【请教】关于水泥土搅拌桩复合地基设计

2012年06月07日 17:03:41

12楼

你这个问题不是那么简单，要计算确定，下面是我实际处理的工程实例，可能有参考价值。
水泥土搅拌桩复合地基承载力验算
工程概况
根据原设计K139+420~K139+550为软基换填部分，K139+430为盖板涵，要求地基承载力为200Kpa，其它为150Kpa，2009年4月15日，经地质勘查进行了静力触探，原地面以下6~7m承载力一般在80Kpa~100Kpa左右，换填无法满足设计的要求。2009.3.26经设计院进行了变更设计，采用水泥土搅拌桩复合地基，根据地质情况采用S=1.4m~1.8m间距进行了分段设计，桩径采用0.5m，28天龄期抗压强度不小于1.0Mpa，现根据这一情况需要对这段进行复核地基承载力进行了验算，若有不妥之处，请指正。
计算依据
1、《公路桥涵地基及基础设计规范》JTGD63-2007
2、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002
三、计算过程
1、根据设计施工图已知条件：
（1）桩直径D=0.5m AP==0.196m²
（2）桩长度L1=6.8m L2=7.9m L3=6.7m L4=4.0m
（3）桩体28天龄期抗压强度 f28天=1000Kpa
2、单桩竖向承载力的特征值
单桩竖向承载力特征值应通过现场荷载试验确定，初步设计时也可按式（11.2.4-1）估算。并应同时满足式（11.2.4-2）的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：
Ra=μρ （11.2.4-1）
Ra=ηfcuAp (11.2.4-2)
式中fcu-与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（Kpa）
η-桩身强度折减系数，干法取0.20~0.30；湿法可取0.25~0.33；
up-桩的周长（m）
n-桩长范围内所划分的土层数；
qsί-桩周第ί层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4-7Kpa；对淤泥质土可取6~12Kpa；对软塑状态的粘性土可取10~15Kpa；对可塑状态的粘土可以取12Kpa~18Kpa；
ί-桩长范围内第ί层土的厚度（m）
qp-桩端地基土未经修正的承载力特征值（Kpa），可按GB5007的有关规定确定；
-桩端天然地基土的承载力折减系数可取0.4~0.6，承载力高时取低值。
3、桩间土承载力折减系数β
根据GB5007-2002 11.2.3规定，竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。初步设计时可按规范公式（9.2.5）估算（见附注），公式中fsk为桩间土承载力特征值（Kpa），可取天然地基承载力特征值；β为桩间土承载力折减系数。当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1~0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5~0.9，差值大时设置褥垫层时均取高值。
附注：《规范》GB5007 9.2.5规定，水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时也可按下式估算
fspk=m+β(1-m)fsk (9.2.5)
式中，fspk-复合地基承载力特征值（Kpa）
m-面积置换率
Ra-单桩竖向承载力特征值（KN）
Ap-桩的截面积（m²）
β-桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值；
fsk-处理后桩间土承载力特征值（Kpa）宜按当地经验取值；如无经验时，可取天然地基承载力特征值。
4、求置换率及桩间距
以上均为《规范》GB5007的规定，从上面可知，几个系数的取值及地基承载力特征值以及桩的承载力取值是计算关键，下面分几种情况进行计算复核。
（1）已知条件D=0.5m Ap=0.196m² L=6.8m
设桩间土承载力为100Kpa，桩间土折减系数β=0.2【根据规范，桩端土未经修正的承载力特征值（200Kpa）大于桩周土的承载力（120Kpa）】
桩基折减系数取η=0.3
桩端天然地基土的承载力折减系数取=0.5
桩周侧阻力qsί平均值取15Kpa
桩端承载力qp=200Kpa
复合地基承载力fspk=200Kpa 90天龄期桩基强度取1.2Mpa 1.5Mpa 1.8Mpa 三种情况。
因此，水泥搅拌桩竖向承载力
Ra= up
=3.14×0.5×10×6.8+0.5×200×
=126.36
Ra=ηfcuAp
=0.3×1200×
=78.4（KN）
由于fcu28天要求1000Kpa，水泥搅拌桩标准龄期为90天，因此可取fcu=1200Kpa，fcu=1500Kpa及fcu=1800Kpa三种情况
（2）故，当fcu=1500Kpa时 Ra=98KN
当fcu=1800Kpa时 Ra=117.6KN
规范规定取较小值，三种情况均小于Ra=126.36KN
所以按Ra=78.4KN Ra=98KN Ra=117.6KN 三种情况
进场初步设计时，可通过《规范》GB5007式（9.2.5）估算
那么置换率m
由fspk=m·+β（1-m）fsk
得出 m===0.473
当Ra=98KN时
m===0.375
当Ra=117.6KN时
m===0.31
由m求桩间距S（第一种求法）
m= de===0.727(m)
三角形布桩 de=1.05S
所以S===0.692(m)
取S≈0.7（m）
（3）也可采用（第二种求法）m=0.375
m= 所以Ae=
de=1.05S Ae=de2=×1.05²×S²
所以S=××
=1.075
=1.075
=1.075
=0.777（m）
当m=0.31时
S=1.075
=0.855（m）
从上面计算结果可知，置换率m系数，当fspk确定时，m值的大小取决于原地面承载力fsk（取100Kpa）和水泥土搅拌桩的承载力Ra的大小，因为β值是根据规范所得，Ra充分考虑了水泥土搅拌桩90天龄期的后期强度，因为28天Ra的桩身强度只有1Mpa，那么90天龄期不可能达到1.8Mpa，即便这样，桩的间距S（三角形布桩）仅为0.86m。按照这样的计算结果，要使地基承载力达到200Kpa，1.4m桩间距难以达到设计地基承载力的要求。
（4）下面对K139+450~K139+480进行复核
S=1.6(m)时，L=7.9(m)，fspk=150Kpa，fsk=100Kpa
Ra=98KN, β=0.2
故置换率m
m= ==0.271
桩间距S=1.05de=1.05×=1.008（m）
四结论：
从上面计算结果分析可知，提高地基承载力的最有效方法是调整桩间距，增加水泥土搅拌桩的承载力是有限的，根据设计的桩距，我部认为难以达到承载力的标准。请有关部门核对后，是否将桩距调整，满足设计的要求。

lmailsx

2012年06月07日 18:57:08

13楼

这是一个复合地基的概念，首先是地基承载，不是桩承载，规范规定可只在基础范围内布桩，桩担一半也未尝不可。根据规范本意只要在基础范围内复合地基承载力达到要求即可。个人觉的这个规范定义有点问题，因为置换率的计算不好算，是只算基础范围内还是可以扩展，规范没有明确。图审要求桩全部设在基础范围内也是出于安全考虑。