振动沉管碎石桩在工程中的应用.doc

振动沉管碎石桩在工程中的应用54江苏建筑2008年第6期(总第124期)振动沉管碎石桩在工程中的应用吴建华(南京市民用建筑设计研究院有限责任公司,江苏南京210002)摘要】文章简要阐述了振动沉管碎石桩法的设计原理和计算方法,介绍了其在山东聊城某工程中的应用,可供同类工程设计时参考.【关键词】振动沉管碎石桩;设计原理;计算方法;工程应用【中图分类号TU473.12文献标识码】B文章编号1o056270(20O8)06005402TheApplicationofVibro-replacementPileinConstructionWUJian-hua(NanjingCivilBuildingsDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,NanjingJiangsu210002China)Abstract:Thispaperbrieflydescribesthevibmreplacementpikesdesignprincipleandcalculationmethod,introducedtheapplicationinShandongLiaoChengCityprojects.Itshouldbeadesignconsultationtothesamekindofengineering.Kerwords:vibroreplacementpile;designprinciple;calculationmethod;application0前言振动沉管碎石桩法是利用振动沉管法成孔,在孔中填入含泥量不大的碎石.采用干作业法成桩的一种加固软土地基的方法.其作用机理与振冲置换法相类似,具有比振冲置换法少破坏被加固土,省水,易于成孔等优点.该法在山东聊城地区得到了广泛的应用,其主要适用于不排水剪切强度大于20kPa的粘性土,粉土,饱和黄土和人工填土等地基.该法不仅能提高地基承载力,减少沉降和不均匀沉降,还能达到地基抗震液化能力的效果.一般相对密度可达75%以上,地基承载力可提高到1.5倍左右.其桩径一般选用0.4m0.8m.1加固机理振动沉管碎石桩在粘性土中的作用主要是振动成孑L制成碎石桩,置换软弱土层,碎石桩与周围土组成复合地基.在复合地基中.碎石桩的变形模量远较粘性土大,因而使应力集中于碎石桩,相应减少软弱土中的附加应力,从而改善地基承载能力和变形特性.另一方面,打入的桩体加速了被加固土的排水固结,使被加固土颗粒变细,级配变佳,结构趋于致密,稳定性增大,从而有效地提高了被加固土的强度.2设计计算2.1加固范围处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定,通常都大于基底面积.对单独或条形基础,可在基础范围内或适当超出基础范围内加固;对于板式,十字交叉式,浮筏及柔性基础等,则在建筑物平面轮廓线范围内满堂加固,轮廓线外加23排保护桩,以增强基底土体的被动抗力,提高单桩的承载能力.2.2桩位布置和间距桩位布置:对大面积满堂处理,可用等边三角形;对单独或条形基础,可用正方形,矩形或等腰三角形.桩的间距:应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定.荷载大或原土强度低时,间距应小;反之,间距应大.特别在深厚软土中打不到相对硬层的短桩.间距应更小.一般取1.5m一2.5in.亦可根据当地土质情况和施工技术,施工习惯作适当调整.2.3加固深度对软弱土层.其厚度不大时,碎石桩可穿透软弱土层而支承在好的土层上.当软弱土层较厚而碎石桩不能穿透时,加固深度应满足下卧层土的强度和变形要求.一般可按基础宽度的3倍进行试算.桩长不宜短于4In.在可液化的地基中,桩长应按要求的抗震处理深度确定.可依据建筑抗震设计规范>>GB50011-2001第4章第7,8节之规定进行计算.3.复合地基承载力计算3.1其标准值由现场复合地基载荷试验确定3.2由推导公式确定由于复合地基由碎石桩和被加固土组成,因此其承载【收稿日12008.05.14【作者简介】吴建华,南京市民用建筑设计研究院有限责任公司.江苏建筑2008年第6期(总第124期)55力和变形特性,一方面决定于被加固土的特性,另一方面决定于置换率的大小.置换率用截面积比表示,即m-A=Ar+As(1)式中m置换率A碎石桩置换软土的截面积;被加固范围的土所占的截面积;A被加固的面积,A-AvsAs在荷载作用下,根据复合地基的静力平衡方程:p,uxA=fpxAfsxAs(2)式中-厂sp,u复合地基的极限承载力;桩体单位面积极限承载力;店桩间土极限承载力;可得fsp,u=xAfsxAs)/A(3)或厂sp,u=mxfp+(1一m)xfs(4)3-3建筑地基处理技术规范推荐公式由单桩和桩间土的载荷试验按下式确定;,sp,k=mxfp,矗+(1一m)xfs,k(5)式中fsp,U复合地基的承载力标准值;k桩体单位面积承载力标准值;fs.k桩问土承载力标准值;m置换率m=d(6)式中d桩的直径:d_等效影响圆的直径.等边三角形布置de=1.05s正方形布置de=1.13s距形布置de=1.13s,s1,s2分别为桩的间距,纵向间距和横向间距.对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料,复合地基的承载力标准值可按下式计算:fsp,|i=1+m一1),k(7)或,sp,j=1+,n(n一1)(3Sv)(8)式中n桩土应力比,无实测资料时可取24,原土强度低取大值,原土强度高取小值:.sv桩问土的十字板抗剪强度,也可取处理前地基土的十字板抗剪强度代替.式f7)中的桩间土承载力标准值也可用处理前的地基土承载力标准值代替.4工程实例鲁西化工集团总公司(位于山东聊城市区西北面)30万吨/年硫磺制酸装置硫磺库,该工程采用排架结构,结构平面如图1.由地勘报告揭露的地表特性由上至下为:粉土:灰黄色,局部黄色,稍湿湿,厚3m4m,强度125kPa;粉质粘土:灰黄,褐黄色,可塑,局部软塑,厚0.7m3.1m,强度110kPa;一j:一j.崔0二1尊4=:图2桩位布置图桩内填料:碎石规格为2cm4cm6cm,含泥量及含草量不大于3%.桩长确定:由于第3层粉土有轻微液化,为消除液化影响,确定桩应打穿第3层粉土,桩长约等于11000mm.复合地基承载力估算:采用规范推荐公式,由式(5)fsp,k=mxfp,Il+(1一m,k式f61m=d2/dez因d=600mm.de-1.05s=1.05x1000=1050mm,所以由式(6)得m=dJd.Z=6002/10502=-0.327fp,k取值:根据桩径大小及间距,由当地经验值取,=360kPa;_厂s后取值:取主要被JJni的承载力标准值取fs=l10kPa;代人式(5)得fsp,k=mxfp,Jj+(1一m,k=O.327360+(10.3271110=191.75kPa;初步确定复合地基承载力标准值取厂sp,k=l80kPa.本工程于1999年3月动工开打,5月初施工完毕.施工结束后23周,经聊城市建设工程质量检测站现场测试,室内分析.判定复合地基承载力标准值均大于等于200kPa,满足设计要求.说明fo,k取值是合理的.5沉降计算复合地基是非均质地基.其沉降主要由复合地基沉降f下转第58页158江苏建筑2008年第6期(总第124期)表4砖混结构住宅入户查勘记录表图1房屋倾斜造成过梁脱开图2地面水平侧移后严重开裂最终的鉴定报告则在地下基坑工程完工后出具;随后要到现场向居民进行客观,合理的解释,避免居民出现过激行为.第3层次,即建筑主体出现了严重损坏变形,必须立即停工停产.使人员迅速安全撤出,发布房屋危险通知书,进行事故原因分析和做出后续处理建议措施.4结束语大型地下工程开挖施工周期长,对相邻周边建筑物主体可能造成严重影响.这决定了对相邻建筑物的事前分析和信息搜集必须全面细致,通过房屋鉴定全面预估以期减小或避免风险:施工过程中的现场查勘手段和深度宜结合受影响房屋的实际情况做相应调整,保证鉴定流程的实效,简捷,准确:受影响的周边建筑损坏事故发生后的解决方法也应依事故的发展程度,抓住主要问题,依次解决.参考文献1四川省建设委员会GB502921999民用建筑可靠性鉴定标准fS.中国建筑工业出版社,1999.2】重庆土地房屋管理局.JGJ12599危险房屋鉴定标准fS1.中国建筑工业出版社,1999.f3卓尚木,季直仓,卓昌志.钢筋混凝土结构事故分析与加固M1.中国建筑工业出版社,1997.4】刘建航,等.基坑工程手册M】.中国建筑工业出版社,1997.4.(上接第55页)和下部未加同土层的沉降两部分组成.复合地基的沉降计算应按建筑地基基础设计规范,GB500072002的有关规定执行.其主要是确定复合地基的压缩模量Esp.它应南载荷试验确定,也可有建筑地基处理技术规范推荐的公式确定:Esp=1+m(n1)Es(9)式中Esp复合地基的压缩模量;Es桩间土的压缩模量.当确定复合地基的压缩模量Esp后,即可由沉降公式计算复合地基和下部未加固土层的沉降量,采用叠加原理,求出总沉降量.6结束语本工程完工至今已9年有余,未见基础及上部结构出现异常,充分说明了振动沉管碎石桩法对粘性土的加固是安全可靠的,比预制桩可节约