螺桿型長短樁復合地基的應用

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簡介： 螺桿型長短樁復合地基在工程地基處理中得到了成功應用。本文主要介紹了工程的概況、螺桿型長短樁復合地基的原理、設計、施工工藝和效果分析。
關(guān)鍵字：地基 螺桿樁 設計 施工

　　1、工程概況

　　?？谑心稠椖繄龅卦瓕俸Ｂ?，人工填海造地，於2004年4月竣工。由10棟8層公寓樓和6棟2-3層豪華別墅群組成。

　　2003年初，由原管樁方案改為長短樁復合地基加固處理方案。其長樁首次應用了螺桿樁新技術(shù)，確保了質(zhì)量，提前了工期，節(jié)省了投資。

　　建筑物總占地面積約為128畝，均采用筏板基礎，基礎埋深為1米，上部設計荷載（修正后的地基承載力特征值）分別為200KPa，160KPa，140Kpa。建筑物的絕對沉降不大于30mm。其中8號樓基底占地面積為1683.54平方米。

層數(shù)名稱厚度壓縮模量承載力極限摩阻力標準值極限端阻力標準值1人工填土0.9~5.8m  18 kPa 2淤泥質(zhì)粘土4.6~9m2.8MPa70 kPa10 kPa 3粘土0.4~6.1m3.71MPa170 kPa65 kPa 4粗砂0.4~7.2m10.58 MPa190 kPa46 kPa 5粉質(zhì)粘土最大12.2m5.6 MPa180 kPa50 kPa500 kPa6中砂最大8.6m12.88 MPa190 kPa70 kPa1700 kPa7粉質(zhì)粘土最大15.7m6.08 MPa190 kPa76 kPa900 kPa8細砂最大4.3m7.67 MPa200 kPa60 kPa1200 kPa9粉質(zhì)粘土最大10.3m5.75 MPa200 kPa76 kPa900 kPa

　　8號樓工程地質(zhì)及設計參數(shù)值表1

　　2、地基處理方案的確定

　　本項目基礎方案進行充分的論證，對原樁基礎方案作了修改，采用螺桿型長短樁復合地基。

　　圖1 螺桿樁圖示

　　螺桿樁介紹

　　螺桿樁作為一項新型樁，是一種“上部為圓柱型，下部為螺絲型”組合式樁，該樁及成樁工法簡稱螺桿樁技術(shù)(該技術(shù)2003年申請了發(fā)明專利，名稱為“半螺絲樁及其成樁工法”，2005年獲得了專利)。該技術(shù)已被列為“2004年海南省建設科研項目”、“2005年建設部科學技術(shù)項目計劃”、“2005年全國建設科技行業(yè)推廣項目”。現(xiàn)澆螺桿樁是在施工過程中采用樁機鉆具旋轉(zhuǎn)擠壓土體泵壓混凝土成樁。與打入式預制樁相比，施工噪音低、無振動、對已施工的樁無影響；與全螺旋鉆、普通泥漿護壁成孔的灌注樁相比，無泥漿污染和棄土問題。螺桿樁承載力高,質(zhì)量易保證,施工工效快，日成樁（直徑400—500mm）400—600延米.是一種具有很高實用價值的新型樁。

　　3、螺桿型長短樁復合地基原理

　　在荷載作用下，地基中的附加應力隨著深度增加而減少，為了更有效地利用復合地基中樁體的承載潛能，可以取不同長度的樁體以適應附加應力由上而下減小的特征,用于壓縮土層較厚的地基。從復合地基應力場和位移特性分析可知，由于復合地基加固的存在，高應力區(qū)向地基深度移動，地基壓縮土層變深。為了減少沉降，對較深的土層進行處理,采用沿深度變強度和變模量的長短樁復合地基可以有效減少沉降，降低加固成本。在長短樁復合地基中，加固區(qū)淺層地基中既有長樁、又有短樁，復合地基置換率高。不僅地基地基承載力高，而且加固區(qū)復合模量大，可以滿足加固要求。在加固區(qū)深層地基中，附加應力相對較小，只有長樁，也可達到承載力要求，有效減小沉降的目的,更符合荷載作用下地基中應力場和位移場特性。

　　圖2 長短樁復合地基位移等值線圖和應力等值線圖

　　4、螺桿型長短樁復合地基的設計

　　地質(zhì)資料顯示本場地為軟弱地基，上部存在人工填土及淤泥質(zhì)土等較厚軟弱層，其承載力較低（人工填土估算45Kpa，淤泥質(zhì)土為70Kpa）。用短樁（柔性樁）對樁間土上部軟弱層進行改善，增大樁間土的承載能力，減小剛性樁的應力集中。再與長樁（剛性樁既螺桿樁）共同作用形成長短樁復合地基來提高地基的承載能力。短樁除了參與提高地基承載力外，還能增大地基土豎向剛度，減小復合地基加固區(qū)變形。同時，剛性長樁對柔性短樁而言，還可起到護樁及參與抑制復合地基周圍土體隆起的作用。

　　1）承載力計算

　　（1）短樁復合地基的承載力估算：

　　fsp,k1=m1Ra1/Ap1+β(1-m1)fsk1(1)

　　式中：fsp,k1——短樁復合地基承載力標準值（kPa），參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－2002）中復合地基承載力的計算；

　　根據(jù)式（1）計算可得短樁復合地基的承載力.

　?。?）長短樁復合地基的承載力特征值估算fsp,k2=m2Ra2/Ap2+β(1-m2) fsk22(2)

　　因此，根據(jù)式（2）計算可得長短樁復合地基承載力特征值：

　?。?）長短樁復合地基修正后的地基承載力特征值估算.

　　根據(jù)式（3）計算可得長短樁復合地基修正后的

　　地基承載力特征值：

　　fa= fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)

　　處理后的復合地基承載力滿足設計承載力（設計為200kPa）要求。

　　（4）以上公式采用了發(fā)揮度或提高系數(shù)等概念，理解和掌握難度大。為了便于理解和掌握，我們在計算中采用了再處理概念，即首先采用規(guī)范計算短樁復合地基承載力，將計算的承載力特征值作為長樁復合地基的基本參數(shù)之一，將短樁復合地基相應土層的壓縮模量按照規(guī)范調(diào)整成復合壓縮模量，然后對長樁復合地基進行計算.計算出修正后復合地基承載力特征值，既為長短樁復合地基承載力，并求出最終沉降量。以上計算參數(shù)運用,符合規(guī)范，概念明確，簡單易懂，容易掌握。成果可靠。2003年我們與北京理正軟件公司合作編制本課題地基處理軟件僅十分鐘左右完成全部計算。

　　5、施工工藝

　　1）螺桿樁施工工藝：

　　螺桿樁是采用螺桿鉆機旋轉(zhuǎn)擠壓成孔，起鉆同時用管內(nèi)泵壓灌注細石混凝土至孔底的一種成樁工藝。該樁型具有成樁速度快，樁身強度高，且無噪音等優(yōu)點，其具體施工工藝如下：

　　測量放線—鉆機就位調(diào)平—鉆進成孔—至設計標高停鉆—泵送混凝土、提鉆—至設計標高停泵—提鉆至孔口——成樁

　　鉆進過程中隨時觀察儀表電流不得超過額定電流值。在鉆至設計深度后，對于螺桿樁下段螺紋部分而言：反轉(zhuǎn)動力頭隨之提鉆是同時進行的，而且每旋轉(zhuǎn)出的高度等于提升裝置提升的高度。

　　圖3 螺桿樁成樁工藝圖

　　注:1-動力頭,2-混凝土輸送泵,3-高壓管,4-自然地面,5-鉆桿,6-成樁后螺紋段,7-成樁后直線段,8-上部軟土層,9-下部硬土層,10-螺桿樁全斷面。

　　2）水泥攪拌樁施工

　　2）樁位布置

　　6、成樁質(zhì)量與加固效果分析

　　1）復合地基靜載試驗數(shù)量每幢為3組，壓板尺寸為：3.166m*1.07m,其中1根螺桿樁,2根粉噴樁,長短樁復合地基試驗值(1600KN)由業(yè)主邀請的有關(guān)專家審定。

　　每幢基礎抽檢三組進行靜荷載試驗,8號樓試驗結(jié)果見表2。

　　靜荷載試驗結(jié)果表表2

　　其荷載與沉降（P-S）關(guān)系曲線如圖5所示：

荷載與沉降關(guān)系曲線圖（P-S圖）圖5

　　根據(jù)靜載試驗結(jié)果及Q-S關(guān)系曲線,依據(jù)復合地基承載力基本值的確定方法,各組復合地基承載力均滿足設計要求。

　　2）檢查成樁質(zhì)量，掌握地基加固效果情況進行了無損檢測，抽檢率為10%，。檢測結(jié)果表明，本工程樁身完整性合格。

　　7、結(jié)束語

　　1）經(jīng)螺桿型長短樁復合地基處理后，其強度和承載力均有明顯提高，參數(shù)及計算方案符合設計要求和工程處理目的。

　　2）選擇剛性的長樁時，選用了螺桿樁。該樁型主要技術(shù)特征表現(xiàn)為“上部為直線型，下部為螺絲型”，因此更加符合在荷載作用下應力場由上而下減小的分布規(guī)律。上部直線型在軟弱土層中樁體剛度好；下部螺絲型樁體處理在較好土層中，受力特征變?yōu)榧羟凶饔茫商岣叱休d力。螺絲部分可節(jié)省混凝土材料?！　　?/p>

　　3）長樁置換率設置為0.028，比常規(guī)的0.06~0.1大大減少，用長樁與短樁交叉布置，使加固地基形成有整體效果的長短樁復合地基。

　　4）現(xiàn)螺桿型長短樁復合地基工程費用僅為原方案的62%，取得了較好的經(jīng)濟效益。

　　5）螺桿樁新技術(shù)一誕生，我們就非常重視螺桿樁機的研制和開發(fā)，走一條巖土技術(shù)與樁工機械相結(jié)合的光明大道，目前深圳已成功研制出高效、強勁的環(huán)保型螺桿樁新樁機,必將推進該項新技術(shù)得以更快發(fā)展。

　　參考文獻

　　[1]龔曉南，復合地基設計和施工指南（第1版），北京，人民交通出版社，2003.9，296-311頁。

　　[2]閻明禮，張東剛，CFG樁復合地基技術(shù)及工程實踐（M），北京，中國水力電出版社，2001