素混凝土桩复合地基设计与工程应用

素混凝土桩复合地基设计与工程应用

摘要：对于地基基础设计人员来说，如何准确的计算地基基础的承载力和地基基础的沉降量，是素混凝土桩复合地基设计的关键环节，只有对这些制约复合地基设计成败的关键因素拿捏到位，复合地基的设计成果才能更加准确，才能既满足建筑物地基处理要求，又能最大限度的降低工程造价。基于此，本文对素混凝土桩复合地基的设计参数，并结合具体工程实例对本文所提出的个参数取值方法加以应用，望对素混凝土桩复合地基设计参数选取起到一定指导意义。

关键词：素混凝土桩复合地基；地基承载力；地基沉降量；工程应用

1素混凝土桩复合地基承载力设计参数选取

素混凝土桩复合地基的面积比公式面积比公式，在素混凝土桩复合地基中的计算表达式可以通过桩体复合地基面积比公式Pcf=k1λ1mppf+k2λ2（1-m）psf演变推广得到，前面我们说过，素混凝土桩复合地基可以看做是桩体复合地基的一个特例，又因素混凝土桩复合地基的桩体属于刚性桩，所以素混凝土桩复合地基的桩间土的极限承载力表达式为：fsp，k=mRa/Ap+ß（1-m）fsk 公式中，桩体复合地基的桩间土承载力特征值（fsk）和桩体复合地基的桩间土承载力之间的折减系数（ß）宜按照不同地区之间的经验来确定数值，当没有相关经验可供参考时，fsk的取值可根据桩体复合地基处理前的天然地基承载力特征值来确定，ß可在0.75到0.95的区间来取值。面积比计算公式与《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）之间的关系假定存在一个系数k1来反应桩体复合地基中实际承载力与设计计算承载力之间的差值，则系数k1与单桩承载力特征值Ra之间的关系表达式为 Ra= k1ppf 假定存在一个系数k2来反应桩体复合地基中桩间土实际承载力与设计计算承载力之间的差值，则系数k2与桩体复合地基的桩间土承载力特征值之间的关系表达式为：

fsk= k1ppf 根据桩体复合地基的承载力计算表达式，分开考虑桩间土和桩体，继而分别确定出桩体承载力极限值，桩间土承载力极限值。桩体复合地基承载力是将桩间土承载力和桩体承载力极限值通过一定法则叠加而得到的。将ß定义为素混凝土桩复合地基的桩间土承载力之间的折减系数，当复合地基发生极限破坏时，桩体发挥极限强度的能力用λ1表示，桩间土发挥极限强度的能力用λ2表示。当发生桩体达到极限强度的时间比桩间土达到极限强度的时间段，导致复合地基出现破坏的情况，这时候λ1的数值为0。最终可以求得素混凝土桩复合地基承载力极限特征值的计算表达式为：fsp，k= mRa/Ap+ß（1-m）fsk

2 有限元法技术素混凝土桩复合地基设计沉降量的修正系数

PLAXIS有限元软件的应用主要有以下几点优势：1.软件操作便捷，上手操作很快，计算复合地基沉降量的时候只需要在软件指定界面输入建筑地基基础尺寸及基础范围土层物理学指标就可以进行数值模拟。2.操作人员可以通过现场实际情况，具体问题让系统自动生成网格，若想得到更加精密的计算结果，还可以对局部进行加密。3.用户可以自定义系统提供软件模型之外任何模型。4.信息显示功能伴随着每一步的计算过程，让用户可以实时观测计算结果，这也得益于软件强大的计算功能和非常广泛的应用范围。5.软件可以对一个单项工程施工步骤进行模拟施工并分解计算，满足不同工况下的模拟计算。6.软件的计算结果可以图文并茂的显示出来并且支持打印。PLAXIS有限元软件的工作步骤如下：1）首先对工程中需要解决的问题进行有针对性的简化，明确计算区域的物理性质，确定相关计算参数并建立数学模型。2）将第一步定好的求解区域分解成若干形状，继而分解成有限的非常小的单元结构，这些小单元结构的形状可以是规则的也可以是不规则的，它们之间通过节点互相连接在一起，这就是我们常说的网格划分，而这一系列动作都是利用离散原理来实现的。小单元数量划分的越多，越精细，其计算结果也越精确，越接近真实结果。那么是不是小单元划分的越多越好呢？答案是否定的。因为划分的过细，单元和连接节点的个数就会越多，虽然计算结果会非常精确，但是单元收敛计算难度会大大增加。所以确定计算

模型的网格划分数量，要综合计算结果的精确度和离散计算难度两方面来综合确定。3）将复杂的工程问题通过有限元软件转换成为物理力学问题，通过相应的数学微分方程来切得计算结果。4）取得准确单元解的前提是建立准确的坐标系统和单元势能函数，然后计算出单元构造的近似解来列出小单元的刚度矩阵和柔度矩阵。确定出单元体内变量之间的离散关系，为了保证计算结果的准确程度，小单元体应划分的有规则可寻。5）在小单元的连接处必须要遵循一定条件使得结点处具有导数连续性，这样才能使各个小单元的方程形成统一的整体，完成小单元的组装过程。6）当小单元的方程形成统一整体后，在微分方程基础上求解整体矩阵方程的近似解。

3 实例工程应用

本工程为A市救灾物资储备中心综合楼、病房楼工程。两栋楼结构形式均为框架，建筑物参数以及地层情况见下表。

根据上边总结的设计公式和设计经验，该项目设计的结果为：素混凝土桩桩径400mm，有效桩长4.20m，保护桩长不少于0.50m。总桩数：1419根（综合楼）、2611根（库房楼）。面积置换为15.03%。桩位偏差：≤0.4D，垂直度偏差小于1.0％。素砼桩施工参数（库房楼）：素砼桩桩径400mm，有效桩长5.00m，面积置换不小于8.72%，总桩数284根。桩位偏差：≤0.4D，垂直度偏差小于1.0％。混凝土强度采用C30，坍落度180-220mm。褥垫层施工参数：材料为体积比2：8灰土（白灰：土料）。厚度200mm，铺设范围为宽出基础素混凝土垫层外缘100mm。压实系数不小于0.95。本设计方案须通过施工图审查合格后方可用于施工。正式施工之前，必须进行试桩施工，内容包括：成孔（是否能成）、夯实（是否坍塌）、单桩承载力检测（是否能达到设计要求）等，如不能正常施工或单桩承载力不能满足要求，应马上与设计单位联系，采取其他措施。成桩满足龄期28天后方可开槽检测。对于夯实素混凝土桩应进行复合地基静载荷试验和单桩

承载力静载荷试验及桩身强度测试，复合地基静载荷试验数量和单桩承载力静载荷试验为总桩数的0.5~1.0%，且均不少于3个，桩体轻型动力触探（N10）数量不应少于总桩数的2%；对于素混凝土桩应进行复合地基静载荷试验和单桩承载力静载荷试验及桩身完整性检验，复合地基静载荷试验数量和单桩承载力静载荷试验为总桩数的0.5~1.0%，且均不少于3个，桩身完整性检验数量不少于总桩数的20%。

结束语

虽然素混凝土桩复合地基的相关研究工作进行的如火如荼，不得不承认确实取得了很大的成就，但是纵观目前国内对素混凝土桩复合地基的研究成果来看，还是理论研究特别是形成文字编辑出版的相关理论文件远远不能正常满足工程实践的需求，所以对复合地基的研究还是任重道远。

参考文献：

[1]张龙飞，袁秀霞，张建伟.某教学楼素混凝土桩复合地基设计[J].河南科学.2009（12）：22-25