觀日燦

電白縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室 廣東電白 525400

摘要：在進(jìn)行軟弱地基上的樁基礎(chǔ)施工時(shí)，關(guān)鍵要做好基礎(chǔ)沉降控制的設(shè)計(jì)。一般在設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為負(fù)載都由樁來(lái)承擔(dān)，不考慮樁間土的承載力。本文圍繞這方面展開(kāi)討論，分析了沉降控制復(fù)合樁基的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法通過(guò)合理地計(jì)算分析，使水閘的沉降得到較好的控制，平均沉降和整體承載力均符合規(guī)范要求，并且降低了施工的成本。

關(guān)鍵詞：軟土地基；水閘；沉降控制復(fù)合樁基；水閘設(shè)計(jì)規(guī)范；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，建筑施工項(xiàng)目越來(lái)越多，建筑技術(shù)得到了發(fā)展，也保證了施工項(xiàng)目的質(zhì)量。但是在一些施工項(xiàng)目中，由于沒(méi)有做好復(fù)合樁基沉降控制的工作，直接影響了施工質(zhì)量。因此如何對(duì)沉降控制復(fù)合樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)成為了施工人員需要解決的問(wèn)題。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)此進(jìn)行討論分析。

1 地質(zhì)資料

根據(jù)勘察單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，水閘基礎(chǔ)下各層土的地質(zhì)參數(shù)詳見(jiàn)表1，各層土e-p曲線見(jiàn)表2。

計(jì)算原理

2.1 沉降控制復(fù)合樁基（以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合樁基）設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求

（1）復(fù)合樁基中的樁宜采用樁身截面邊長(zhǎng)小于等于250mm、長(zhǎng)細(xì)比在80～l00左右且樁身質(zhì)量有可靠保證的預(yù)制方樁。樁距不宜小于5～6d，并應(yīng)按樁端穿過(guò)高壓縮性淤泥質(zhì)土層、并進(jìn)入壓縮性相對(duì)較低的持力層的要求選擇樁端埋深。復(fù)合樁基承臺(tái)埋深不宜小于建筑物高度的1/15。

（2）樁與承臺(tái)下地基土共同承擔(dān)外荷載的原則如下：當(dāng)作用在承臺(tái)底面的荷載準(zhǔn)永久組合值大于復(fù)合樁基中各樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值之和時(shí)，樁承擔(dān)相當(dāng)于各單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值之和的荷載、承臺(tái)下地基土承擔(dān)余下之荷載；當(dāng)作用在承臺(tái)底面的荷載準(zhǔn)永久組合值小于等于復(fù)合樁基中各樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值之和時(shí)，樁承擔(dān)全部荷載。

2.2 復(fù)合樁基的沉降計(jì)算應(yīng)符合下列要求

若作用在承臺(tái)底面處的荷載準(zhǔn)永久組合值為P、承臺(tái)底面處地基土自重應(yīng)力為σc，則在該承臺(tái)下布有n根樁（單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為Rk、扣除浮力作用后的自重標(biāo)準(zhǔn)值為Gpk）的復(fù)合樁基，其沉降計(jì)算可按下述原則進(jìn)行：

（1）當(dāng)P-σcAc≤nRk時(shí)，沉降即為在樁頂附加荷載為（P-σcAc）/n+Gpk的n根樁作用下產(chǎn)生的沉降，可參照公式（3-1）、（3-2）計(jì)算，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)宜取1.0。

（2）當(dāng)P-σcAc≥nRk時(shí)，沉降由兩部分組成，一部分是在樁頂附加荷載為Rk+Gpk的n根樁作用下產(chǎn)生的沉降，可參照公式（1）、（2）計(jì)算，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)宜取1.0；另一部分是在承臺(tái)底面附加荷載為P-σcAc-nRk作用下產(chǎn)生的沉降，可按公式（3）計(jì)算。

（1）

（2）

T-在沉降計(jì)算點(diǎn)處壓縮層范圍內(nèi)自樁端平面往下的土層數(shù)；Es，t—樁端平面下第t層土在自重壓力至自重壓力加附加壓力作用時(shí)的壓縮模量（MPa）；nt-樁端平面下第t層土的單向壓縮計(jì)算分層總數(shù)；σz，t，i-樁端平面下第t層土的第i個(gè)分層處土體的豎向附加應(yīng)力（kPa）；Δ Ht，i-樁端平面下第t層土的第i個(gè)分層的厚度；ψm-樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；Q-單樁沉降計(jì)算荷載（kN），取對(duì)應(yīng)于作用效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的單樁平均附加荷載；L-樁長(zhǎng)；1-α，α-分別是樁的側(cè)摩阻力和端阻力占沉降計(jì)算荷載的比；Ip，j、Is，j-分別為第j根樁的樁端阻力和樁側(cè)摩阻力對(duì)應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力影響系數(shù)。

s-地基最終沉降量（mm）；ψs-沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；p0-按作用效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算時(shí)的基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa）；n-地基壓縮層范圍內(nèi)的土層數(shù)；b-基礎(chǔ)寬度（m）；i-自基礎(chǔ)底面往下算的土層系數(shù)；δ-沉降系數(shù)；Es，0.1～0.2-地基土在0.1～0.2MPa壓力作用時(shí)的壓縮模量（MPa）。

3 沉降計(jì)算分析與樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010），選擇邊長(zhǎng)250mm×250mm的C30鋼筋混凝土預(yù)制方樁，考慮樁端穿過(guò)④層淤泥質(zhì)粘土進(jìn)入⑤1層粘土，計(jì)算不同樁長(zhǎng)、樁距情況下的閘底板沉降值，采用同濟(jì)啟明星樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件PiLe7.3計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

3.1 樁長(zhǎng)對(duì)沉降的影響

由表3及圖1分析可知：

（1）樁數(shù)相同、樁距相同、樁端持力層相同的情況下，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，沉降值越小。

（2）樁端在⑤1粘土中，樁長(zhǎng)每增加1m，沉降值減少顯著，基本在10～20mm之間；樁端進(jìn)入⑤2粘質(zhì)粉土后，樁長(zhǎng)每增加1m，沉降值減少很小，基本在1～6mm之間。由此可見(jiàn)，樁端持力層選擇在⑤1粘土中比較經(jīng)濟(jì)。

（3）在樁長(zhǎng)22m以后，沉降值隨樁長(zhǎng)的變化趨勢(shì)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，因?yàn)樵撎幐叱虨?23.5m，位于⑤1粘土與⑤2粘質(zhì)粉土分界線上。⑤1、⑤2層土分界線高程-23.56m，樁端應(yīng)距離該分界線足夠的距離，因此樁長(zhǎng)選擇20～21m較合適。

圖2 不同樁數(shù)、樁長(zhǎng)時(shí)閘底板沉降值分布圖

3.2 樁數(shù)、樁距對(duì)沉降的影響

由表3及圖2分析可知：

（1）樁長(zhǎng)21m時(shí)，樁的數(shù)量為91根的沉降值為61.6mm，171根樁時(shí)沉降值為57.4mm，沉降值相差僅4.2mm，但是數(shù)量相差懸殊，明顯是91根樁的方案合理。

（2）樁長(zhǎng)20m時(shí)，樁的數(shù)量為91根的沉降值為78.3mm，171根樁時(shí)沉降值為68.1mm，沉降值相差10.2mm，但是數(shù)量相差懸殊，明顯是91根樁的方案合理。

由此可見(jiàn)無(wú)論樁長(zhǎng)21m還是樁長(zhǎng)20m，都應(yīng)該選擇91根樁，樁距7d的布樁方案。

樁長(zhǎng)21m的布樁方案比樁長(zhǎng)20m的布樁方案沉降值減小了78.3-61.6=16.7mm，混凝土方量增加了0.25×0.25×（21-20）×91=5.7m3，考慮增加的工程量較小，但是沉降減小明顯，因此最終選擇樁長(zhǎng)21m，樁距7d，邊長(zhǎng)0.25m，總樁數(shù)91根的布樁方案。

3.3 樁基承載驗(yàn)算

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于摩擦型樁基礎(chǔ)，樁間土能承擔(dān)一部分上部荷載，設(shè)計(jì)時(shí)如考慮樁間土承擔(dān)底板底面以上10%～15%的荷載，工程仍是安全的。

對(duì)優(yōu)化后的樁基驗(yàn)算其承擔(dān)的荷載，過(guò)程如下：

P=35，778kN，σc=18.5×1.5=27.75kN/m2，Ac=23×12=276m2

Rk=715.3kN，n=91，nRk=715.3×91=65，092.3kN

P-σcAc=35，778-27.75×276=28，119kN

基礎(chǔ)上部荷載全部由樁承擔(dān)，因此在閘底板下布置邊長(zhǎng)0.25m，長(zhǎng)21m，樁距7d即1.75m，總樁數(shù)91根的優(yōu)化方案是安全可靠的，同時(shí)相比可研階段的樁基布置方案節(jié)省了41%的混凝土量，沉降值減小了10.6mm，經(jīng)濟(jì)性大大提高。優(yōu)化后的樁基布置方案與可研階段樁基布置方案對(duì)比詳見(jiàn)表4。

表4 樁基方案對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的在軟土地基上的水閘樁基設(shè)計(jì)中不考慮底板下地基土與樁共同承擔(dān)外荷載的設(shè)計(jì)理念顯得十分保守，我們可以根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和理論，考慮樁間土承擔(dān)底板底面以上一部分的荷載，適當(dāng)提高復(fù)合基樁的實(shí)際承載力，達(dá)到不影響施工質(zhì)量的前提下降低施工成本的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]郭金雪.沉降控制樁設(shè)計(jì)方法及其沉降性狀的有限元計(jì)算分析研究[D].山東建筑大學(xué)，2012年.