粉喷桩复合地基基础设计

粉喷桩复合地基基础设计

摘要:粉喷桩是一种介于刚性桩与柔性桩之间具有一定压缩性的桩。粉喷桩是利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。

关键词:粉喷桩 复合地基承载力特征值 置换率

粉喷桩是一种介于刚性桩与柔性桩之间具有一定压缩性的桩,适用于处理ω=30%～70%的淤泥质土、粘性土和粉土地基。加固深度不宜大于15m,桩径不应小于500mm。

东港市兴宇铸造有限公司库房为门式刚架结构,地质条件:杂填土:厚1.5m;淤泥质粉质粘土:厚5.5m, qsi=10KPa, fak=70KPa;粉砂: 厚4.5m, qsi=16KPa, fak=140KPa; 细砂: 厚7.5m, fak=240KPa。采用粉喷桩复合地基基础,桩长取10.65m, 桩径取500mm,设计步骤如下:

一、与设计有关资料和数据

除常规的岩土工程勘察要求(软土层的分布规律、厚度,ω,e,c,Es,fsk,qsi,qp,∮,γ等)外,尚应查明:

1、填土的组成:特别是大块物质的尺寸和含量。

2、土的含水量:当水泥土配方相同时,其强度随土样的天然含水量的降低而增大。当土样的含水量在50%～80%范围内变化时,含水量每降低10%,强度可提高30%～50%。

3、有机质含量:对于有机质含量较高的软土,用水泥加固后的强度较低。因为有机质使土层具有较大的水容量和塑性,较大的膨胀性和低渗透性,并使土层具有一定的酸性,这些都阻碍水泥水化反应的进行,因此有机质含量高(约>10%)的软土,单纯用水泥加固的效果较差。

4、桩间土承载力特征值fsk:可取天然地基承载力特征值。

5、桩间土承载力特征值折减系数β:当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时,可取0.1～0.4,差值大时取低值; 当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时,可取0.5～0.9,差值大时或设褥垫层时取高值。

6、周第i层土的侧阻力特征值折减系数qsi:对淤泥可取4～7KPa; 对淤泥质土可取6～12KPa; 对软塑状态的粘性土可取10～15KPa; 对可塑状态的粘性土可取12～18KPa。

7、端地基土未经修正的承载力特征值qp:可按有关规范取值。

8、端天然地基土的承载力折减系数α: 可取0.4～0.6, 承载力高时可取低值。

9、粉喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下龄期的立方体抗压强度平均值(KPa) fcu:一般可取300～4000KPa。

10、桩身强度折减系数η: 粉喷桩可取0.2～0.3。

二、设计参数的选择

1、水泥

(1)水泥标号: 水泥土的强度随水泥标号的提高而增加.一般选用425号普通硅酸盐水泥。

(2)水泥掺入量:复合地基承载力随水泥掺入量的增大而提高. 水泥掺入量除块状加固时可用被加固湿土质量的7%～12%外,其余宜为12%～20%.一般常用15%。

2、确定粉喷桩的置换率m:

当增大面积置换率时, 复合地基承载力有一定的提高,而桩体应力却无显著地改变。置换率越大,说明土越软、含水量越高、天然地基承载力越低。置换率的大小直接影响复合地基承载力的大小和沉降量的大小, m一般采用10%～20%,从最佳的技术经济指标衡量,选用m=20%较为恰当。

三、计算复合地基承载力特征值

1、计算单桩承载力特征值:D=0.5m

Ra=UpΣ(qsi·li)+α·qp·Ap=1.57x(5.5·x10+4.5x16)+0=199KPa

fcu≥3 Ra / Ap=3x199.39/0.196=3052KPa 取fcu=3500KPa

Ra=η·fcu·Ap=0.3x3500x0.196=205.8KPa

单桩承载力特征值取两式中小值: Ra=199KPa。

2、计算复合地基承载力特征值:

fspk=m Ra / Ap+β(1-m) fsk=0.2x199/0.196+0.4x(1-0.2)x70=252KPa ,由于施工条件等诸多因素的限制,根据以往检测结果, 复合地基承载力特征值取160KPa。

四、计算基础底面积及桩数

1、按fspk=160KPa计算基础底面积A:

Fk+Gk=500KNMk=192KN·m f-20d=160-20x1.5=130KPa

A=(500/130)x1.2=4.7m2 取a=2.0m b=3.0m

Pkmax,kmin=(Fk+Gk)/A+Mk/W=500/6+192x6/(2x32)=147.3KPa,19.2 KPa

2、计算总桩数n: n=mA/ Ap=0.2x6/0.196=6.2根桩。

3、粉喷桩间距s(采用方形布置):s=( Ap/m)1/2=(0.196/0.2)1/2=0.99m。

根据计算总桩数n及间距s要求,最后取12根桩。粉喷桩可只在基础平面内布桩,不设护桩.但周围建筑群对其有影响时,应在基础外侧设置隔离桩,以消除附加应力及负摩擦力的影响。

五、构造措施及注意事项

1、基础和桩顶之间应设置褥垫层:褥垫层厚度200～300mm,材料选用中砂、粗砂、

级配砂石等,最大粒径不宜大于20mm。

2、桩顶应预留0.5m左右桩头,破去桩头后,施工桩应伸入褥垫层内150mm。

3、采用425号普通矿渣水泥,每米桩长掺量40kg,复喷段长3.5m,喷搅深度10.5m。

4、基础施工完毕后,应立即采用级配良好的粗砾砂或压缩性较小的回填土进行回填, 回填土应分层夯实,且四周同时进行, 夯实系数应大于等于0.94。

5、应开挖验桩,桩身应连续匀称,拌和均匀,用打击物冲击时应有坚实感。

6、载荷试验后,方可进行上部施工。

7、应埋设永久性沉降观测点进行沉降观测。

六、质量检验

1、检验的重点:水泥的用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。

2、桩身质量检验:成桩7天后,采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆(灰)面下500mm),目测检查搅拌的均匀性,量测成桩直径,检验量为总桩数的5%;成桩3天后,可用轻型动力触探(N10)检查桩身的均匀性, 检验量为施工总桩数的1%,且不少于3根。

3、竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时, 承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验: 载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时,并宜在成桩28d后进行。检验

数量为总桩数的0.5%～1%,且每项单体工程不应少于3点。

4、经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时,应在成桩28d后,用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验, 检验数量为总桩数的0.5%,且不少于3根。

5、对相邻桩搭接要求严格的工程,应在成桩15d后,选取数根桩进行开挖,检查搭接情况。

6、基槽开挖后,应检验桩位、桩数与桩顶质量,如不符合设计要求,应采取有效补强措施。

参考资料:

[1]建筑地基基础设计规范,2002.

[2]筑地基处理技术规范,2002.