深层搅拌桩复合地基中处理巨大孤石的工程实例.doc

付文光 CSDV9).S （冶金工业部建筑研究总院北京100088） J0WxR&%a) v l 摘要：介绍了某建筑物独立基础下深层搅拌桩复合地基的设计计算过程，和施工中出现的巨大孤石的处理方法。 &u.A3( 关键词：深层搅拌桩复合地基巨大孤石 h,:m0gmj I#_ ELoDd&d8 dl)YDI 1工程概况及地质概况 XX TL. 已建深圳世界之窗某培训楼，高6层，首层建筑面积76m20m，无地下室，框架结构，基础形式为四周条形基础、中间独立基础，基础埋深1.0m，设计要求采用复合地基，复合地基承载力fsp200kPa，沉降值小于35mm，差异沉降小于0.2%。 Wtd/=gmiI 该场地原地貌为海漫滩，新近回填整平。场地自上而下各土层分别为： 人工填土层； 第四系海相沉积层；第四系残积层，其主要参数见表1。第四系海相沉积层中含有少量孤石。场地离海边只有二、三十米，地下水稳定水位埋深1.82.3m，属第四系孔隙潜水，水位及化学成分变化受海水潮汐影响较大，对混凝土无侵蚀性。 %A/0 CAqFo 表1土层主要参数表 W+c2?d: 土层 u) UFZ 编号 ;4 2.* s 性状描述层厚 %#8g (m)天然重度 &|1v35w 18.0 Lx1FpHo -10 xC:L)7#aw 沉积淤泥质粉质粘土，黑色，局部淤泥质土，很湿，软塑可塑 BO ;tCEV? 2.5 AxyT 4.1 z+wA rPxc 17.3 mUXvD# 120 LVfF 4.0 3?9IJ5p 8.0 NjScc%y 15 $BE&4g 残积砾质粉质粘土，粗粒花岗岩风化残积而成，湿，软塑硬塑 Gbr=+AT 不详 ci.+pF :D6 ON6 18.5 OJuGeuy 200 =JEv,ZGT3 6.0 36ZfcFJ 12.0 (AaoCa 30 ?kZni8j_ %H-)_d20 x_NTjS 2搅拌桩复合地基设计 eCU:Q 2.1 设计方案 F|+oa 方案分析对比后，笔者设计采用深层搅拌桩复合地基方案。搅拌桩形式为双头喷浆型水泥土搅拌桩，长轴1200mm，短轴720mm，桩端进入残积层24m，平均桩长d=12m，其中有效桩长11m。由于本场地表层回填土新近回填，尚未完成自重固结，在搅拌桩复合地基设计中，不考虑其对搅拌桩产生的摩阻力，也不考虑其对搅拌桩产生的负摩阻力，这样的计算方法比较接近搅拌桩复合地基的实际状态。以J1型基础为例，单桩承载力设计值Nd、桩身无侧限水泥土抗压强度qu、搅拌桩置换率m、桩数n分别按下式计算： u +7hkk Nd qsiUpLiApfk； *SbMqASv4G qu = Nd /KAp； K( cwr6 m（fspfs）（NdApfs）； |PCm01NU! nmAAp 8B3;Zmm 式中， qsi、fk意义及取值见表1； Mlg0WrJ|2 Up搅拌桩周长，取Up3.31m； 5,lEx1_ Li搅拌桩在不同土层中的长度，分别为：4.5m、4m、2.5m； T9E+D 桩端土支承力折减系数，取0.5； OYiqg Ap搅拌桩的截面积，取Ap 0.73m2； b;B%q$sntC K搅拌桩强度折减系数，取K0.4； g&,uh fsp设计复合地基承载力，取fsp200kPa； F| 桩间土承载力折减系数，取0.5； #nr Er e$ S1（Pc+P0）L2Ec； wQ:)KjhHH Pc（fspAfs（AA1）A1； (EAq5 P0PbmL； W$w.oW Pb（fspAGAsiqsifs（AA1）A1； *nTcr 式中，Pc群桩顶面的平均压力，计算结果Pc228kPa； &P%C 5 A1实体基础底面积，计算结果A122.9m2； .Pnkx* P0群桩底面土的附加压力，计算结果P011kPa； MVpGWTHF Pb群桩底面压力，计算结果Pb97kPa； B6+khuG( G实体基础的自重，计算结果G=2215kN； ql Ax Asi实体基础侧面积，在、层土中计算结果分别为154、97m2； )EPjAv m基底以上土的加权有效重度，计算结果m8.8kNm3； +%z HJ. Ec群桩的变形模量，计算结果Ec60.3MPa； b$+H/V Ep搅拌桩的变形模量，取Ep120qu180MPa； d UE,U= E0桩间土的平均变形模量，E0i取值见表1，计算结果E06.5MPa； LzOwKl 计算结果S120.8mm，实体基础底面地层沉降S20.2mm，J1基础工后沉降SS1+S221mm。四周的条形基础沉降略大，计算结果为27mm。 tPWLg), 2.3 下卧层地基强度验算 ,$L4dF3 桩端下无软弱土层，无需验算。 GTPHVp&y UBU=9a5 |*eZD-f tmYz R%i 3对施工中遇到巨大孤石的处理方案 Ns Qd_e 3.1 孤石状况及处理思路 j?Qh 在施工场地正中间的独立基础下搅拌桩时，在地面下55.5m处遇到障碍。经人工探测，障碍厚度不详，尺寸约7m5m，占据了承台下大部分面积，如图1所示。判断为孤石。该孤石埋深较深，尺寸很大，很难将其挖出运走。考虑到本工程采用了复合地基形式，可以将其进行利用。 Y=?3 js?O 通过对该场地及附近地形地貌及地质状况的了解分析，判断该孤石厚度应大于2m，下卧层应为相同状况的残积砾质粉质粘土。设计利用短桩将部分基础荷载传递到孤石上，把短桩、孤石都视为基础的一部分，认为孤石将基础底面的埋深降至-7m。 zV37$Hb 1z4OI6$Af N0Lwp 3.2 处理方案 7hcYD!DS 基础下已按原设计施工了7条桩。考虑到与短桩的协调，设计在原基础外再增加1条长桩。不考虑桩间回填土的作用，认为8根桩承担了43083440kN的荷载，则短桩需承担荷载N127.220034402000kN Np9:GF1 短桩下为孤石，承载力相对很高，因此设计承载力需按桩身强度控制。搅拌桩的抗剪强度较低，离散性很大，短桩实际上为端承桩，在上、下压力的作用下很容易从最薄弱的环节剪断，为防止这样情况发生，搅拌桩安全系数必须足够大。综合施工情况，设计搅拌桩桩身强度1.5MPa，强度安全系数取较高值，取K=0.1，不考虑桩间回填土作用，则 R4cM%l_#W Nd Kqu Ap110kN， n0 i&I+ NN1 Nd18 L|xbR#v 考虑到短桩相互搭接减少了底面积，取布桩安全系数1.25，实际布桩23条，布桩形式如图1所示。图中阴影所示桩型均为短桩，长度55.5m，其中空桩1m。为减少孤石偏心受力及布桩需要，将基础尺寸由6.8m4m修改为6.8m5m。短桩水泥掺入比为15。 ;bib/ OmvMd! 3.2 孤石下卧层地层强度验算 b5vCB-! 按孤石尺寸为7m5m、底面埋深为7m、下卧层为相同状况的残积砾质粉质粘土验算，深度修正后地基承载力特征值为： ne?P9hF fafkb（b3）dm（d0.5） $|Qk/T 取b0，d1，地下水埋深2m，m13.2kN/m3，fa286kPa。 YujiqiJ; 短桩作用到孤石上时，孤石偏心受力，孤石底面压力Pk及孤石边缘最大压力值Pmax应满足： Ckuh:bs Pk （FkGk）Akfa； !#L6&:a8 Pkmax（16exx+6eyy）1.2 fa /Md=yNp 式中， Fk孤石顶面荷载，取FkN12000kN； MaQqs= Gk孤石及上覆土重、搅拌桩重量，计算结果Gk3001kN； agwdoj Ak孤石底面积，按5m7m35m2估算； Hd =CFip e短桩等效作用点的偏心距，计算结果取ex0.45m、ey0.40m； jQoS#SZ 3.3 该基础沉降计算 wc4)qDE 该基础下搅拌桩、孤石共存，受力情况不明确，要准确地计算出沉降是困难的。仍假设上述的桩、石分担荷载方法成立，认为孤石没有压缩变形，则孤石处的沉降包括短桩的压缩变形S1、孤石下地层的压缩变形S2及短桩底端与孤石顶面残留土的压缩变形S3。S3产生的原因为：施工机械为SJB2型深层搅拌机，该类型桩机为上喷浆型机械，单设出浆管，搅拌头一般有双层叶片，出浆口略高于上层叶片，且两个搅拌头的叶片也要分层，因此出浆口一般要高于桩尖50cm，导致桩端约有4050cm的土中没有掺入或只能掺入较少量的浆液。其它类型的搅拌桩机存在同样的问题，只是出浆口距桩尖的距离不同。这也是搅拌桩的桩端承载力修正系数取值较小的一个原因。对于该基础的短桩而言，如果桩端与孤石之间留有50cm的余土，其压缩变形过大，满足不了设计要求。因此施工短桩前，施工单位对搅拌头及出浆管进行了改造，在机械上使出浆口距桩尖不超过15cm。施工时通过采取加长座底时间、加大座底时喷浆压力等措施，能够使该余土厚度更小。 flbd0NB S1计算：不考虑桩间土作用，取EcEp120qu180MPa，搅拌桩有效桩长L4m，单桩荷载Nd110kN，根据2.2节所列公式，计算结果： iz PDd S1NdLApEc3.3mm。 ?NsW|w_ S2计算：不考虑桩间土作用，视孤石受力后侧壁与土产生摩阻力的计算方法与搅拌桩相同，孤石侧面积取As 38m2，孤石底面均匀受力，根据2.2节所列公式，则孤石底面的附加应力P0、沉降S2为： 7XRd9a5( P0（FkAsqs）Ak41kPa 9qzHSl S2s P0（ZiiZi-1i-1）Esi