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        軟巖復(fù)合地基樁間巖土承載特性現(xiàn)場試驗(yàn)研究

        2016-11-22 02:41:55胥彥斌
        四川建筑 2016年5期
        關(guān)鍵詞:樁間軟巖樓層

        胥彥斌, 鐘 靜, 胡 熠

        (1. 綠地集團(tuán)西南事業(yè)部,四川成都 610031;2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

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        軟巖復(fù)合地基樁間巖土承載特性現(xiàn)場試驗(yàn)研究

        胥彥斌1, 鐘 靜2, 胡 熠2

        (1. 綠地集團(tuán)西南事業(yè)部,四川成都 610031;2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

        軟巖復(fù)合地基是近年來軟巖地區(qū)新近發(fā)展出的一種地基基礎(chǔ)形式,可有效利用復(fù)合地基中軟巖的天然地基承載力,但目前對于軟巖復(fù)合地基中軟巖承載力發(fā)揮情況的研究并不多見。為了研究軟巖復(fù)合地基承載時樁間軟巖的承載特性,文章選取了具有代表性的軟巖復(fù)合地基工程,對復(fù)合地基中軟巖承載特性展開了現(xiàn)場試驗(yàn)研究。實(shí)測結(jié)果表明,軟巖復(fù)合地基表層軟巖發(fā)揮的最大承載力達(dá)540 kPa,合理利用了軟巖天然地基承載力,是一種經(jīng)濟(jì)高效的新型軟巖地基加固處理方式。

        軟巖; 復(fù)合地基; 承載特性; 現(xiàn)場試驗(yàn)

        近年來,為了能夠充分利用紅層軟巖的天然地基承載力,在成都地區(qū)的建筑地基基礎(chǔ)工程中采用軟巖大直徑樁復(fù)合地基設(shè)計方案的工程逐漸增多。相比過去常使用的樁-筏基礎(chǔ)方案,復(fù)合地基方案可以更好地利用軟巖的承載力,在天然地基承載力的利用上避免了浪費(fèi),同時軟巖復(fù)合地基中的大直徑樁可采用人工挖孔方式,消除了長螺旋鉆孔灌注法施工穿越卵石層時易引起的塌孔、埋鉆和堵管等問題,具有更好的經(jīng)濟(jì)性。但是目前對于軟巖復(fù)合地基中軟巖承載力發(fā)揮情況的研究并不多見,證明軟巖復(fù)合地基中天然地基承載力有效利用的數(shù)據(jù)十分缺乏。為了研究軟巖復(fù)合地基中紅層軟巖天然地基承載力發(fā)揮情況,提供軟巖復(fù)合地基作為一種地基基礎(chǔ)優(yōu)勢方案的支撐證據(jù),本文選取了多個紅層軟巖復(fù)合地基工程,對軟巖復(fù)合地基樁間軟巖承載特性展開現(xiàn)場試驗(yàn)研究。其研究成果可以為軟巖大直徑樁復(fù)合地基的推廣應(yīng)用提供大量可靠的支撐材料。

        1 試驗(yàn)場地選取

        試驗(yàn)場地的選取應(yīng)具有代表性,綜合考慮后選取成都塔子山壹號和綠地柏仕公館兩個軟巖復(fù)合地基工程進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。其中塔子山壹號工程地基基礎(chǔ)采用普通大直徑樁軟巖復(fù)合地基,綠地柏仕公館則采用大直徑樁+CFG樁的多樁型軟巖復(fù)合地基。

        選取塔子山壹號工程2號樓22、77和90號大直徑樁周邊樁間土進(jìn)行測試。2號樓設(shè)計基底壓力約700 kPa,基礎(chǔ)直接持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖,大直徑樁采用正方形布置,樁徑1 100 mm,樁間距2 300 mm,樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖500 mm以上,樁身混凝土強(qiáng)度等級為C20,復(fù)合地基中采用的褥墊層為碎石墊層,厚度為300 mm。塔子山壹號工程2號樓地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面示意如圖1所示。

        圖1 塔子山壹號地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面

        選取綠地柏仕公館8號樓復(fù)合地基中55號、95號大直徑樁和446號、729號CFG樁周邊樁間土進(jìn)行測試。8號樓為地上32層、地下2層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),采用筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深約10.70 m,最大基底壓力約為600 kPa。復(fù)合地基采用大直徑樁+CFG樁,其中大直徑樁樁徑1 100 mm,樁間距2 800 mm,樁長不小于13 000 mm,樁端進(jìn)入持力層中風(fēng)化泥巖中500 mm以上,樁身混凝土強(qiáng)度等級為C20,采用正方形布置。為了提高表層地基承載力,還采用CFG樁對粘土層進(jìn)行加固處理,CFG樁直徑400 mm,樁間距1 000 mm,樁長不小于4 000 mm,樁端應(yīng)進(jìn)入持力層強(qiáng)風(fēng)化泥巖中,樁身混凝土強(qiáng)度等級為C10,同樣也采用正方形布置。復(fù)合地基褥墊層為碎石墊層,褥墊層厚度為300 mm。綠地柏仕公館8號樓地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面示意如圖2所示。

        圖2 綠地柏仕公館地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面

        2 現(xiàn)場試驗(yàn)方案

        軟巖復(fù)合地基樁間土承載特性研究是為了掌握軟巖復(fù)合地基中樁間土承載力的發(fā)揮情況,采用在復(fù)合地基表層軟巖中埋設(shè)土壓力盒的方法進(jìn)行測量。以塔子山壹號工程中土壓力盒子布置方式為例進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)方案的說明。現(xiàn)場布置的土壓力盒圍繞大直徑樁呈十字對稱分布,其中1~4號土壓力盒距離樁中心0.6 m,5~8號土壓力盒距離樁中心1.15 m。同時為了確定復(fù)合地基中樁-土的荷載承擔(dān)比,還在大直徑樁樁頂埋設(shè)了土壓力盒,測試大直徑樁樁頂?shù)膽?yīng)力,土壓力盒埋設(shè)平面布置如圖3所示。

        圖3 土壓力盒布置方式示意

        在綠地柏仕公館工程現(xiàn)場試驗(yàn)中,除了按照上述的方法布置測試元件外,還在CFG樁樁頂設(shè)置了土壓力盒,測試CFG樁的樁頂應(yīng)力。

        埋設(shè)的土壓力盒子需要在整個建筑結(jié)構(gòu)施工過程中持續(xù)監(jiān)測,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)主體完工且測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定后才停止測試。

        3 塔子山壹號工程現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

        3.1 復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力

        根據(jù)施工過程中土壓力盒的測試結(jié)果繪制出隨樓層變化的復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力曲線圖。

        22號樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出,復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力隨樓層的增加而增大,距離大直徑樁較近的軟巖應(yīng)力要明顯小于距離大直徑樁較遠(yuǎn)的軟巖應(yīng)力。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,1、3號土壓力盒測得的應(yīng)力在170~200 kPa之間,5~8號土壓力盒測得的應(yīng)力在470~540 kPa之間。

        圖4 22號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

        復(fù)合地基77號大直徑樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖5所示。從圖5中可以看出,軟巖應(yīng)力隨樓層的增加而增大,距離大直徑樁較近位置測試得到的應(yīng)力要小于距離大直徑樁較遠(yuǎn)的軟巖。建筑主體封頂后,1~3號土壓力盒測得的應(yīng)力在160~176 kPa之間,5~8號土壓力盒測得的應(yīng)力在321~526 kPa之間。

        圖5 77號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

        復(fù)合地基91號大直徑樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖6所示。從圖中可以看出,復(fù)合地基表層軟巖壓力隨樓層的增加而增大,距離大直徑樁越近的位置測得的應(yīng)力越小。建筑主體封頂后,1~4號土壓力盒測得的應(yīng)力在192~227 kPa之間,5~6號土壓力盒測得的應(yīng)力在448~497 kPa之間。

        圖6 91號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

        3.2 樁-土應(yīng)力比

        對現(xiàn)場測試得到的樁-土應(yīng)力比進(jìn)行分析,在計算樁-土應(yīng)變力比時復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力采用距離樁中心0.6 m和1.15 m的土壓力盒測試平均值。計算得到22號、77號和91號樁的樁-土應(yīng)力比隨樓層的變化曲線如圖7所示。從圖中可以看出,隨著樓層的增加,樁-土應(yīng)力比曲線大致表現(xiàn)為先增大后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律,樁土應(yīng)力比始終在3~4.5之間,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,22號樁附加的樁土應(yīng)力比最大,約為4.5,91號樁附加的樁土應(yīng)力比最小,約為3.5。

        圖7 樁-土應(yīng)力比隨建筑層數(shù)變化曲線

        4 綠地柏仕公館工程現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

        4.1 復(fù)合地基表層樁間土應(yīng)力

        同樣根據(jù)施工過程中樁間土壓力測試結(jié)果繪制出隨樓層變化的樁間土應(yīng)力曲線圖。

        55號大直徑樁周圍樁間土應(yīng)力曲線如圖8所示,圖中2~4號土壓力盒距大直徑樁中心0.6 m,6~8號土壓力盒距大直徑樁中心1.4 m。從圖中可以看出,樁間土壓力隨樓層的增加而增大,距離大直徑樁較近的土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力要小于距離大直徑樁較遠(yuǎn)的土壓力盒。建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,1號、2號和3號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力在66~86 kPa之間,6~8號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力在140~175 kPa之間。

        圖8 55號樁樁間土壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

        95號大直徑樁周圍樁間土應(yīng)力曲線如圖9所示,其中1~2號土壓力盒距大直徑樁中心0.6 m,6~7號土壓力盒距大直徑樁中心1.4 m。從圖中可以看出,與55號大直徑樁樁間土壓力測試結(jié)果相似,距大直徑樁較近的土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力小于距離大直徑樁較遠(yuǎn)的土壓力盒。建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,1號、2號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力分別為102 kPa和113 kPa,6號、7號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力分別為193 kPa和226 kPa。

        圖9 95號樁樁間土壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

        4.2 軟巖壓力推算

        由于復(fù)合地基中的CFG樁僅對復(fù)合地基表面的粘土層和卵石土層進(jìn)行了加固,復(fù)合地基中CFG樁的直接持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖,因此可以根據(jù)粘土層應(yīng)力、大直徑樁樁身軸力和CFG樁樁底壓力測試結(jié)果大致推算出強(qiáng)風(fēng)化泥巖表面的應(yīng)力大小。根據(jù)CFG樁樁身軸力和樁徑計算得出CFG樁樁底平均應(yīng)力約548 kPa,同時大直徑樁在深度4 m處(強(qiáng)風(fēng)化泥巖位置)的樁身軸力要小于樁頂壓力,因此在深度4 m處的樁間土應(yīng)力要大于復(fù)合地基表面的樁間土應(yīng)力,最后綜合上述依據(jù)可以推測出,強(qiáng)風(fēng)化泥巖表面最大應(yīng)力約為548 kPa,位于CFG樁樁底位置,平均應(yīng)力(按照粘土層傳遞到強(qiáng)風(fēng)化泥巖中的應(yīng)力和CFG樁樁底應(yīng)力算術(shù)平均值計算)約為273 kPa。

        4.3 樁-土應(yīng)力比

        根據(jù)樁頂壓力和樁間土應(yīng)力平均值,繪制出隨樓層變化的復(fù)合地基樁-樁和樁-土應(yīng)力比曲線,如圖10所示。從圖中可以看出,大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比隨樓層增加呈現(xiàn)出先增大后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)完工后,大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比約為14;大直徑樁與CFG樁的應(yīng)力比約在1.8~2之間,CFG樁與樁間土應(yīng)力比約在4.5~5之間。

        圖10 復(fù)合地基樁土應(yīng)力比曲線

        5 結(jié)論

        (1)塔子山壹號工程現(xiàn)場測試結(jié)果表明,軟巖復(fù)合地基中軟巖應(yīng)力隨著與樁中心距的增加而增大。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,距樁中心0.6 m處的軟巖平均應(yīng)力為190 kPa,距樁中心1.15 m處的軟巖平均應(yīng)力為468 kPa。樁-土應(yīng)力比曲線大致表現(xiàn)為先增大后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律,基本維持在3~4.5之間。

        (2)根據(jù)綠地柏仕公館工程中的測試結(jié)果表明,樁間土應(yīng)力隨著與樁中心距的增加而增大,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)主體完工后,距離樁中心0.6 m處的樁間土平均應(yīng)力約為87 kPa,距

        離樁中心1.4 m處的樁間土平均應(yīng)力約為184 kPa。并按照應(yīng)力傳遞推算出強(qiáng)風(fēng)化泥巖最大應(yīng)力約為548 kPa,平均應(yīng)力約為273 kPa。大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比約為14;大直徑樁與CFG樁的應(yīng)力比約在1.8~2之間,CFG樁與樁間土應(yīng)力比約在4.5~5之間。

        (3)從現(xiàn)場兩個工程中的測試結(jié)果來看,軟巖復(fù)合地基在承載過程中樁間巖土承受了一定量的荷載,有效地利用了自身的天然地基承載力,是一種經(jīng)濟(jì)高效的新型軟巖地基加固處理方法。

        [1] GB 50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

        [2] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

        [3] 閆明禮, 張東剛. CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2001.

        [4] 陳耀光, 連鎮(zhèn)營, 彭芝平, 等. 大直徑樁復(fù)合地基的工程實(shí)踐[J]. 建筑科學(xué), 2006, 22(5): 66-67.

        [5] 周同和, 宋建學(xué), 郭院成. 多樁型復(fù)合地基樁與樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)實(shí)測分析[J]. 建筑科學(xué), 2012, 28(增): 232-237.

        中建股份科技研發(fā)課題(項(xiàng)目編號:CSCEC-2014-Z-22)

        胥彥斌,男,一級注冊結(jié)構(gòu)工程師,主要從事建筑工程管理工作。

        TU472

        B

        [定稿日期]2016-01-28

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