譚正清, 夏念恩
黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院(438002)
地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式有很多種,同一種結(jié)構(gòu)有多種地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。選擇地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式時(shí),要考慮多種因素,安全第一位,技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較是選擇地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的主要手段。地基基礎(chǔ)選型與上部結(jié)構(gòu)形式、工程地質(zhì)水文情況、施工技術(shù)條件密切相關(guān)。一般而言,天然地基上的淺基礎(chǔ)能夠滿足要求時(shí)則優(yōu)先考慮淺基礎(chǔ),如不能滿足要求,地基處理技術(shù)和深基礎(chǔ)要經(jīng)過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后,選擇合適的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。地基基礎(chǔ)選型強(qiáng)調(diào)的是,上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用,剛?cè)嵯酀?jì),抵抗外部荷載,協(xié)調(diào)內(nèi)部變形。下面以黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院C棟學(xué)生宿舍樓為例,探討軟弱地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)選型。
黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院C棟學(xué)生宿舍樓共五層,磚混結(jié)構(gòu),中柱荷重1 500 kN,邊柱荷重1 000 kN,條基線荷載100 kN/m;基礎(chǔ)埋深1.5m,總建筑面積4 264 m2,擬采用粉噴樁地基處理,條基基礎(chǔ)形式。該項(xiàng)目工程重要性等級(jí)為二級(jí),場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí),地基等級(jí)二級(jí)。
第(1)層素填土,厚度 1.2~2.8m,平均厚度 1.93m;第(2-1)層淤泥質(zhì)粘土,深灰色、流塑、飽和、高壓縮性,厚度1.2~2.9m,分布區(qū)平均厚度 1.93m,fak=59 kPa,Es=2.5 MPa;第(2-2)層粘土,軟塑、高壓縮性,厚度1.7~4.1m,平均厚度3.3m,fak=105 kPa,Es=5.4 MPa;第(2-3)層淤泥質(zhì)粘土,軟塑,高壓縮性,厚度 6.0~8.8m,平均厚度 2.46m,fak=64 kPa,Es=2.9MPa;第(2-4)層中粗砂,松散—稍密狀態(tài),中壓縮性,厚度4.0~6.5 m,平均厚度 5.2m,fak=170 kPa,Es=12.6 MPa;第(2-5)層淤泥質(zhì)粘土,軟塑,高壓縮性,厚度3.2~5.0 m,平均厚度3.9 m,fak=80 kPa,Es=4.0 MPa;第(2-6)層粘土,可塑,中壓縮性,厚度 4.5~6.5m,平均厚度 5.0m,fak=128 kPa,Es=9.0 MPa;第(3)層粉土,飽和,中密,厚度3.0~3.3m,平均厚度3.13m,fak=165 kPa,Es=15.0MPa;第(4)層強(qiáng)風(fēng)化砂巖,土質(zhì)均勻全場(chǎng)分布,最大揭露厚度3.4m,fak=350 kPa,Es=44MPa??辈炱陂g,測(cè)得地下水位埋深0.7~1.0m。
工程案例結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)不高,磚混結(jié)構(gòu)的宿舍樓,條基線荷載100 kN/m,選擇的土體持力層承載力修正特征值只要大于100 kPa就可以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“安全”要求。工程首先考慮選用淺基礎(chǔ),磚混結(jié)構(gòu)墻體下部采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),柱下用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)造價(jià)高,施工復(fù)雜,勿需用在磚混結(jié)構(gòu)中,這些都是淺基礎(chǔ)形式。
工程有4層土體,第(1)層素填土土質(zhì)軟弱,強(qiáng)度低,不能作為基礎(chǔ)的持力層;第(2-1)層淤泥質(zhì)粘土,高壓縮性,地基承載力未達(dá)到100 kPa,不能直接作為基礎(chǔ)的持力層;第(2-2)層粘土,高壓縮性,地基承載力剛達(dá)到100 kPa,此土層位于地表下3.2~4.8m,若直接作為基礎(chǔ)持力層,基礎(chǔ)埋深就要大于3m,所以不宜直接作為基礎(chǔ)的持力層;第(2-3)層淤泥質(zhì)粘土,又是軟弱土層,如果直接用第(2-2)層土體作為基礎(chǔ)持力層,需驗(yàn)算本層軟弱下臥層土體的強(qiáng)度是否足夠;第(2-4)層中粗砂,壓縮性低,地基承載力高,作為持力層和下臥層還是不錯(cuò)的;第(2-5)層淤泥質(zhì)粘土,也是壓縮性高,強(qiáng)度低,不應(yīng)作為持力層;第(2-6)層粘土、第(3)層粉土及第(4)層強(qiáng)風(fēng)化砂巖作為持力層屬于深基礎(chǔ)范疇,況且,第(2-6)層粘土及第(3)層粉土承載力低,土質(zhì)軟弱,不宜作為深基礎(chǔ)的持力層,只有第(4)層強(qiáng)風(fēng)化砂巖適宜作為樁基礎(chǔ)持力層,本工程選擇淺基礎(chǔ),深基礎(chǔ)造價(jià)高,施工技術(shù)難度大,不宜采用。
根據(jù)土質(zhì)情況分析,天然地基上的淺基礎(chǔ)基本上不能滿足工程需要,應(yīng)選擇地基基礎(chǔ)共同作用的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)勘察設(shè)計(jì)部門提出的報(bào)告,經(jīng)過計(jì)算,提出幾種地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析。第一種方案,墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)和柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ),埋深為2 m,下部深層攪拌樁樁長6m,直徑d=400mm,樁間距800 mm,按三角形布置,面積置換率m=0.23,固化劑采用425標(biāo)號(hào)水泥,摻入量為土重的12%,設(shè)計(jì)地基承載力fak=160 kPa,選擇第(2-4)層中粗砂作為下臥層;第二種方案,基礎(chǔ)埋深2.2 m,換填砂墊層3m,采用中粗砂回填夯實(shí),設(shè)計(jì)地基承載力fak=150 kPa,砂墊層四周砌筑磚砌體防止砂子流失降低地基承載力,驗(yàn)算第(2-3)層淤泥質(zhì)粘土軟弱下臥層承載力滿足要求;第三種方案,直接采用500預(yù)應(yīng)力管樁,上部基礎(chǔ)梁聯(lián)系,樁長23m。
經(jīng)過計(jì)算分析這三種方案滿足 《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]關(guān)于強(qiáng)度和沉降計(jì)算的要求,滿足GB50007-2002第3.0.2條、第3.0.4條、第5.2條、第5.3.1條、第5.3.4條及 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JCJ79-2002/J220-2002第11.2.4及11.2.9相關(guān)規(guī)范的要求。
對(duì)三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析,第二種方案造價(jià)最低,黃岡地處長江,南湖面臨巴河,砂很便宜,施工技術(shù)簡單;第一種方案在黃岡工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛,像黃岡江堤加固都采用此種地基處理技術(shù),但施工有一定難度,工程土質(zhì)松軟,地下水位高,深層攪拌機(jī)械施工困難,需采用相應(yīng)的措施才能完成施工,像施工時(shí)好土面層回填,或者表層加入碎石壓實(shí),還要考慮降水問題,無疑增加工程造價(jià),水泥加固變形小,加固深度深,造價(jià)比第二種方案高;第三種方案最安全,變形小,但是造價(jià)很高,施工打樁也要采取措施,否則樁基無法移動(dòng)。經(jīng)綜合考慮,選擇第二種方案作為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn),此種方案沉降小,實(shí)用性強(qiáng)。
地基基礎(chǔ)選型要把安全放在第一位,其次考慮經(jīng)濟(jì)和施工技術(shù)因素。設(shè)計(jì)方案既要滿足強(qiáng)度要求又要滿足沉降的要求,二者缺一不可?!兜鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)對(duì)變形提出更高的要求。總之,能夠用天然地基上的淺基礎(chǔ)就勿需運(yùn)用深基礎(chǔ),能夠淺埋的就不需要深埋,淺基礎(chǔ)不能滿足要求,可以考慮復(fù)合地基和淺基礎(chǔ)相結(jié)合的形式,如果再不能滿足要求,運(yùn)用深基礎(chǔ)完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。盡量做到上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基共同作用,優(yōu)先選出對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)有利的設(shè)計(jì)。
[1]黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院C棟學(xué)生宿舍巖土工程勘察報(bào)告(詳勘).黃岡:黃岡市金地建筑勘察設(shè)計(jì)公司,2009,6
[2]GB50007-2002,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]
[3]JCJ79-2002/J220-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]