夯实水泥土桩复合地基桩位布置方式的选取_水泥土桩复合地基

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夯实水泥土桩复合地基桩位布置方式的选取

勘察四所

(中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司)

摘要：采用两种不同的布桩方式对独立基础进行了布桩，介绍了两种布桩方式的具体计算过程，根据置换率、单桩处理面积指标对两种布桩方式进行了比较分析，并且应用王长科版地基沉降计算软件对两种布桩方式下基础沉降量进行了计算比较。分析结果表明，采用按间距布桩原则，不但可以保证平均面积置换率达到设计标准，而且单根桩的处理面积也可以满足设计要求且分布均匀，可有效避免单桩复合地基静载荷试验检测结果不合格的情况；按面积布桩单独基础沉降量较大，相邻基础沉降差超出规范允许值。关键词：夯实水泥土桩；布桩方式；置换率；沉降差

0 引言

夯实水泥土桩复合地基桩位布置的方式有两种，一种是按照面积置换率确定桩数，根据计算出的桩数结合基础尺寸确定桩间距进行布桩(以下简称按面积布桩)；另一种是根据计算出的置换率确定单根桩的置换面积，依据等效面积原则确定布桩间距(以下简称按间距布桩)。工程界许多学者在上述两种布桩方式的选取上存在很大分歧，相关规范中关于应该采用何种布桩方式也无明确规定，因此有必要对此问题进行更深一步的研究。两种布桩方式的具体计算过程

为了更加直观表示出按面积布桩与按间距布桩的差别，以具体实例进行说明。某建筑物地上4层，采用现浇钢筋混凝土框架机构，基础形式为柱下独立基础，基底埋深m，基础持力层为粉质粘土①层；现场土质情况为粉质黏土①层，黄褐色，可塑，局部分布有粗砂①1层；粉质黏土②层，黄褐色，可塑~硬塑，工程性质一般；粗砂③层，灰白色，稍湿，稍密~中密，分布有有粉质黏土③1层；粉质黏土④层，黄褐色，可塑，局部软塑，工程性质一般，局部分布有粗砂④1层；粗砂⑤层，灰白色，稍湿，密实，工程性质较好，局部分布有粉质黏土⑤1层。具体参数如表1所示：

根据设计要求，综合考虑建筑场地地层特点、环境因素，经对比、分析论证，地基加固采用挤密夯扩水泥土桩复合地基，处理后复合地基承载力特征值大于220kPa。经分析计算，选择粉砂③层作为桩端持力层，有效桩长6.0 m，成孔直径400 mm，单桩承载力取为130 kN，计算面积置换率12.50%。

表1土层物理力学性质指标

层厚(m)0.7~4.12.7~5.4 0.4~5.2重度 压缩模量

承载力

侧阻力特征值 端阻力特征值

地层编号 地层名称

3(kN/m)Es1-2(MPa)特征值

fak(kPa)

140 170 150 160 200 240 180

qs(kPa)15 20 20 2

5qp(kPa)

600

① ①1 ② ③ ③1 ④ ④1 ⑤ ⑤1

粉质黏土 粗砂 粉质黏土 粗砂 粉质黏土

18.719.620.0 19.819.9

6.7 13* 7.9 17* 7.8 7.9 20* 25* 8.6

粉质黏土 最大揭露9.6 粗砂 粗砂 粉质黏土

最大揭露3.0

注：带“*”的砂土层压缩模量根据标贯及经验确定。

1.1 按间距布桩

选取其中一独立基础采用正方形布桩，基础尺寸3.7 m×3.7 m，根据《水泥土桩复合地基技术规程》(BD13(J)39-2003)[1]中式4.1.8-2计算桩中心距离：

s0.785

d

m

D(1)sd——桩中心距离； m——面积置换率； D——桩体直径。

经计算得桩中心距sd=1.002 m，实际布桩时桩中心距取为1 m，布桩如图1所示：

图1按间距布桩图

1.2 按面积布桩

根据面积置换率的定义，先计算出基础范围内桩的断面面积之和，从而确定基础范围内需要布桩的数量[2]，可按照式2进行计算：

nmA

A(2)p

n——布桩数量； A——基础面积； Ap——单根桩的横截面面积。经计算n=13.6，基础范围内布桩数量取14根，布桩如图2所示：

图2按面积布桩图两种布桩方式的评价分析

2.1 置换作用分析

以上两种布桩方式的特征统计列于表2中：

表2两种布桩方式对比分析表 评价项目 按面积布桩 按间距布桩 布桩数量/根 总数32 总数36(基础内14)(基础内16)基础内平均 面积置换率 12.84%

14.67%

注：平均面积置换率等于基础内桩的断面面积之和

与基础面积之比[3]。

从以上两种布桩方式可以看出：

(1)按间距布桩总数36根，基础范围内布桩16根；按面积布桩总数32根，基础范围内布桩14根，按面积布桩桩数较按间距布桩桩数少；

(2)率均大于两种布桩方式基础内平均面积置换12.5%，其中按间距布桩平均面积置换率较大，其值为14.67%；

(3)图2中13#、14#、19#、20#桩包围范围可以看成一根桩所处理的复合地基面积，大小为1 m2，单根桩的置换率为

0.1256/1=12.56%，满足设计要求；但是18#、19#、24#、25#桩包围面积大于1 m2，可以认为该范围内复合地基土体并未得到有效的置换处理，此范围内单根桩的置换率[4]为0.1256/(1+1.5)×1×0.5=10.05%，小于设计值12.50%，在进行单桩复合地基静载荷试验时，会对检测结果产生不利的影响，但如

图1所示的按间距布桩则不会出现这种情况。

2.2 沉降计算结果分析

选择两相邻独立基础，中心距离8.0 m，基础尺寸分别为J-16：3.7m×3.7 m，J-20：4.7 m×4.7 m，利用王长科总经理开发的地基沉降计算软件A版对两种布桩方式下独立基础的沉降进行了计算，软件中采用等效模量折减计算两种布桩方式下的沉降，结果列于表3：

表3两种布桩方式下沉降量计算结果(mm)基础 编号 按面积布桩 按间距布桩 J-16 74.53 62.68(布桩14根)(布桩16根)J-20

94.67 76.97(布桩22根)

(布桩25根)

根据表3所列沉降计算结果可以看出：(1)两种布桩方式下，按间距布桩沉降量总是小于按面积布桩产生的沉降量；

(2)对于同一种布桩方式，尺寸较大的独立基础沉降量大于尺寸较小的基础沉降量；

(3)按面积布桩时，两基础沉降差为20.14 mm，按间距布桩时，两基础沉降差为14.29 mm；根据建筑地基基础设计规范[5]表5.3.4规定，沉降差允许值为0.002l=16 mm，按面积布桩时，沉降差大于16 mm，超出了规范允许的范围。结论

通过对两种布桩方式的比较分析，可以得出按间距布桩处理后的复合地基平均面积置换率大于设计值，并有足够富余，单桩置换面积分布均匀无盲区，按面积布桩虽然平均面积置换率可以达到设计要求，但是对独立基础下地基土体处理不均匀，可能会造成单桩复合地基静载荷试验检测结果不合格；从沉降计算结果看出，按面积布桩时，单独基础沉降较大，且两相邻基础沉降差超出规范限值，而按间距布桩则可使沉降差满足要求。因此，在桩位布置方式上应优先选取按间距布桩。

参考文献:

[1] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)[S].中国建

筑工业出版社,2002.[2] 水泥土桩复合地基技术规程DB13(J)-2003[S].河北省工程建设标准化管理办公室,2003.[3] 阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实

践[M].北京:中国水利水电出版社,2001.[4] 张小礼.复合地基中桩土面积置换率的理解及

应用[J].土工基础,2012,26(3):81-83.[5] 建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].中

国建筑工业出版社,2011.