大直径素混凝土桩复合地基在全风化砂岩层中的应用研究.pdf
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1、大直径素混凝土桩复合地基因具有适应性强、承载力高、施工便捷、造价低等优势被广泛采用。以成都市龙泉驿区某在建项目为工程背景,对其大直径素混凝土桩复合地基的设计过程进行了详细阐述,并在建筑结构施工过程中对桩及桩间土的应力进行了监测。结果表明:随着上部荷载的增加,桩顶和桩间土的应力均逐渐增大,桩土应力比增长速率整体呈现先缓后急的变化趋势;当上部荷载较大时,上部荷载主要由桩分担,桩明显提高了复合地基的承载力;筏板基础具有应力调节作用,可以使不同区域的基底应力值逐渐向趋于基本一致方向发展。关键词:复合地基;大直径素混凝土桩;地基处理;桩土应力比;荷载分担规律DOI:10.19794 ki.1008-19
2、33.2023.0048中图分类号:TU472.3 文献标志码:A 文章编号:1008-1933(2023)04-0064-06Studyonapplicationoflargediameterplainconcretepilecompositefoundationinall-windsandrockformationLIU Rui1,LIU Yonggang1,ZHOU Yang2(1.Sichuan Testing Center for Construction Engineering Quality Limited,Chengdu 610081,China;2.School of Arc
3、hitecture and Civil Engineering,Chengdu University,Chengdu 610106,China)Abstract:Because of the advantages such as strong adaptability,high bearing capacity,convenient construction and low cost,large diameter plain concrete pile composite foundations are widely used.Based on a project under construc
4、tion in Longquanyi District of Chengdu,the design process of large diameter plain concrete pile composite foundation was expounded.The stress of the pile and the soil between the piles during the construction of building structure was monitored.The results show that with the increase of the upper lo
5、ad,the stress on the top of the pile and the soil between the piles increases gradually,and the overall growth rate of pile-soil stress ratio shows a change trend of first slow and then rapid.When the upper load is large,the upper load is mainly shared by the pile,and the pile significantly improves
6、 the bearing capacity of the composite foundation.The raft base has the function of stress regulation,so that the base stress values in different regions gradually develop in a basically uniform direction.Key words:composite foundation;large diameter plain concrete pile;foundation treatment;pile-soi
7、l stress ratio;load sharing law 收稿日期:2023-04-12第一作者:刘 瑞(1987),男,硕士,工程师,研究方向:岩土工程。E-mail:121744248 652023 第 4 期刘 瑞,等:大直径素混凝土桩复合地基在全风化砂岩层中的应用研究0 引 言随着高层建筑和超高层建筑的大规模修建和发展,受不良地质条件的影响,天然地基已不能满足重载下建筑对地基强度、变形及抗震等方面性能的要求,亟需一种安全、便捷、经济的地基处理方法,复合地基处理技术也就应运而生1。复合地基是指天然地基中部分土体用竖向增强体置换,并由竖向增强体和地基土共同分担上部荷载的人工地基2-4
8、。在复合地基发展过程中,部分复合地基中采用的散体材料增强体刚度较小,离散性较大,其施工质量得不到保证。尤其在桩身顶部一定范围内出现高应力区时,桩对桩间土的围箍作用有限,土体极易发生膨胀破坏,即使采用增加桩长等措施也不能提高地基的承载能力5-8。因此,为了弥补散体材料桩复合地基存在的缺陷,具有黏结强度增强体刚性桩中的大直径素混凝土桩复合地基得到了广泛应用9-13。大直径素混凝土桩复合地基施工便捷、工期短、造价低,在软土层地基和坚硬土层地基中均可加固使用。经加固后的地基承载力可控制在 160 800 kPa,适用区间大。研究表明,大直径素混凝土桩复合地基的承载力甚至能超过 1 000 kPa,其在
9、复合地基领域具备很强的竞争优势。桩土应力比是指桩顶应力与桩间土应力的比值,该指标可以反映出在竖向荷载作用下桩与桩间土的应力分配情况,以及两者承载能力的利用率。因此,桩土应力比是评价复合地基承载能力和计算沉降的重要参数。桩土应力比受诸多因素影响,包括桩与土的弹性模量、桩土面积置换率、褥垫层材料及厚度等,众多学者对其开展了大量研究,但因其理论计算复杂,目前尚未形成成熟的计算分析理论。吕伟华等14根据桩土的相互作用和基顶差异变形,考虑桩顶上刺入基顶、桩端刺入下卧层,推导了刚性复合地基在路堤荷载下的简单桩土应力比公式。杨磊15以路堤填土中的单桩为研究对象,基于 Marston 埋管理论推导了路堤荷载转
10、移的基本微分方程并给出了解析解,在此基础上,建立了路堤荷载下桩土荷载分担的实用计算方法,并利用实际工程验证了计算方法的有效性。汪凯等16采用弹性理论,并考虑了 桩-土-褥垫层的相互作用和变形协调,推导出了刚性地基桩土应力比的唯一解方程,并将方程运用于实践工程,验证了方程的准确性。武崇 福等17采用太沙基一维固结理论,对桩和桩间土应力的时效性进行了研究,推导了一种考虑时效性的桩土应力比计算方法,并利用该方法对工程实例进行了计算分析,获得了不同地质条件下桩土应力比随时间的变化曲线。姜文雨等18提出了修正的桩侧摩阻力线性分布模型,然后根据桩-土-褥垫层变形协调关系,推导出了刚性桩复合地基中中性面深度
11、、桩顶及中性面处桩土应力比的计算公式,并结合工程实例与模型试验验证了计算的精确度。为探究大直径素混凝土桩桩土应力比变化规律,本文以成都市龙泉驿区某在建项目的大直径素混凝土桩复合地基为工程背景,在桩顶及桩间土处预埋土压力计,监测桩及桩间土应力随建筑修建过程的变化,获得上部荷载作用下桩及桩间土应力变化趋势。1 工程概况工程建设场地属成都平原东部台地,场地高低起伏不平,局部陡崖、陡坎或陡坡,地形变化较大。地形地貌较为复杂,岩土种类多、物理和力学性质差异性大。地勘资料显示,建设场地主要由填土、黏性土、卵石、砂岩和泥岩等组成。根据设计要求,建设场地中 6#楼采用筏板基础,基底的地基承载力不小于 450
12、kPa,压缩模量66第 49 卷四川建筑科学研究不小于 25 MPa。根据地勘资料可知,6#楼的基底以下为全风化砂岩,天然地基承载力特征值为180 kPa,不满足承载能力要求,为了增强天然地基的承载力、减少工后不均匀沉降和整体沉降、缩短工期以及节约成本,本项目采用大直径素混凝土桩复合地基,以满足工程设计要求。2 复合地基设计计算2.1 计算参数本项目采用大直径素混凝土桩复合地基,设计有效桩长不小于12.0 m,设计桩径为1 200 mm,桩端持力层为全风化砂岩,采用正方形布桩,其计算参数见表 1。表 1 大直径素混凝土桩计算参数Table1 Calculationparametersoflar
13、gediameterplainconcretepile全风化砂岩素混凝土桩重度(kNm-3)承载力特征值 fak kPa压缩模量 Es MPa桩端阻力特征值 qp kPa桩侧阻力特征值 qsi kPa2118010500402.2 面积置换率及单桩竖向承载力大直径素混凝土桩复合地基的面积置换率 m是指大直径素混凝土桩桩身横截面积与其分担的处理地基面积的比值,可以通过式(1)计算19。m=d2de2 (1)式中:d 为单桩直径,m;de为单桩所分担的处理地基面积的等效圆直径,采用正方形布桩时de=1.13s,其中 s 为桩的间距,m。在大直径素混凝土桩复合地基设计时,复合地基承载力特征值可以通过
14、式(2)并结合地区经验确定19-20。fspk=mRaAp+(1-m)fsk (2)式中:fspk为复合地基承载力特征值,取 450 kPa;为单桩承载力发挥系数,取 0.90;Ra为单桩竖向承载力特征值,kN;Ap为桩的平均截面积,取1.13 m2;为桩间土承载力发挥系数,强风化泥岩取 0.90,黏土取 0.80;fsk为桩间土承载力特征值,取 180 kPa。Ra由侧摩阻力和桩端阻力构成,可由式(3)结合表 1 中的参数计算得到19。Ra=up1nqsilpi +pqpAp (3)式中:up为桩的周长,取 3.77 m;lpi为桩周第 i 层土的厚度,计算深度为 12.0 m;p为桩端阻力
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