軟基處理實例設(shè)計

陳 金 鄧乾炅

(中工武大設(shè)計研究有限公司，湖北 武漢 430074)

軟基處理實例設(shè)計

陳 金 鄧乾炅

(中工武大設(shè)計研究有限公司，湖北 武漢 430074)

依據(jù)場地地質(zhì)條件，結(jié)合項目實際情況，對軟土地基處理方案進行了對比分析，并對基礎(chǔ)設(shè)計要點進行了闡述，指出采用剛性樁處理軟土地基施工快捷、方案合理，地基承載力檢測結(jié)果與設(shè)計相符，值得推廣應(yīng)用。

復(fù)合地基，軟基處理，剛性樁

1 工程基本概況

某市政道路工程上跨一內(nèi)河，由于內(nèi)河流速較緩，且內(nèi)河與長江相連處斷面壓縮成一孔涵洞，在涵前形成沉積區(qū)域，從上游河水帶來的粘土及泥沙在此經(jīng)過多年淤積，已形成厚度達10 m的淤泥。建設(shè)場地河道寬62.5 m，擬定建設(shè)方案為在河道中間設(shè)置5孔涵洞，基礎(chǔ)采用整體式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底地基承載力需達到160 kPa。

2 場地地質(zhì)條件

根據(jù)場地地質(zhì)勘查報告，工程所在范圍內(nèi)表層為素填土，往下依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土夾粉土、粉質(zhì)粘土粉土粉砂互層、粉砂。各層地基承載力基本容許值及壓縮模量如表1所示。

表1 各層地基承載力基本容許值及壓縮模量

工程場地范圍內(nèi)第②層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層厚8.5 m～10.3 m，土層液限指數(shù)IL=1.32，屬于流塑狀態(tài)，側(cè)摩阻系數(shù)22 kPa，地基承載力69.5 kPa；第③層為粘土夾粉土，層厚3.2 m～5.0 m，土層液限指數(shù)IL=0.56，屬于可塑狀態(tài)，側(cè)摩阻系數(shù)53 kPa，地基承載力135.0 kPa；第④層為粉質(zhì)粘土粉土粉砂互層，層厚4.3 m～5.0 m，土層液限指數(shù)IL=1.18，屬于可塑狀態(tài)，側(cè)摩阻系數(shù)53 kPa，地基承載力135.0 kPa。

3 地基處理方案比選

現(xiàn)實際工程中較常用的地基處理方案主要有開挖換填、拋石擠淤、預(yù)壓法、高壓噴射注漿法、水泥攪拌樁復(fù)合地基、剛性樁復(fù)合地基。

開挖換填主要是指將基礎(chǔ)范圍內(nèi)軟土挖出，用透水性較好的砂性土、碎石或塊石進行替換，開挖換填分為全挖除和部分挖出。全挖除主要是將基礎(chǔ)底部軟土全部挖除，讓上部結(jié)構(gòu)荷載通過換填的透水性材料直接傳遞至承載力較高的土層上，達到路基穩(wěn)定；部分挖出主要是通過擴大基礎(chǔ)底面受力面積，降低對地基的要求，達到路基穩(wěn)定。開挖換填一般挖出深度不宜超過3 m，由于本項目所處場地范圍淤泥厚度達到8.5 m以上，故不適宜采用開挖換填。拋石擠淤是在基礎(chǔ)底從中部向兩側(cè)拋投一定數(shù)量的碎石，將淤泥擠出基礎(chǔ)范圍，以提高地基強度。其施工簡單、迅速、方便，適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動狀態(tài)，厚度較薄，表層無硬殼，片石能沉達底部的泥沼或厚度為3 m～4 m的軟土，適用于石料豐富，運距較短的情況。預(yù)壓法是指預(yù)先在擬建構(gòu)造物的地基上施加一定靜荷載，使地基土壓密后再將荷載卸除，提高軟弱地基的承載力，同時使大部分沉降在預(yù)壓過程中完成，減少構(gòu)造物建成后的沉降量。預(yù)壓法適用于淤泥質(zhì)粘土、淤泥與人工充填土等軟弱地基。高壓噴射注漿法是利用鉆機鉆孔，把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為20 MPa以上的高壓射流，從噴嘴中噴射出來沖擊破壞土體。部分細小的土料隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力，離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結(jié)體與樁間土一起構(gòu)成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減少地基的變形，達到地基加固的目的。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。水泥攪拌樁復(fù)合地基是利用水泥作為固化劑的主劑，利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)而提高基礎(chǔ)強度。是軟基處理的一種有效形式，適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等,當粘性土含水量大于30%時，不宜采用水泥攪拌樁。剛性樁復(fù)合地基是采用剛性樁增強天然地基的部分土體，通過設(shè)置于基礎(chǔ)和樁之間的褥墊層來使增強體和地基土共同承擔荷載的人工地基。剛性樁復(fù)合地基適用于粉土、砂土、填土、粘土等不存在難以穿透的堅硬夾層地基，應(yīng)用廣泛。結(jié)合本項目實際情況，綜合各類軟土地基處理方法，本項目采用剛性樁對地基進行處理，形成復(fù)合地基。

4 基礎(chǔ)設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)計采用剛性樁復(fù)合地基，樁基選用12ZTG 208預(yù)應(yīng)力混凝土空心方柱PHS(PS)350(170)AB樁，樁基邊長35 cm，內(nèi)徑17 cm，采用C80混凝土，抗裂彎矩檢驗值71 kN·m，極限彎矩檢驗值116 kN·m，單樁樁身對應(yīng)豎向抗壓承載力特征值1 725 kN，單樁樁身對應(yīng)豎向抗拔承載力特征值357 kN，單樁樁身抗剪承載力設(shè)計值138 kN，樁基布置間距按1.6 m，樁長設(shè)計17 m，樁周土層從上至下依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土([fa0]=65.0 kPa，qsia=22 kPa，Es=2.8 MPa)，基礎(chǔ)底厚5.7 m；粘土夾粉土([fa0]=145.0 kPa，qsia=53 kPa，Es=4.2 MPa)，層厚4.2 m,粉質(zhì)粘土粉土粉砂互層([fa0]=95.0 kPa，qsia=40 kPa，Es=4.5 MPa)，層厚6.6 m，樁尖進入粉砂層0.5 m([fa0]=110.0 kPa，qsia=37 kPa，Es=18.5 MPa)。樁頂鋪設(shè)30 cm碎石墊層，墊層頂設(shè)置10 cm厚C15素混凝土結(jié)構(gòu)墊層。剛性樁復(fù)合地基計算如下：計算主要依據(jù)JGJ/T 210-2010剛—柔性樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程第4章規(guī)定，計算過程如下。

4.1 單樁豎向承載力特征值計算

根據(jù)4.2.1條規(guī)定，單樁豎向承載力:

Ra=Quk/2=896.2/2=448.1 kN。

Quk=up∑qsili+qpAp=(0.35×4)×

(5.7×22+4.2×53+6.6×40+0.5×37)+110×0.35×0.35=896.2 kN。

其中,Ra為單樁豎向承載力特征值,kN；Quk為單樁豎向極限承載力標準值,kN；up為樁的橫截面周長，取1.4 m；Ap為樁的橫截面面積，取0.122 5 m2；qp為極限端阻力標準值，取145 kPa。

4.2 承載力特征值計算

根據(jù)4.2.4條規(guī)定，剛—柔性樁復(fù)合地基承載力特征值：

fspk=η1mRa/Ap+η2(1-m)fsk=0.8×0.047 85×448.1/

0.122 5+0.5×(1-0.047 85)×65=171 kPa

。

其中，m為樁土面積置換率，m=0.35×0.35/(1.6×1.6)=0.047 85；Ap為樁的橫截面面積，取0.122 5 m2；η1為剛性樁的承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；η2為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.5；fsk為處理后樁間土承載力特征值(也可取天然地基承載力特征值)，取65 kPa。經(jīng)計算得出處理后地基承載力特征值取fa=171 kPa,大于上部結(jié)構(gòu)對地基承載力要求。

4.3 基礎(chǔ)沉降計算

根據(jù)4.3.1條規(guī)定，剛性樁復(fù)合地基沉降主要由兩部分組成，第一部分為剛性樁與土構(gòu)成的復(fù)合土層的壓縮量S1，第二部分為樁端以下天然土層壓縮量S2，故復(fù)合地基總沉降量可表示為：

S=S1+S2。

S1=ψs1∑P0(zi×ai-z(i-1)×a(i-1))/Espli；

S2=ψs∑P0(zi×ai-z(i-1)×a(i-1))/Esi。

其中，Espli=(1-m1)Esi+m1×Ep1；ψs1為剛性樁與土構(gòu)成的復(fù)合土層壓縮量計算經(jīng)驗系數(shù)；P0為對應(yīng)于荷載效應(yīng)準永久組合下的基礎(chǔ)底面處的附加壓力，kPa；Espli為剛性樁與土構(gòu)成的第i層復(fù)合土層的復(fù)合壓縮模量，MPa；Esi為第i層土的壓縮模量，MPa；zi為基礎(chǔ)底面至第i層土底面的距離，m；z(i-1)為基礎(chǔ)底面至第(i-1)層土底面的距離，m；ai為基礎(chǔ)底面計算點至第i層土底面范圍內(nèi)的平均附加應(yīng)力系數(shù)；a(i-1)為基礎(chǔ)底面計算點至第(i-1)層土底面范圍內(nèi)的平均附加應(yīng)力系數(shù)；Ep1為剛性樁體的壓縮模量，MPa；m1為剛性樁面積置換率。根據(jù)以上公式，將土層按1.0 m進行分層，最后計算出復(fù)合地基總沉降為15.7 cm。滿足規(guī)范規(guī)定要求。

5 結(jié)語

根據(jù)以上對實例工程的地質(zhì)分析，對各種處理方法的比較及適用條件進行分析，本項目地基處理設(shè)計采用剛性樁復(fù)合地基施工快捷、方案合理，后期對地基承載力檢測，結(jié)果基本與設(shè)計相符，滿足設(shè)計要求。

[1] 凌治平.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社,2011.

[2] 洪毓康.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3] 地基處理手冊編委會.地基處理手冊[M].北京：人民交通出版社，2012.

Onexampledesignforsoftfoundationtreatment

CHENJinDENGQian-jiong

(CAMCEWHUDesignandResearchCo.,Ltd,Wuhan430074,China)

According to the geological conditions for the site, the paper compares and analyzes the treatment scheme for the soft soil foundation by combining with the circumstance of projects, illustrates the foundation design points, and points out the rigid pile has rapid construction speed and reasonable schemes in the treatment of the soft soil foundation, and the test result of the foundation loading capacity is consistent with the design, so it can be further applied.

composite foundation, soft soil treatment, rigid pile

1009-6825(2014)14-0069-02

2014-03-07

陳 金(1983- )，男，工程師； 鄧乾炅(1982- )，男，工程師

TU447

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