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载体桩桩筏基础在高层民用建筑中的应用
发布者:中国地基基础技术创新知识产权联盟发布时间:2016-01-05浏览次数:

(青岛东盛建筑设计事务所有限公司济南分公司,济南 250000)
【摘要】载体桩作为地基处理的一种方式,较多的以复合地基的形式出现,继2007年载体桩设计规程修订后,载体桩不再局限于复合地基的形式。本文介绍的为济南地区百米高层项目,采用的载体桩桩筏基础,缩短了桩长、减少了地基的变形,与其他桩基础设计相比,缩短了工期,降低了工程造价,取得了良好的经济效益。


【关键词】载体桩;三击贯入度;桩筏


1、前言
载体桩具有以下的技术特点:
1)单桩承载力高,是相同桩径、桩长的普通灌注桩承载力的3~5倍,其原因是通过加密持力层改善了桩端地基土的物理参数指标;
2)施工工艺简单、质量易控制。施工中无需场地降水,减少了工程量,缩短了工期。
3)可消纳建筑垃圾,保护了环境,绿色环保、无污染,符合节能环保的理念。
由于上述优势载体桩在地基承载力及变形处理方面得到了广泛应用。但载体桩发展初期的应用主要是多层及小高层,以复合地基为主,而本工程为30层高层住宅,采用的载体桩桩筏基础。


2、工程地质概况
2.1工程概况
本项目为国内知名房地产开发商高层住宅工程,位于山东省济南市东部,结构形式为地上30层,地下2层钢筋混凝土剪力墙结构,房屋高度90.00米,基础埋深-6.8米。基底所在土层为粉质粘土,作为高层建筑的持力层承载力较低,因此需要进行地基处理。
2.2地质概况
根据勘察报告场地起伏较大,场地土土层主要由第四系山前冲洪积形成的黄土状粉质粘土、粉质粘土和卵石层构成,下伏基岩为白垩系闪长岩风化体,具体地质情况详见表1。建筑物抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度6度,设计地震分组为第三组,设计基本地震加速度0.05g,场地土类别为Ⅱ类,无地下水位。

场地土层物理学性质指标      表1

土层

名称

钻孔灌注桩

(Kpa)

层底

埋深

 Es

(Mpa)

 

 

fak

(Kpa)


qsk

qpk

黄土状

粉粘

55


0.0~7.0

6.5

140

粉质

粘土

75


6.5~15.0

9.2

180

卵石层

130

2700

14.4~25.5

30

380

残积土

70


18.3~28.5

20

230

全风化

闪长岩

80


23.0~35.2

50

300

强风化

闪长岩

160

2500

24.2~37.5

100

500

中风化

闪长岩

frk=10.0MPa


1500


3、方案对比分析
根据地质条件及计算结果,天然地基承载力不满足设计要求。根据岩土勘察报告及当地经验,初期采用钻孔灌注桩,桩径为800mm,桩长约16.0m,以卵石层为桩端持力层,采用桩端、桩侧后注浆施工工艺时,单桩承载力特征值可达4000kN。该方案的不足之处是由于场区存在卵石及胶结砾岩层,对桩基施工工艺要求高,施工质量不好保证,而且施工周期长,工程造价高。
本场地有较好的加固土层卵石层[1],且本层埋深较浅,约在基底6~9米处,本工程选用载体桩有以下优势:1)在于桩长大大缩短,由原来的16m变为平均6.5m;2)施工简单,缩短桩长后不用深入卵石层,施工质量好保证;3)施工现场不产生泥浆,绿色环保。


4、载体桩桩筏基础设计
载体桩是由复合载体与混凝土桩身构成的桩,其中载体由混凝土、填充料和挤密土体三部分构成,载体的构造见图1。其技术原理为侧限约束下的土体密实,即在入土一定深度下,通过柱锤的势能W×h冲切土层形成孔洞,并迅速填料作为介质进行夯实,反复进行,挤压土体中的水和气,实现土体的最优密实,即地面土体不隆起、邻桩不破坏,形成扩展基础,实现力的扩散。

1.png

图1载体桩的构成

4.1计算参数确定
本工程采用载体桩计算根据岩土勘察报告及结构设计条件,选卵石层为桩端持力层,桩身混凝土强度等级为C30,桩身纵筋按照《载体桩设计规程》[2]3.0.5条构造配筋,桩径为600mm,桩长约6.5m,最后三击贯入度不大于10cm,单桩承载力特征值2700kN,桩基采用满堂布桩,桩间距2.35m。
4.2竖向承载力特征值计算
据岩土勘察报告及《载体桩设计规程》(JGJ/T135-2007)4.3.2公式及《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)5.2.4公式估算:

Ra = Rax x A8

fa = fak+ηd xd-0.5xγm

其中:fa为经深度修正后的桩端持力层承载力特征值(kPa);fak=380kPaηd=4.4γm17kN/m3,据表4.3.2.,取三击贯入度不大于10cm对应的Ae=3.3m2;则:fa=380+4.4×(6.5-0.5) ×17=829kPa

Ra=829×3.3=2736kN
按公式4.3.3据桩身混凝土强度验算桩身承载力:

Raηc x fc x Ap

式中:Ψc为成桩工艺系数,现场灌注桩取0.75fc=14.3MPaAp=282600mm2

Raηc x fc x Ap

=0.75×14.3×282600

=3030kN 
故单桩承载力特征值取2700kN。
4.3软弱下卧层的验算
以桩长7米情况为例,软弱下卧层在筏板底11.5米处,距地面18.3米,粗估土体加权平均重度为17kN/m3,据《载体桩设计规程》(JGJ/T135-2007)

4.3.5公式估算:

1.png

L0=72mB0=14.5mγ=17kN/m3;
dh=6.8m
ΔR=0.6mt=5m

Fk=549000kNGk=36540kN

qs1k=75kPal1=4.5m

qs2k=130kPal1=2.0m

据表4.3.54

Ea1/Ea2=30/20=1.5<3,不考虑压力扩散角,θ=00,带入下式得:

1.png

=314.5kPa

σpz+γiz=314.5+17×11.5=510kPa

fa = fak+ηd xd-0.5xγm

=230+1.0×17×(18.3-0.5)

=532.6kPa510kPa

软弱下卧层计算满足要求。


5、载体桩的施工及检测
载体施工时填料量应以三击贯入度控制,本工程三击贯入度控制在10cm以内。施工过程中严格按照载体桩施工及验收要求进行施工质量控制。
选取三根工程桩做单桩静载荷试验[3],最终沉降量均小于10mm。Q-S曲线呈缓变型,s-lgt曲线端部无明显向下弯曲,卸载后回弹率在32%~48%。单桩极限承载力不小于5400kN,满足设计要求的2700kN的单桩承载力特征值。

7.png

图2  Q~S曲线

8.png

图3  s~lgt曲线


6、结束语
本文结合工程实例对载体桩桩筏基础的设计、施工、检测过程等进行详细介绍,供业内人士参考。


参考文献
[1] 王继忠.载体桩的受力机理与技术创新[J].建筑结构,2008,38(5):126-127.
[2] JGJ135-2007 载体桩设计规程[S].中国建筑工业出版社.2007.
[3] JGJ106-2014 建筑基桩检测技术规范[S].中国建筑工业出版社.2014.

作者简介:李辉,工学硕士,工程师,一级注册结构工程师,Email:14074636@qq.com




评论

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  • 河南波森特

    不错,很详细。