某高层建筑人工挖孔桩基础处理方案及分析计算

1 某高层建筑人工挖孔桩基础处理方案及分析计算某高层建筑人工挖孔桩基础处理方案及分析计算 摘摘 要要 某高层建筑采用人工挖孔桩基础方案 在施工过程中出现管涌现象 导致无 法继续施工 本文对该工程的人工挖孔桩基础提出了在桩底一定范围内进行旋喷桩加 固 部分挖深较大的桩在桩底灌浆处理的方案 实测结果表明 该处理方法是可行的 经济的 关键词关键词 人工挖孔桩 桩底持力层安全度 桩底旋喷加固 桩筏基础 一 前一 前 言言 拟建某高层建筑位于东莞市新城市中心区 总用地面积约 35720m2 主楼高 23 层 设一层地下室 该建筑物的基础设计为人工挖孔桩基础 人工挖孔桩的内径分为 1 7m 1 8m 1 9m 2 1m 四种 桩的持力层为中风化花岗岩 平面布置图如图 1 所 示 场地的地层情况自上而下依次为人工填土层 Qml 耕植土层 Qpd 第四系坡 洪积层 Qdl pl 第四系残积层 Q3el 下伏基岩为震旦系片麻状花岗岩类 其中花 岗岩残积土层描述如下 灰黄 棕红等色 系由岩石风化残积而成 原岩结构可辨 成份以粉粘粒为主 含砂 湿 可塑 硬塑状 典型地质剖面图如上图 2 所示 人工 挖孔桩施工在穿越花岗岩残积土层时产生管涌现象 难以继续施工 若继续下挖 则 危险性较大 该工程的上部结构的设计单位提出了冲孔桩加筏板的基础处理方案 该 方案造价高达 700 多万 且工期长 无法满足甲方的要求 因此对本工程 采用何种 基础处理方案才能达到安全 施工快速 经济的目的 本文对此问题提出处理方案并 作分析计算如下 二 基础处理方案处理 原基础设计为人工挖孔桩 桩底持力层为中风化花岗岩 桩长约为 20m 大部分 桩施工至 10 12m 时出现管涌现象 此时桩底为第四系残积层 在此情况下 人工挖 孔桩难以继续施工 需要对该基础尽快拿出处理方案 可选取的可行方案有 1 人 工挖孔桩基础改为冲孔桩基础方案 2 对各桩的受力情况进行分析 加固桩底的土 体 同时基础形式采用桩筏基础方案 综合考虑工期及造价等因素 方案 2 较方案 1 有较 2 图图 2 2 典型地质剖面图典型地质剖面图 为明显的优势 本工程采用方案 2 进行加固处理 具体方案如下 采用桩筏基础 1 筏板厚 1 6m 考虑桩土共同作用 1 4 要求人工挖孔桩桩底穿过可塑土层 进入硬塑 土层 根据桩的施工记录 所有桩已经达到上述要求 对较长的 2 4 10 16 25 31 和 35 桩 直接清底 封底 浇注桩身砼 对其余桩在现状 下清底 封底 浇注桩身砼后 用旋喷桩进行处理桩底土层 旋喷桩加固如下图 3 所 示 三 处理三 处理方案计算分析计算分析 1 基础沉降计算 基础沉降按文 1 4 方法计算 计算时作了如下几个假设 筏板的受力是按地基 1 桩和筏板共同作用进行计算的 把每条桩 挖孔桩和旋喷桩 当成一刚度为 k 的弹 2 3 簧 把筏板下的土体作为不同刚度的土弹簧来代替 3 桩顶沉降由桩身压缩 桩底应力引起的桩底土层压缩和筏板应力引起的桩底压缩 三部分组成 其中桩身压缩考虑桩身砼的压缩及旋喷桩复合地基的压缩 对前两部分 的沉降按文 1 的方法进行计算 对最后部分的压缩根据地质资料及应力分布系数 用 分层总和法计算 经旋喷处理后桩的桩顶沉降计算具体如下所示 1 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 APNNN E ha APNNN E D A NNN E ha L AE NNN L AE NN NNN E ha L AE NN L AE NN NN E ha L AE N S ff i ii ff r ff i ii c ff c f ff i ii c f c f f i ii c 上式中 S 表示桩顶沉降值 N 表示桩顶荷载值 L 表示挖孔桩桩长 Ec表示桩身砼变 形模量 表示旋喷桩桩身砼变形模量 A 表示挖孔桩桩身截面积 表示挖孔桩 c E A 桩底所有旋喷桩桩身截面积之和 表示挖孔桩桩底旋喷桩的桩长 i表示由筏板底 L 应力产生的对旋喷桩桩底的第 i层土的附加应力分布系数 表示筏板底应力值 hi表示旋 喷桩桩底第 i 层土的厚度 Ei表示旋喷桩桩底第 i 层土的变形模量 表示挖孔桩桩 f N 身摩擦力 表示挖孔桩桩底所有旋喷桩的桩身摩擦力 D 表示旋喷桩组成的桩底 f N 直径 旋喷桩桩端持力层的泊松比 表示形状系数 Er表示旋喷桩桩端持力 层的变形模量 表示由筏板底应力产生的对 筏板底的第i层土的附加应力分布系数 i a 表示筏板底的第i层土的 的变形模量 表示筏板底的第i层土的 的厚度 i E i h 桩的刚度值 k 按文 2 的方法进行计算 具体如下所示 2 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 APNNN E ha NNAP APNNN E d A NNN E ha L AE NNN L AE NN N NNN E ha L AE NN E ha L AE NN N NN E ha AE NL N K ff i ii ff ff r ff i ii c ff C f ff i ii c f i ii C f f i ii C 4 其中 表示桩身的刚度 其余符号的意义同上 K 筏板沉降采用分层总和法进行计算 具体如下所示 3 i ii i ii E ha BA N E ha S 其中表示筏板沉降值 表示筏板底第 i 层土的附加应力系数 表示筏板底 S i a 的地基反力值 表示筏板下第 i 层土厚度 表示筏板底第 i 层土的变形模量值 i h i E A B 表示所考虑的土弹簧的长度 宽度 表示 A B 范围内的荷载标准值 N 筏板底土的弹簧刚度据文 2 计算 具体如下所示 4 i ii E ha BA S N K 根据以上的计算公式 分以下三种工况进行计算 工况一 考虑桩 桩间土 筏 板共同作用 按正常使用极限状态下的准永久荷载组合值计算沉降 筏板的沉降为 4 2 6 3cm 相邻柱的沉降差小于 0 002l l 表示柱距 满足规范的要求 工况二 考 虑桩 桩间土 筏板共同作用 按每层 16kN m2的荷载值计算沉降 筏板的沉降为 3 9 5 8cm 相邻柱的沉降差满足规范的要求 工况三 不考虑桩的作用 按每层 16kN m2的荷载值计算沉降 筏板的沉降为 8 4 10 6 cm 相邻柱的沉降差满足规范的 要求 2 地基强度计算 工况一筏板下地基反力最大约为 365kPa 平均地基反力为 215kPa 工况二筏板 下地基反力最大约为 400kPa 平均地基反力为 180kPa 工况三筏板下地基反力最大 约为 800kPa 平均地基反力为 300kPa 而地基强度由文 3 可按下式计算 P A 2a B 0 h D c 其中 P 表示地基强度 0 表示地基处于临塑状态 1 表示地基处于极限平 衡状态 对本工程 取 17kN m3 C 35k N m3 22 0 17kN m3 h 7 9m 则 由文 3 可知 当 0 P 0 0 3 44 17 7 9 6 04 3 5 673kN m2 当 1 P 1 2 26 17 27 7 82 17 7 9 16 88 35 2678kN m2 对工况一 地基安全度为 k 7 3 对工况二 k 6 7 况三 k 3 3 本工程采用桩 筏基础方案 地基强度是足够的 5 3 桩底旋喷桩加固 对人工挖孔桩长度不够的 需在其桩底进行旋喷加固 以改善桩底持力层的强度 旋喷桩采用三重管进行旋喷 旋喷桩桩身直径 0 7 0 8m 桩身强度 90 天后达到 2 0MPa 单根旋喷桩设计承载力为 800kN 认为桩底荷载全部由旋喷桩承担 具体按 文 3 进行计算 如下所示 5 R NN n f 其中 n 所需加固的旋喷桩桩数 四 实测结果 该建筑物共布设 18 个沉降观测点 目前该楼已封顶 沉降观测结果如下图 4 所 示 根据沉降观测结果可知 最大的沉降量出现在 E 1 点 轴 沉降量为 2 F 4 35cm 与计算结果基本吻合 五 结 论 根据以上分析结果及实测结果可知 1 对部分人工挖孔桩桩底采用旋喷桩进行加固 部分挖深较大的人工挖孔桩直 接在桩底灌浆加固 以改善其持力层的状况 同时将基础形式改为桩筏基础 方案是 安全的 可行的 6 2 考虑桩 土 筏板的共同作用 其基础沉降约为 4 5cm 实测结果与计算结 果相近的 参考文献 1 陆培炎 桩 土结构 承台 共同作用的简化计算法 广东省