻力特征(單位:kPa);AP—表示灌注樁的橫截面積(單位:m2)。

計算中嵌巖深度取值為樁徑的兩倍,Ra計算結(jié)果如表2所示。

表2 單樁豎向承載力特征值計算結(jié)果

結(jié)合施工技術(shù)以及施工能力,本工程決定采用直徑為1000mm、1200mm的鉆孔灌注樁。

3.各樁孔樁徑參數(shù)計算

根據(jù)勘察結(jié)果顯示,施工區(qū)域具有較大的回填負(fù)摩阻,將會對樁基施工產(chǎn)生一定的影響,根據(jù)計算,計負(fù)摩阻與不計負(fù)摩阻區(qū)域的樁基承載能力相差約為35%,而通過增加樁徑的方式提升樁基承載力方式,其效果并不理想、不具有性價比。

通過增加擴(kuò)地可以有效的提升樁基的承載能力,如,雖然提升擴(kuò)底20%將增加3.4%的工程量,不過,可以有效的提升40%的樁基承載能力。但是本工程中樁端的持力層屬于風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層,若增加20%的樁體長度將嚴(yán)重提升施工的難度,不具有實用價值。

結(jié)合地質(zhì)勘察的結(jié)果,本次工程決定采用樁徑為1.0m的鉆孔灌注樁,經(jīng)計算Ra取值為2250kN,柱底最大值1670Kn。

三、地基處理方案及基礎(chǔ)設(shè)計方案

施工的首層為人工回填層;回填層以下為地區(qū)的原始地表:泥質(zhì)粉砂巖層(強(qiáng)風(fēng)化),層厚為3~6m;第三層為泥質(zhì)粉砂巖層(中風(fēng)化)。填埋所使用的為粉砂質(zhì)泥巖,遇水將會發(fā)生軟化、崩解,因此,改變回填層的力學(xué)性能、增加其密實度降低土質(zhì)的壓縮、變形模量成為本工程施工的主要問題。經(jīng)過多方的研究后,決定采用以下施工方案解決主要問題:

強(qiáng)夯處理。使用30Tx20m夯擊錘,其工作中沖擊波影響深度可達(dá)到5~10m,施工中采用滿夯夯擊三次,使地層的承載力達(dá)到150kPa。

CFG樁加固。地基經(jīng)過夯實后進(jìn)行CFG樁施工,使其形成復(fù)合地基。由于本工程為高層建筑,中部柱下的最大軸壓可以達(dá)到1.02×104kN,因此CFG樁應(yīng)采用C30#混凝土制成素混凝土樁以增加其強(qiáng)度,樁直徑為500mm,將樁端深入結(jié)構(gòu)的第三層以作為素混凝土樁的持力層。此外,為了在允許的情況下更好的降低工程的造價以及縮短施工工期,本工程中CFG樁施工不再采用滿布施工。

根據(jù)勘察結(jié)果顯示,經(jīng)過施工以后回填層的力學(xué)性能得到了極大的提升,其承載力得到顯著的提升可達(dá)到160kPa(設(shè)計要求為150kPa)。需要注意的是,地層經(jīng)過強(qiáng)夯處理改變力學(xué)性能后,原回填涂料的負(fù)摩阻力并不會在素混凝土樁施工存在,并且地層在短時間內(nèi)將不會形成穩(wěn)定狀態(tài)。因此,對于素混凝土樁的單樁承載力計算只需要考慮正摩阻力即可,本研究中取值為1~5kPa,經(jīng)過計算,最小單樁承載力Ra為531kN,最大承載力Ra為1013 kN,樁體承載能力Q表示為:

計算后載能力Q值為1964kN。

根據(jù)綜合分析后,本工程中承載力Ra值為300 kN、主體間距設(shè)置為1500mm。置換率m計算為:

計算后置換率m值為8.7%。

復(fù)合地基承載力fspk計算為:

工程中回填地層復(fù)合地基承載能特征fspk計算結(jié)果為256kPa,本研究中取值為255kPa。

四、基礎(chǔ)設(shè)計及應(yīng)用效果

根據(jù)前文的計算可知,fspk為255 kPa、柱體最大軸壓為1.02×104kN,因此,本工程的地基加固施工將采取柱下獨立基礎(chǔ)的方式施工,配筋結(jié)構(gòu)為φ10間隔1150雙層施工、樁端及基礎(chǔ)底端加褥墊層(級配砂石)。

本工程投入使用3年后對建筑進(jìn)行檢測顯示,沉降值為4.1~5.1mm,高低沉降差為1mm,符合建筑施工規(guī)范中的要求,并且建筑地基處理后各項數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果顯示,本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)語

由于山區(qū)平地少,建筑工程施工基本均需要進(jìn)行地基基礎(chǔ)的開挖回填施工,根據(jù)工程所在地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及工程情況選擇合適的基礎(chǔ)施工方式,可以有效地提升建筑的施工質(zhì)量。本研究中通過采取強(qiáng)夯與CFG樁組合的方式進(jìn)行地基基礎(chǔ)的處理,根據(jù)實施結(jié)果顯示,采用該方式不僅有效的減少了工程的投入,還大大的減少了施工周期,對以后相關(guān)工程施工具有重要的借鑒作用。

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