李晓霞
【摘 要】The project site is located in Lingang industrial zone of Tianjin Binhai New Area, which belongs to the coastal alluvial plan in North China. The original field is shallow sea area, and the land is formed by sea reclamation. The silt clay with continuous thickness of 6.5~7.80m is distributed in the foundation soil which belongs to highly compressed soil. In order to reduce the settlement of structures, the PHC pile composite foundation has been adopted to calculate the bearing capacity and settlement of the composite foundation, which shows that the above technical proposal is reasonable and economical.%本工程位于天津滨海新区临港工业区,拟建场地属于华北平原滨海冲积平原,本场地原为浅海区域,经人工吹填后形成陆地.地基土中存在分布连续厚度6.5~7.80 m的淤泥质粘土,属高压缩性土.为减少构筑物的沉降量,采用了PHC桩复合地基法进行设计,对复合地基的承载力及沉降量进行了计算,取得了较好的结果,该方案技术合理,经济可行. 【期刊名称】《港工技术》 【年(卷),期】2015(052)006 【总页数】4页(P101-104)
【关键词】地基处理;PHC桩复合地基;地基承载力;沉降 【作 者】李晓霞
【作者单位】天津市海岸带工程有限公司,天津 300384
【正文语种】中 文 【中图分类】TU473.1+2
1 工程概述
临港工业港区2、3 号粮油码头工程生产及辅助建（构）筑物项目位于天津滨海新区临港工业区，渤海40 路北端。拟建场地属于华北平原滨海冲积平原，本场地原为浅海区域，经人工吹填后形成陆地。工程所在地地质条件较差，地基土中的Q42m全新统中组第I 海相沉积层淤泥质粘土（地层编号6）在场地内均有分布，平均厚度7.0 m、分布广，属特殊性软土、高压缩性土。
本工程道路计内容包括道路结构设计及场地上箱变基坑、电缆井、消防水池等结构物的设计，本文主要针对消防水池的地基处理进行设计说明。消防水池共两个，并排布置，外墙之间的距离为4 m，单个消防水池的平面尺寸为11.7 m×19.3 m，水池结构基础为浅基础。消防水池基础所在地层为人工填土层，主要由砂性土、粘性土、淤泥质土组成，填垫年限较短，尚未完全固结，属高压缩性土，厚度大且强度低，而本次建设的消防水池对变形要求较严格，为保证水池结构的安全性，控制好沉降，需要对地基进行处理。 2 地基处理方案比选
结构物基础所在土层有较厚的冲填的淤泥质土，为满足沉降要求，需进行人工处理，形成承载力较高的复合地基。鉴于本工程的特性，设计时考虑了PHC 桩法和砂石桩法。
预应力混凝土管桩（简称PHC 桩）是在近代高性能混凝土（HPC）和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件，其混凝土强度等级为C80以上。PHC 桩复合地基同其它类型的复合地基相比，具有承载力提高幅度大，变形模量高等特点，
尤其对天然承载力低但加固后要求承载力有较大提高的地基更适合。同其他复合地基相比较，PHC桩呈刚性，可全桩发挥侧阻作用，目前PHC 桩复合地基在处理高低层建筑，不均匀地基差异沉降等方面已取得了很好的成绩。
沉管挤密砂石桩法是指利用振动或冲击沉管方式，在软弱地基中成孔后，填入砂、砾石、碎石等材料并将其挤压入孔中，形成较大直径的、由砂石构成的密实桩体的地基处理方法。主要包括砂桩(置换)法、挤密砂桩法和沉管碎石桩法等。
砂石桩法适用于挤密散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，也可适用于液化地基。
但砂石桩在处理软粘土时也有一定的缺点，因为软弱土含水量高、透水性差、灵敏度大，成桩过程中产生的超孔隙水压力不能迅速消散，挤密效果较差，而且因扰动而破坏了土的天然结构，降低了士的抗剪强度。根据国外的经验，在软粘土中形成砂石桩复合地基后，再对其进行加载预压，以提高地基强度和整体稳定性，并可减少工后沉降。国内的实践也表明，如不进行预压砂石桩施工后的地基在荷载作用下仍有较大的沉降变形，对沉阵要求较严格的建(构)筑物就难以满足其允许沉降要求。 结合本工程构筑物的设计要求以及周边已有工程的经验，本次设计推荐采用PHC 桩法进行地基处理。 3 地基承载力计算
消防水池尺寸见表1，室外地面高程-0.25m（地面高程为相对高程，0.000 m 相当于天津港理论最低潮面6.75），基础埋深0.6 m，素混凝土垫层0.1 m。若把两个水池作为一个整体，水池长27.4 m，宽19.3 m。
表1 单个水池结构尺寸水池外尺寸 水池内尺寸l/m b/m l /m b/m池壁厚/m顶板厚/m底板厚/m水池高/m 19.3 11.7 18.8 11.2 0.25 0.18 0.25 4.43 表2 消防水池基地压力计算结构 V/m3 γ/（kN·m-3）F/kN池壁 67.56 25 1 689.00顶板 97.10 25 2 427.5支柱 6.99 25 174.75导流墙（4 道混凝土砌块）
28.80 24 691.20池中水（高4 m） 842.24 10 8 422.40 45 mm 厚C25 细石混凝土 10.44 22 229.68 φ4 钢筋 22.58 0.099 2.24 20 mm 厚水泥砂浆 4.52 20 90.40板顶保温层100 mm厚阻燃型挤塑聚苯板 0.23 45 10.35池100 mm蒸压加气混凝土板 13.84 7.5 103.80壁外部70 mm 阻燃型挤塑聚苯板 0.096 45 4.32混凝土垫层 23.52 24 564.48单个水池重=(1)+(2)+ …(8) 14 410.12单个水池土重 181.49 18 3 266.82∑1=(9)+(10) 17 676.94单个消防水产生的基底压力=∑1/(l +0.6)(b+0.6) 72.2 kPa两个水池自重=(9)×2 2 8820.24两个水池土重 525.36 18 9 456.48∑2=(13）+(14) 3 8276.72两个消防水产生的基底压力=∑2/(27.4+0.6)(19.3+0.6) 68.7 kPa 4 PHC 桩复合地基计算 4.1 PHC 桩选型及布置
PHC 桩选自天津市工程建设标准设计图集《先张法预应力混凝土管桩》 标准号为：DBJT29-44-2010，图集号为：10G306。PHC 桩采用正方形布置，桩距d 为0.5 m，桩间距s 为5 倍桩径，桩长拟设计长度23.9 m，桩顶铺设400 mm 厚的碎石褥垫层，桩身贯穿了整个淤泥质粘土层⑥。PHC 桩布置详见图1、图2 及图3。 图1 PHC 桩布置平面
图2 PHC 桩布置断面（断面1-1） 图3 PHC 桩布置断面（断面2-2） 复合地基相关系数计算如下：
其中：de为根桩分担的处理地基面积的等效圆；m 为面积置换率。
表3 PHC 桩数据桩型 桩径/mm壁厚/mm桩顶高程/m桩端高程/m桩长/m桩数/根A 500 100 -1.35 -25.25 23.9 106 B 500 100 -2.85 -25.25 22.4 8 C 500 100 -2.25 -25.25 23 10
4.2 复合地基竖向承载力特征值
根据本工程的岩土勘察报告资料，选取钻孔14作为依据，该钻孔孔口高程为3.81（大沽高程），实际施工时场平高程为6.5 m。水池基础底部高程为5.8 m（大沽高程）,桩顶碎石褥垫层厚0.4 m，桩顶高程为5.4 m（大沽高程）。 选粉土层为桩端持力层，拟设计桩端进入持力层1.21 m。
表4 桩进入各土层情况及相关参数值土层 qsik/kPa qpk/kPa li /m fak /kPa填土 20 / 1.59 70①1 充填土砂性土 20 / 1.6 70①2 充填土粘性土 20 / 9.9 70①2t 充填土,淤泥质土 20 / / 70⑥淤泥质粘土 20 / 7.2 70⑩1 粉质粘土 32 / 2.4 120⑩2 粉土 55 2 300 1.21 140
表5 PHC 桩参数桩直径d/m桩周长u/m桩壁厚/m桩横截面面积Ap/m2桩环面积Ap＇/m2 0.5 1.57 0.1 0.196 0.126
根据建筑桩基规范公式,单桩竖向极限承载力标准值按下式估算：
式中：u 为桩身周长；qsik 为桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值，kPa；qpk 为极限端阻力标准值，kPa；li 为桩周第i 层土的厚度。
单桩竖向承载力特征值：
式中，K 为安全系数，取2。
式中：λ为单桩承载力发挥系数，取值为1；β为桩间土承载力发挥系数，取0.8；fsk 为处理后桩间土承载力特征值，kPa，取各土层承载力特征值的加权平均值。
复合地基承载力远远大于基础底面的平均压力值，承载力满足要求。
4.3 复合地基沉降量计算
根据国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007 的有关规定进行计算。
式中：s 为地基最终变形量，mm； sψ 为沉降计算经验系数，按《建筑地基基础设计规范》GB50007 中表5.3.5 取值；n 为地基变形计算深度范围内所划分的土层数； p0 为荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，值为61.6 kPa；E si 为基础地面下第i 层土的压缩模量，MPa； i , zi1-z为基础底面至第i 层土、第i-1 层土底面的距离，m；为基础底面计算点至第i 层土、第i-1 层土底面范围内平均附加应力系数，按《建筑地基基础设计规范》GB50007 中附录K 取值。 复合土层压缩模量等于天然地基压缩模量的倍数：
表6 PHC 桩处理后复合土层的压缩模量土层 Es/MPa ξEs/MPa①2 充填土砂性土 3.06 6.39①2 充填土粘性土 3.68 7.68①2t 充填土,淤泥质土 2.77 5.78⑥淤泥质粘土 16.36 34.15⑩1 粉质粘土 4.39 9.16⑩2 粉土 10.12 21.12 表7 消防水池地基沉降计算1土层 Zi/m zi/(b/2) l/b αz α/m i i填土 0 0 1.6179 1 0人工填土 1.99 0.3236 1.6179 0.9974 1.9848 1① 3.59 0.5837 1.6179 0.985 3.5362 2① 13.49 2.1935 1.6179 0.7455 10.0568⑥ 17.69 2.8764 1.6179 0.6474 11.4525⑥ 18.69 3.039 1.6179 0.627 11.7186⑥ 19.69 3.2016 1.6179 0.6076 11.9636⑥ 20.69 3.3642 1.6179 0.589 12.1864 1⑩ 21.69 3.5268 1.6179 0.5713 12.3915 1⑩ 22.69 3.6894 1.6179 0.5546 12.5839 2⑩ 23.09 3.7545 1.6179 0.5482 12.6579 2⑩ 24.3 3.9512 1.6179 0.5294 12.8644 2⑩ 25.3 4.1138 1.6179 0.5148 13.0244
表8 消防水池地基沉降计算2土层zi zα α- i i i/m ξ Esi /MPa-1 -1△si/
mm∑Δ i s/mm填土 1.9848 0 0人工填土 1.9848 6.3872 19.147 19.147 1① 1.5514 34.1485 2.799 21.947 2① 6.5206 6.3872 62.904 84.851⑥ 1.3957 5.7819 14.874 99.725⑥ 0.2661 5.7819 2.836 102.561⑥ 0.245 5.7819 2.611 105.172⑥ 0.2228 5.7819 2.374 107.546 1⑩ 0.2051 9.1633 1.379 108.925 1⑩ 0.1924 9.1633 1.294 110.219 2⑩ 0.074 21.1236 0.216 110.435 2⑩ 0.2065 21.1236 0.602 111.037 2⑩ 0.16 10.12 0.974 112.012
根据规范要求，地基变形深度 zn 应符合下式规定：
式中：Δ si′为在计算深度范围内第i 层土的计算变形值，mm； Δs ′n为在计算深度向上取 Δz （本设计取值1.0 m）的土层计算变形值，mm。
根据表7、表8 计算数据，在土层⑩2，计算深度为25.3 m 时，取值符合式（8）要求：
0.974≤0.025×112.012=2.80 mm 故计算深度满足要求。
变形计算深度范围内压缩模量的当量值（E s），应按下式计算：
式中： iA 为第i 层土附加应力系数岩土层厚度的积分值。
故根据《建筑地基基础设计规范》GB50007 中表5.3.5，按内插法计算： sψ =0.69，地基最终沉降量 ：。77.2 8mm
地基沉降量满足要求。 5 结 语
PHC 管桩具有承载力高、抗弯性能好、应用范围广、沉桩质量可靠、工程造价低等特点。PHC 桩复合地基作为一种目前被广泛使用的复合地基形式，以其具备的一系列而被众多工程采用，目前PHC 桩复合地基在处理高低层建筑，不均匀地基差异沉降等方面已取得了很好的成绩。
本工程采用了PHC 桩复合地基，不仅解决了构筑物沉降的问题，也大大提高了地基承载力；同时PHC 桩复合地基在周边工程中的应用，也取得了较好的此效果，这证明该方法在本地区是可行的，值得推广使用。 参考文献：
[1] JTJ 79-2012 建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社. [2] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社. [3] 龚晓楠.地基处理手册（第三版）[M].北京:中国建筑工业出版社，2008：217-263.
[4] JTJ 296-96 港口道路、堆场铺面设计与施工规范[S].北京：人民交通出版社.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容