素混凝土樁復合地基設計與應用分析

張良

（河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況及地層參數

某地基處理工程位于A市東南區域，交通便利。主樓地上14層、地下2層，結構形式為框架結構、筏板基礎。天然地基坐落在第④層粉質粘土或第⑤層中砂上，天然地基承載力不滿足設計要求，須進行處理。根據本工程設計要求及工程地質情況，采用素混凝土樁處理地基，處理后復合地基承載力特征值不小于320kPa，控制沉降量不大于80mm，建筑的整體傾斜不大于0.25%。地質情況見表1。

表1 項目基礎范圍內地層參數匯總表

2 素混凝土樁復合地基設計及應用

本工程復合地基設計等級為乙級，復合地基承載力特征值不小于320kPa。工程±0.000為絕對標高56.650m，有效樁頂相對標高均為-9.200m（其上為褥墊層、素砼墊層及防水層）。

2.1 素砼樁樁體設計參數

1）樁徑（D）；根據本地區機械設備確定，本工程取D=400mm。

2）樁長（L）；根據地層情況，樁端持力層選擇均為第⑥層中砂，選取6個勘察點地層分別進行計算，最終計算確定有效樁長為13.00m。見表2。

表2 有效樁長的確定（單位:m）

2.2 單樁承載力特征值（Ra）

根據規范規定，本工程單樁承載力按公式法計算：

式中：qp—樁端阻力特征值（kPa）；Ap—樁體截面面積（m2）；up—樁身周長（m）；qsi—樁側i土側摩阻力特征值（kPa）；αp—樁端阻力發揮系數，取1.0；li—按土層劃分的各段樁長(m)。根據表2中6個勘察點和公式（1）及相關參數進行計算，確定單樁承載力特征值Ra的綜合取值為470kN。

2.3 素砼樁面積置換率（m）

面積置換率采用式（2）進行反算：

式中：fspk—復合地基承載力特征值；λ—單樁承載力發揮系數，均取0.90；Ra—單樁承載力特征值；Ap—單樁截面積，為0.1257m2；β—樁間土承載力發揮系數，均取0.90；fak—樁間土天然承載力特征值，均取140kPa。經計算，3#樓最小面積置換率為5.99%。

2.4 計算樁體材料強度（fcu）

根據規范規定，按公式fcu≥4×Ra×λ÷Ap計算各樓所需樁體材料立方體抗壓強度平均值（邊長150mm立方體試塊標準養護28d）為13.80MPa。綜合考慮本工程實際情況，樁體材料采用C20混凝土。

2.5 素砼樁的布置原則及樁間距的確定

1）素砼樁布置原則。根據本工程情況，素砼樁原則上在基礎范圍內布置，采用矩形布置。

2）素砼樁間距。3#主樓樁間距為1.40×1.45，局部調整。

2.6 復合地基承載力特征值及下臥層驗算

復合地基承載力采用式（2）計算，計算結果滿足設計要求。根據GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》第5.2.7條規定，對樁端持力層及軟弱下臥層進行驗算，滿足要求。

2.7 復合地基變形驗算

根據GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》第5.3.5條規定，計算復合地基沉降量。對四個角點和中心點分別進行計算，3#樓最大沉降量小于80mm，見表3。

表3 沉降計算

2.8 整體傾斜驗算

根據上一結果，3#樓的最大整體傾斜為0.000045。最大整體傾斜小于0.25%，滿足設計要求。

3 檢測

檢測規范要求，單樁承載力為總樁數的0.5%，且數量不少于3個，單樁復合地基靜載荷試驗數量為總樁數的0.5%，且數量不少于3個，樁身完整性測試不應少于總樁數的10%。檢測后的單樁曲線單樁Q-S,s-lgt,s-lgQ及單樁復合P-S,s-lgt,s-lgp曲線如圖1所示。（圖中只給出一個單樁和一個單樁復合的檢測曲線）

圖1 檢驗點的單樁Q-S,s-lgt,s-lgQ及單樁復合P-S,s-lgt,s-lgp曲線

可見，3#樓119號單樁靜載試驗、269號單樁靜載試驗在最大加載情況下沒有達到極限破壞，沉降穩定，證明在該設計方案下應用的復合地基承載力和沉降量滿足要求。

4 結語

素混凝土樁復合地基近年來在地基處理市場上應用規范，其設計對工程質量和造價有直接影響。在保證質量的前提下，應選擇合適的地層作為樁端持力層，不能過于保守而選擇更深層的地層，這會增加額外工程造價，并不經濟。