巖溶地區(qū)復(fù)合地基設(shè)計
2016-09-26
由于巖溶地區(qū)存在較多的溶洞、土洞，且?guī)r面起伏不平，溶洞及土洞大小又各自不同，而且溶洞的分布具有較大的不確定性，地勘勘探無法一一探明，同時巖溶地區(qū)常分布有地下暗河，所以巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)處理和設(shè)計是目前基礎(chǔ)設(shè)計的難點，基礎(chǔ)選型不僅要考慮上部結(jié)構(gòu)還要綜合考慮周圍環(huán)境、施工技術(shù)、工程造價、施工工期等多方面因素，下面結(jié)合工程實踐介紹基礎(chǔ)的選型和設(shè)計。
1工程概況
連州碧桂園某棟號住宅樓位于6度區(qū)，采用框剪結(jié)構(gòu)，地上共15層，無地下室，總高度46米，該樓盤場地所在區(qū)域為古生界石炭系淺海相碳酸鹽巖沉積巖分布區(qū)域，場地內(nèi)分布的石炭系灰?guī)r為可溶巖，主要表現(xiàn)為溶洞多，多呈串珠狀溶洞或溶槽，分布范圍較廣，溶蝕痕跡明顯，根據(jù)地勘提供資料基巖之上覆蓋土分別為，①素填土，層厚：2m， ②粉質(zhì)粘土，層厚：15～20m （fak=200），③微風(fēng)化灰?guī)r，土層剖面如下圖一，地勘布置10各探孔中，有8各探空揭示出巖面一下存在溶洞及土洞。
圖一
2基礎(chǔ)選型
1）采用淺基礎(chǔ)，本工程上部為15層，如采用筏板基礎(chǔ)，試算地基反力約為280kpa，如選擇②粉質(zhì)粘土為持力層，fak=200，無法滿足承載力要求。
2）預(yù)制管樁因施工速度快、造價底，廣泛采用，巖溶地區(qū)采用時由于巖面存在傾斜，易形成爛樁和樁偏斜，且灰?guī)r中有溶洞存在，較薄的頂板處預(yù)制樁穩(wěn)定性差，因此也不考慮此樁型。
人工挖孔樁，人工挖孔樁因考慮安全因素謹(jǐn)慎采用，本場地屬于溶巖地區(qū)，按廣東省關(guān)于限制使用人工挖孔灌注樁通知，不適宜采用人工挖孔樁基礎(chǔ)。
鉆（沖）孔灌注樁適宜于各種地層條件，巖溶地區(qū)采用此種樁型經(jīng)常會出現(xiàn)沉渣過厚，難以清渣，成樁護壁困難，孔壁坍塌，出現(xiàn)斜孔、彎孔，卡錘、超灌等現(xiàn)象，施工前進行灌漿處理，施工難度較大、周期長、造價高等不確定因素多，也不考慮。
復(fù)合地基，當(dāng)天然地基無法滿足承載力要求時可采用復(fù)合地基，通過樁加固地基，再與褥墊層一起形成復(fù)合地基，從而提高了土體的承載力，再通過調(diào)整樁長，樁距，墊層厚度控制沉降量可以較好的滿足設(shè)計要求，在巖溶地區(qū)廣泛應(yīng)用。
該工程經(jīng)方案比較論證后采用長螺旋鉆孔泵壓素混凝土樁復(fù)合地基和筏板基礎(chǔ)，對第二層粘土層進行加固，提高承載力，減小沉降。
3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計
3.1設(shè)計參數(shù)
根據(jù)JCCAD筏板有限元計算結(jié)果顯示基礎(chǔ)平均反力為280kpa，取CFG樁徑為400mm，樁身混凝土取C20，樁端持力層為②粉質(zhì)粘土層，按正方形布樁，樁間距取1800mm，計算得面積置換率m=3.867%z，設(shè)計樁長經(jīng)估算取10m。
3.2復(fù)合地基承載力計算
根據(jù)地勘提供的各層土的側(cè)阻力和端阻力標(biāo)準(zhǔn)值按《建筑地基處理規(guī)范》JGJ79-2012 中7.1.5-3公式計算得單樁承載力特征值Ra=380kpa，復(fù)合地基承載力特征值計算按JGJ79-2012中7.15-2計算得fspk=280kpa，筏板基礎(chǔ)埋深為-3.00m，考慮深度深度修正后fspk=325，設(shè)計考慮地基的不均勻性，最終取復(fù)合地基承載力fspk=300>280kpa，滿足設(shè)計要求。根據(jù)JGJ79-2012中7.1.6條計算得fcu=10.89（復(fù)合地基樁頂應(yīng)力），樁身C20混凝土滿足fcu=10.89<20Mpa要求。經(jīng)過地基處理后地基承載力由原200kpa提高到300kpa，提高了1.5倍滿足了上部結(jié)構(gòu)的承載力要求。
3.3褥墊層厚度
褥墊層在復(fù)合地基中起到非常重要的作用，一方面作為一個過渡層，使樁和樁尖土共同受力，另一方面改變?nèi)靿|層厚度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整樁土應(yīng)力比，褥墊層厚度越小，樁發(fā)揮的作用越大，樁土應(yīng)力比越大，從而產(chǎn)生的變形越小，反之則相反，該工程褥墊層厚度取200，采用中砂混碎石（6：4），最大粒徑不宜大于20mm；褥墊層鋪設(shè)夯填度不大于0.9，采用靜力壓實法。
3.4布樁原則
該工程采用正方形布樁，對中央核心筒和兩個塔樓相接處適當(dāng)增加樁長，減小沉降，裙樓適當(dāng)減小樁長，最總確定CFG樁布置如下圖二。
圖二
3.5復(fù)合地基變形驗算
目前復(fù)合地基的變形主要采用經(jīng)驗公式，通常的計算方法是把復(fù)合地基的變形s分為兩部分，加固體的變形量s1和下臥層的變形量s2，則s=s1+s2，加固區(qū)采用復(fù)合壓縮模量Esp按分層總和法計算壓縮量，Esp=fspl/fsk*Es，壓縮量的計算方法同天然基礎(chǔ)相同，各土層的Es地勘會提供數(shù)據(jù)，本工程采用JCCAD計算的沉降變形，在軟件中導(dǎo)入地勘探孔資料進行了沉降計算，計算結(jié)果最大沉降點為150mm，最小沉降點為120mm，沉降差為30mm，總沉降量小于200mm，傾斜度為0.0021，滿足規(guī)范要求。
3.6復(fù)合地基的施工、檢測、觀測
施工樁時實行間隔跳打措施，施工完畢開挖驗樁時未發(fā)現(xiàn)樁身斷裂、勁縮、偏斜現(xiàn)象，復(fù)合地基施工完畢28d后，進行了施工質(zhì)量檢測，采用低應(yīng)變動力法檢測樁身質(zhì)量，檢測結(jié)果均為一、二類樁，現(xiàn)場取了6個試驗點進行復(fù)合地基載荷試驗，檢測結(jié)果壓力-沉降曲線均為平緩光滑曲線，未出現(xiàn)規(guī)范列出的破壞現(xiàn)象，表明復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計要求。
4溶洞的處理
該工程復(fù)合地基樁底以下第一層溶洞（土洞）均需進行填充加固處理，可布置檢查注漿孔，檢查注漿孔深至第一層溶洞底，發(fā)現(xiàn)溶洞、土洞后進行注漿填充加固處理，當(dāng)連續(xù)灌漿量較大且不見升壓時，可在水泥漿中加入適量水玻璃等速凝劑，或可間隔數(shù)小時后在連續(xù)注漿，溶洞頂板以上檢查孔或注漿孔可采用水泥砂漿填充滿，水灰比0.6，摻砂量約為水泥量的20%。通過注漿使揭露的溶洞、土洞填實堵塞透水通道，減少覆蓋土的流失，通過靜壓力注漿使溶洞填充物的密實度提高，提高頂板的穩(wěn)定性。
5結(jié)束語
根據(jù)多個工程的設(shè)計實踐理論，總結(jié)了混凝土樁復(fù)合地基的一些優(yōu)點：
1）適用性廣，承載力提高幅度大；混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)適用于非飽和及飽和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥質(zhì)土等地質(zhì)條件，處理后，復(fù)合地基的承載力與原地基承載力相比，可提高2-5倍。
2）施工簡便，工期短，混凝土樁施工方法一般為長螺旋鉆成孔泵送砼法，施工時，沒有鋼筋籠制作等工序，成孔成樁一次完成減少了成樁時間，加快了施工速度。
3）保護環(huán)境，樁施工時，不需泥漿護壁，沒有泥漿外運，既節(jié)約了資金，又無環(huán)境污染。
