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        對(duì)高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的探討

        2015-08-18 01:23:56焦學(xué)林煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院安徽合肥230041
        江西建材 2015年4期
        關(guān)鍵詞:褥墊高層住宅單樁

        ■焦學(xué)林 ■煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230041

        現(xiàn)階段,隨著城市建設(shè)不斷發(fā)展,高層住宅建筑日益增加,在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是重中之重,建筑物的地基只有在滿足變形與受力條件的前提下,才能確保建筑結(jié)構(gòu)體系的安全。而CFG樁復(fù)合地基具備較強(qiáng)的承載力與變形小的特點(diǎn),且造價(jià)相對(duì)較低,施工工藝成熟和施工質(zhì)量可靠,滿足了現(xiàn)階段高層建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的條件。由此可見,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,對(duì)CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

        1 CFG的概述

        復(fù)合地基是指在天然地基在地基處理過程中,在天然地基中設(shè)置加筋體,由天然地基土體和增強(qiáng)體及鋪設(shè)在增強(qiáng)體頂部的褥墊層部分組成共同承擔(dān)荷載的人工地基。所謂地基處理中的CFG樁,是指由粉煤灰、水泥以及碎石的混合物等加水?dāng)嚢韬驮谕林泄嘧亩纬韶Q向的增強(qiáng)體。與其他的復(fù)合地基相比,CFG樁復(fù)合地基具有地基變形小、較高承載力以及使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。目前,在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中,CFG樁復(fù)合地基不但適用于獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ),而且還適用于伐基與箱基。針對(duì)CFG樁的特性來講,其主要適用于粉土、粘性土、砂土以及正常固結(jié)的素填土等地基,對(duì)于淤泥質(zhì)的地基采用CFG樁處理地基,應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)并確定其適用性。高層建筑結(jié)構(gòu)的地基采用CFG復(fù)合地基,不僅能夠提高地基的承載力,減少結(jié)構(gòu)的沉降,同時(shí)對(duì)高層建筑與裙房之間的結(jié)構(gòu)不均勻沉降也能夠進(jìn)行有效的控制。此外,CFG樁復(fù)合地基具備造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn),能夠提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

        2 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的原則與處理方法

        2.1 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的原則

        針對(duì)高層住宅建筑,在運(yùn)用CFG樁復(fù)合地基對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)該遵守以下原則:(1)CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)前,應(yīng)具備場(chǎng)地巖土工程的勘察、上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和場(chǎng)地環(huán)境等有關(guān)資料。(2)CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)地基處理的要求、工程和水文地質(zhì)、工期、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和環(huán)保等要求,選用技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的方案。(3)CFG樁復(fù)合地基的地基承載設(shè)計(jì)必須滿足上部結(jié)構(gòu)能夠承受地基的壓力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)依據(jù)上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算對(duì)地基承載力的要求,并依據(jù)建筑場(chǎng)地巖土工程的勘察報(bào)告對(duì)CFG樁的樁徑、持力層、計(jì)算樁的承載力、樁體強(qiáng)度以及有效樁長(zhǎng)進(jìn)行確定設(shè)計(jì);滿足其復(fù)合地基承載力的要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)合理選擇上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式,明確基礎(chǔ)的受力范圍。確定基礎(chǔ)的平面尺寸,滿足CFG樁的布置要求;(4)針對(duì)高層建筑形態(tài)復(fù)雜以及裙房不設(shè)沉降縫的建筑,應(yīng)該對(duì)地基以及基礎(chǔ)進(jìn)行協(xié)調(diào)變形驗(yàn)算。如CFG樁端以下仍然存在較軟弱的土層時(shí),應(yīng)驗(yàn)算下臥層的地基強(qiáng)度。(5)應(yīng)根據(jù)復(fù)合地基的荷載轉(zhuǎn)遞特性,設(shè)置合理厚度的褥墊層,保證復(fù)合地基中樁體和樁間土共同承擔(dān)荷載。(6)CFG樁復(fù)合地基應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基共同作用的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        2.2 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的處理方法

        2.2.1 高層建筑CFG樁復(fù)合地基作用機(jī)理

        復(fù)合地基簡(jiǎn)單講就是指經(jīng)過人工處理過的地基,CFG樁復(fù)合地基是用各種成樁地基中制成的強(qiáng)度等級(jí)≥C25的樁,其樁間土、樁土以及褥墊層共用構(gòu)成剛性樁復(fù)合地基。CFG樁增強(qiáng)體對(duì)提高地基承載力和減小變形起著非常重要的作用。CFG樁的作用效應(yīng)表現(xiàn)為:墊層效應(yīng)、樁體效應(yīng)、對(duì)周邊土體的擠密或擾動(dòng)效應(yīng)、排水效應(yīng)和加筋效應(yīng)。

        2.2.2 高層建筑CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理

        建筑的地基承受結(jié)構(gòu)上部的垂直荷載時(shí),樁間土以及樁之間都會(huì)發(fā)生變形與沉降。在建筑剛性基礎(chǔ)下面設(shè)置褥墊層,樁可以向上刺入褥墊層,隨著這一變化,墊層中的墊層材料經(jīng)過不斷的調(diào)整補(bǔ)充到樁間土之上,進(jìn)而確保樁間土與荷載下樁一直參與工作。褥墊層的作用主要有:保證增強(qiáng)體與周邊土共同承擔(dān)荷載、減小上部基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中、褥墊層的厚度可以調(diào)整樁與土體的豎向和水平荷載分擔(dān)比。

        3 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)分析

        3.1 CFG樁復(fù)合地基面積置換率

        地基面積置換率與樁的平面布置方式(通常有:等邊三角形、正方形和矩形三種)有關(guān),CFG樁復(fù)合地基的面積置換率是根據(jù)公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算,其公式為:m=Ap/Aε(m為地基面積置換率、Ap為樁截面積、而Aε是單根樁的分擔(dān)處理的面積)。

        3.2 CFG樁復(fù)合地基單樁承載力特征值計(jì)算

        如巖土工程勘察中的報(bào)告提供了樁基的極限側(cè)阻力、極限端阻力的標(biāo)準(zhǔn)值qsik、qpk,單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式為:

        如報(bào)告提供樁的側(cè)阻力的特征值為qsi、而其端阻力的特征值為qp,其單樁豎向承載力的特征值為:

        除對(duì)單樁豎向承載力進(jìn)行計(jì)算外,還應(yīng)同時(shí)考慮樁身的強(qiáng)度滿足單樁豎向承載力的要求。

        3.3 CFG樁復(fù)合地基承載力特征值

        CFG樁復(fù)合地基承載力的特征值,應(yīng)通過豎向抗壓載荷試驗(yàn)或綜合樁體豎向抗壓載荷試驗(yàn)和樁間土豎向抗壓載荷試驗(yàn),并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合確定。CFG樁復(fù)合地基承載力的特征值可按以下的公式對(duì)其進(jìn)行估算:fspk=βpmRa/Ap+βs(1-m)fsk,fsk為天然的地基承載力;βp為樁承載力折減系數(shù);βs為樁間土承載力折減系數(shù);

        3.4 CFG樁復(fù)合地基變形驗(yàn)算

        復(fù)合地基變形驗(yàn)算時(shí),應(yīng)依據(jù)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的土層分布情況,對(duì)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的土的壓縮模量進(jìn)行合理的提高,其中復(fù)合地基土層的壓縮模量是天然土層的壓縮模量的ξ倍。其地基壓縮模量提高系數(shù)的計(jì)算公式為:ξ=fspk/fsk。

        4 高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

        高層住宅建筑CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足樁土共同作用的原則,上部結(jié)構(gòu)的剛性基礎(chǔ)與復(fù)合地基間設(shè)置褥墊層等構(gòu)造措施來保證實(shí)施樁土的共同作用。主要應(yīng)該注意以下幾個(gè)內(nèi)容:(1)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)前,要全面了解和掌握與工程有關(guān)工程和水文地質(zhì)、場(chǎng)地周邊環(huán)境資料、當(dāng)?shù)亟ㄖ┕すに嚰八?同時(shí)要了解上部結(jié)構(gòu)的信息及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,提供合理的、經(jīng)濟(jì)的、安全可靠的地基處理方案與業(yè)主溝通。(2)合理確定復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)。(3)確定合理的CFG樁單樁承載力,采用合理經(jīng)濟(jì)的樁徑、樁長(zhǎng)及樁的平面布置方式。(4)建筑物長(zhǎng)期最大沉降量及沉降差的進(jìn)行合理控制。(5)復(fù)合地基處理施工過程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)地基處理的質(zhì)量跟蹤,發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)分析和提供處理方案。地基處理施工完成后要進(jìn)行樁體質(zhì)量檢測(cè),同時(shí)對(duì)處理后的復(fù)合地基進(jìn)行豎向抗壓載荷試驗(yàn)。確保復(fù)合地基的承載力滿足上部結(jié)構(gòu)的承載要求,從而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。

        5 結(jié)論

        根據(jù)本文的論述可知,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人們以及社會(huì)對(duì)高層建筑的需求日益增加,目前比較多的高層建筑采用CFG樁復(fù)合地基。采用CFG樁復(fù)合地基不僅能夠降低施工造價(jià)成本,提高施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,還提高了建設(shè)單位及施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)的原則和規(guī)范,采取合理地方法,對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算、精心合理的設(shè)計(jì),進(jìn)而保證高層建筑地基的穩(wěn)固性。

        [1]李虎林,沈紅蕾.CFG樁復(fù)合地基在鄭州高層住宅中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu),2011(04).

        [2]王開軍.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)相關(guān)問題的探討[J].山西建筑,2010(14).

        [3]程宏生.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2010.

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