CM复合地基技术在高层建筑地基处理中的应用

2015-07-15 163 0

   一、工程概况及地质情况
 
  本工程为28层高层建筑,地下室1层,地上建筑高度99.8米,剪力墙结构。本工程抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组。本工程地基基础设计等级甲级,建筑场地类别为Ⅱ类,无液化土层。
 
  本工程原设计基础采用墙下局部筏形承台板和桩基的形式,基桩为预应力高强管桩PHC-500(120)AB-C80,桩长约20-22m,桩端进入5-1层强风化细砂岩不小于0.5m.,单桩竖向抗压承载力特征值Ra=2150KN。
 
  地质状况自上而下表一:
 
  二、桩基倾斜描述
 
  总桩数318根,全部施工完毕后,进行桩基检测,由于基坑施工原因,部分桩基产生偏位倾斜且桩身完整性经小应变检测为Ⅲ类桩,其中A区大部分管桩倾斜率在10%以内,B区大部分管桩倾斜率在10%~15%,C区大部分管桩倾斜率在5%以内,桩基承载力已不能满足支承上部结构荷载要求。
 
  三、CM三维高强复合地基加固处理
 
  3.1.处理方案
 
  上部高层主体结构荷载较大,而土质较差,在满足结构安全等的前提下,经对多种基础处理方案进行比较,如采用单一补桩或采用厚度较大的筏板或两者相结合的方式或采用CM三维高强复合地基等,本工程地基处理最终采用CM三维高强复合地基的形式,将上部结构较大的集中力变为均匀的、较小的基底均布应力,使已施工管桩、补充的C桩、M桩及土共同承担上部荷载,共同协调变形,在施工周期、难度及成本上都有较大优势。
 
  CM复合地基是由C桩(刚性桩)、M桩(亚刚性桩或柔性桩)、桩间土及褥垫层四部分组成,CM复合地基处理通过合理确定桩的间距形成土的三维应力状态,交叉和深浅布置C桩和M桩补强了深浅部的地基刚度分布,组合成优化的平面及空间刚度梯度,大幅度提高了复合地基的承载力,同时亦使建筑物的沉降大幅度下降[1],[2]。
 
  本工程尚未施工的基础由局部筏形承台板变更为整体平板式筏基,筏板厚1.7m,CM桩顶垫层(素砼+砂垫层)厚0.4m,根据地勘报告,基底主要处于2-2层淤泥质粉质粘土,取fak=55kPa。
 
  C桩采用已施工完毕的预应力高强管桩PHC-500(120)AB-C80,承载力不足部分补充长螺旋泵压砼灌注桩,本工程补充的长螺旋泵压砼灌注桩,采用C20素混凝土,成桩直径D=500mm,要求以强风化岩面为桩端持力层,有效桩长为20-22m。M桩采用深层搅拌桩,成桩直径D=600mm,A区、B区有效桩长L=11m,C区有效桩长L=9m。
 
  原管桩初步处理:
 
  先对预应力高强管桩的Ⅲ类桩进行灌芯加固,采用C45细石混凝土灌芯,灌芯深度为桩身损坏处以下2米,灌芯内配置钢筋笼,其构造及钢筋数量详相应管桩图集,Ⅲ类桩灌芯加固后经小应变检测均转变为Ⅰ类桩与Ⅱ类桩。
 
  其余管桩须进行封桩头处理,桩顶填芯混凝土深度为2m,桩顶填芯混凝土等级为C45。在浇灌桩顶填芯砼前,应先将桩内壁浮浆和杂物清除干净,并采用微膨胀砼浇灌。管桩不锚入基础,详见CM桩大样图。
 
  再选择偏位倾斜率较大且原桩身完整性为Ⅲ类桩的基桩进行单桩竖向抗压静载试验,为设计提供依据。
 
  C桩:原管桩318根(已施工完毕),新增长螺旋泵压砼灌注桩80根
 
  M桩:水泥土搅拌桩308根
 
  3.2、单桩竖向抗压承载力特征值[3]:
 
  3.2.1、C桩长螺旋泵压砼灌注桩单桩竖向抗压承载力特征值,经计算取700kN
 
  3.2.2、M桩经计算,单桩竖向抗压承载力特征值由桩身强度控制单桩承载力,其值A区、B区、C区都取80kN
 
  3.2.3、C桩原已施工管桩已施工管桩单桩竖向抗压承载力特征值取值:
 
  根据静载试验结果及桩倾斜率分析,A区综合静载试验结果单桩承载力特征值取为1750kN;B区综合静载试验结果单桩承载力特征值取为1450kN;C区综合静载试验结果单桩承载力特征值取为1900kN。
 
  3.3、复合地基承载力特征值计算[4]:
 
  上部荷载F=609200kN;筏板面积A=1252m2;筏板自重G=53210kN,Pk=529kPa,取上部荷载标准值:Pk=530kPa。
 
  承载力计算(A区):共布置C桩长螺旋泵压砼灌注桩36根,C桩原管桩162根,M桩147根。基础面积A=618m2.mc=0.0114,mM=0.0672,mG=0.0514,fspk==542pa>Pk=530Kpa,满足承载力要求。
 
  承载力计算(B区):共布置C桩长螺旋泵压砼灌注桩38根,C桩管桩43根,M桩30根。基础面积A=182m2,mc=0.0410,mM=0.0466,mG=0.0464,fspk=530pa>Pk=530Kpa满足承载力要求。
 
  承载力计算(C区):共布置C桩长螺旋泵压砼灌注桩6根,C桩管桩113根,M桩131根。基础面积A=452m2,mc=0.0026,mM=0.0819,mG=0.0491,fspk==530.7pa>Pk=530Kpa满足承载力要求。
 
  其中:fspk--复合地基承载力特征值。
 
  mc、mM、mG--C桩、M桩和管桩的面积置换率。
 
  3.4、沉降计算[5]
 
  经计算,角点沉降为12mm,中点沉降37.3mm,符合规范要求
 
  3.5、结果检测及评价:
 
  对C桩进行了低应变检测,检测结果合格。
 
  进行了复合地基原位静载试验,试验结果合格,塔楼复合地基承载力特征值达到了530kpa,符合上部结构的基础承载力要求。
 
  主楼主体施工后,进行了长期的沉降观测,累计沉降量最大值仅为21mm,符合规范要求。
 
  四、结语
 
  (1)桩基承载力丧失,处理涉及费用较大,正确选择处理方案,非常重要。本工程采用CM复合地基进行处理,保证了工期和质量,且节约了投资,应为较成功的一例。
 
  (2)该软土场地高层建筑的地基处理,CM复合地基调动了深层土和浅层土的承载力,取得了高强度、小变形的复合地基效果,由于C桩以强风化岩面为桩端持力层和下卧层,沉降控制的亦很好。
 
  参考文献:[1].曹建中CM桩复合地基研究与应用硕士学位论文河海大学2006
 
  [2].张玉成C?M?长?短?桩?复?合?地?基?的?设?计?及?应?用建筑技术2007.3Vol.38No.3
 
  [3]JGJ79-2012建筑地基处理技术规范
 
  [4].DGJ32/J68-2010CM三维高强复合地基技术规程
 
  [5].GB_50007-2011建筑地基基础设计规范

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