半刚性桩复合地基的刚性基础设计探讨

1、半刚性桩复合地基的刚性基础设计探讨十啦第4卷第4罔一>f半设计探讨盘鲞'l(中国兵器工业勘察研究院,北京,100053)±学位.目前主要从事岩土工程及结梅工程的设计,究聂工程管理工作.曾在混凝土,化工腐蚀与防护及军工勘察等刊物上发表文章.l提要l本文对半刚性柱复台地基中桩列基础的砖切及基础的抗剪强度进行了分析计算,供岩土工程及结构工程设计人员参考复合地基具有:(就地取材,基本上不用钢材(6)充分利用厦天然地基的承哉_力;(c)复台地基桩教多,而且设置了褥垫层,从而使地基强度及变形接量鞍均匀,对上部结构受力,结构抗震极为有利I()施工方便,工期短,(e)造价低廉,

2、复合地基的总费用程中,半刚性桩复合地基的普遍做法是:在桩和基础之间铺一层中粗砂(或豆石)褥垫层,在褥垫层上做刖性基础.掺有固化材料的半刚性桩,桩体强度相对较高,荷载传递操度大,进行了分析,对桩对基础的冲切及基础的抗剪强度计算进行了探讨,并提供了工程实例,这对利用半刚性桩复合地基技术进行地基处理工程的设计计算具有一定的意义.二,半刚性桩复合地基中褥垫层的作用±强度的发挥通常的刚性桩基础不设褥垫层,即桩与承台刚性联结.在荷载作用下,由于桩的变形模量比土的变形摸量大得多,桩承受绝大部分荷载,而承台下的土只承受极少一部分荷载,只有在桩有一定变形的情况下,土的强度才能有所发挥.桩顶的沉降变形与

3、土的沉降变形,承台的沉降变形相等.?34'一一的沉降变形大于桩顶的沉降变形.选样就充分调动了桩间土强度的发挥.同一荷载作用下,垫层越厚,桩承受的荷载比率越小.因此,在不考虑水平荷载条件下,如果桩问土强度较高,为了更多地发挥土的作用,可以将垫层做得稍厚些,若桩问土强度较低,为了较好地发挥桩的作用,可以将垫层做得稍薄些.褥蛰层的材料为豆石或中租砂,垫层施工时压至中密,褥垫层的值较高,桩承受的荷载在桩顶处反作用于褥蛰层,并在褥垫中沿扩散角扩散.因此,由手设置了褥垫属,减少了桩对基础的应力集中,随着褥垫层厚度的增加,桩对基础的应力集中也不断减少.三,半冈性桩复合地基桩对基础的冲切计算桩顶荷载在

4、裤垫层中措扩散角扩散后,对基础(基础垫层)产生应力集中,井对基础(基础垫层)产生冲切.基础(基础蛰层)冲切破坏对,沿桩顶在褥垫层中扩散后的周边(如图l中的)以45.扩散线围成的锥体面上混凝土被拉裂.圈l褥垫层在施工时压实至中密,桩顶荷载在褥垫层中的扩散角取褥垫层的摩擦角,d2:1,4-2hj?tg,/,式中如一一桩顶荷载经褥垫层扩散后的直径'桩顶荷载在裤垫层中的扩散角(取摩擦角)l.褥垫层的厚度.设在上部荷载作用下桩顶承受的荷载为p,柱问土承受的载荷为,则桩顶应力为则(1)?35'0"1=÷=昔(2)百_¨'式中桩的截面积.经褥垫层扩散后,

5、t范围内的应力:.+4即(1一4P一(3)在上部荷载作用下,结构及岩土工程设计人员普遍关心I刚性基础的混凝土垫层设配筋,在半剐性柱复合地基上的刚性基础是否会冲切破坏,若砖放脚的剐性角小于规范规定的刚性角,混凝土垫层不发生冲切破坏,刚性基础即不会发生冲切破坏.桩对基础(基础垫层)的冲切荷载为:FI=?.一At?q(4)式中r一桩对基础垫层的冲切荷载jg砖基础作用在基础混凝土垫层上的荷载J,砖基础作用在基础混凝土垫层荷载q在范围内的面积(如图1(6)中斜线面积),d.为径基础垫层以45.扩散后的直径.=:+2(5)其中为混凝土垫层的厚度|G范围内,基础自重及基础上覆土的重量.桩对基础(基础垫层)的

6、冲切强度按下列公式计算.FJ0.6,.u:(6)式中,.基础(基础垫层)的混凝土轴心抗拉设计强度:冲切破坏锥体的有效戴面高度;以距为/2处的冲切破坏锥体的周长.U可按下式近似计算(如图2):中桩:边桩:角桩:式中B为桩中心距基础(基础垫层)u(d+,)=要(+hffi)+2e盯.=(2+2)+2e4边缘的距离.四,半刚性桩复合地基的刚性基础抗剪强度计算(7)(8)(9)剪力最大的位置为桩的内侧边(即图l所示的II位置),取基础单位长度(1m)为计?36.算单元,其最大剪力为tV=,.,?A.+n?Adt一口?as(4+0)(10)即=,.A.+r,?22一口?a3q(口+c)(11)式中II断

7、面的剪力(如图l()所示).单位长度II断面至基础边范.围内扣除d.面积所秉I曲面积0II断面至基础砖放脚边的距离,c基础砖放脚至垫层边缘帕距离,土的容量j上疆土的高度单位长度II断面至基础边范围内的桩数.抗剪强度按下式计算:0.oCf?A,即0.07?,?式中剪切面面积(.×1)j,.垫层混凝土轴心抗压强度设计值.五,算侧(12)(13)本文以某夯实水泥土桩复合地基工程为例进行计算.读工程的夯实水泥土桩的桩径为=350ram,天然地基土舶承载力标堆值,.=90kPa,中粗砂垫层厚度为t=120ram,砂垫层的摩擦角取为35.,经夯实水B土械处理后的地基承载力不少于180kPa.复合

8、地基的施工为非挤密方法,即先成孔后夯实,建筑基础为条型,刚性基础.基础埋深为a=1.5m,基槽宽度z=2.0m,砖基础放脚距垫层边的距离0:100ram.回填土重度为18kN/m.,条基下布两排桩,桩中心距基础垫层边缘距离e为250mm,基础垫层的冲切及抗剪强度.设在使用条件下复合地基承受荷载为180kPa,刚每根桩承受的荷载为9.9t,即99kN,g=170kPa.根据前述公式及已知设计可得t=【+2l?kg妒=0.35+2××(一等).,|+笺一=(一.o+499.kPa.?37.则则,n.詈_4,'g=×××l7018×

9、l-5×0_77<0_周此,勉樯绝对安垒,即使用45cm厚的3:7灰土垫层也是安垒的.对角柱It=d.(e-c)d3?1FI=山?g×詈××17018×l_5835F0.6,l以.?h××1O.×0.×10一.121:4.7m30cm厚的混凝土垫层是安垒的,即使换成45cm厚的3:7灰土垫层也是安垒晌.2'.抗,I甍度计算口=0.25+如/2=,?'_:詈口一蚰一?(口+c)=90×o79+1×罩××l7o×18×&

10、#215;o'.8i而0.07,?=.07×5×10.×0.3=105kN<0.o71.因此是安垒的.由上面计算可知=.?3,实际剪力仅为允许剪力的3,tJlJ3om的混凝土垫甚换成45cm厚的3:7灰土垫层,基础也是安垒的.?38'mOlI2I4×)10一lL××一8=一e(+,一:一0眭=边于时六,结语务实水泥桩复合地基在北京地医应用处理后的承黔力大多t为1622t/m(160220kPa),一根桩承受的处理面积为0.81.2m.在这种情况下,复合地基褥垫层之上打30cm混凝土垫层或45cm3:7灰土

11、垫层后做砖基础,结构是安垒的.为了抵抗由于天然土的不均匀及复合地基中桩承载力的离散性引起的不均匀况降,建议结构或岩石工程师在基础设计时增设一道地粱,以提高建筑抵抗不均匀沉降的能力.参考文献CJ刘盎硇桩挂设计与计算,中国建筑工韭出版社,1991年.2混凝土结构设计规范(GBJZO-89),中国建筑工业出版社,1989年.3建筑地基基础设计规范(GBIlO一日0)中国建筑工业出龌社,l口8年.忡?0?o?0?0.忡.?-C-Q-¨o¨0-?.-C-O-.-0-C-O-?.(上接第66页)管长比井深少3050cm,混凝土的韧灌量l保证导管埋深I.01.2m为准,以防出现断桩.混凝土的初灌量按下式计算;?:÷D(日4-.÷0.5一日一)卜1.2.求得=126m实际灌注应大干I.26m'.式中D桩径(080m)j.孔深(16.0m)J.j;r初管长度(O.801.20m,取I.Ore)导浆管直径(0.200.30m,取0.25m);.导管距孔底高度(0.300.50m,取0.4ore)|沉碴厚度(0.1Om).五,几点体会与认识大螺旋钻具在含水及嵌岩地层中采用循环液钻进作为一项新工雹在哦省属首次使用,取得了良好的效果,受到了有关方面的高度重视,值