高层建筑混凝土桩的复合地基设计

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摘要：在复合地基中，桩体类型的选择经常会成为一大难题，毕竟不同的桩体，对土层承载能力提高程度也不一样。工程应用实践比较发现，素混凝土桩复合地基造价较低，效果好效率高，适合高层建筑施工，能有效加固软弱地基。

关键词：高层建筑；素混凝土桩；复合地基；设计素

混凝土桩复合地基比起其他地基处理方案，优势明显，设计人员在对其进行方案设计时，需要根据工程实际情况，使相关的设计参数符合要求。本文主要针对高层素混凝土桩复合地基的设计进行分析。

1素混凝土桩复合地基

在高层建筑施工中，使用素混凝土桩复合地基，先要利用混凝土原材料制成粘性桩，采用长螺旋钻孔管内泵压浆体的方式在土层内浇注，并在桩顶采用级配碎石褥垫层[1]，桩体与土层结合形成复合地基，会共同对负荷进行承担。将这种复合地基应用在软土层形成的地基处理上，桩体不仅可以承担上部荷载，而且桩体使软土地基中的软土都得以置换出去，并且该处土体结构在桩体施工中越来越紧密，最后土体结构会形成一个整体，密实性也会越来越强，更重要的是复合地基起到了褥垫层作用，褥垫层是软土地基中桩土共同分担荷载的保证，如此基础底面应力也会得到分散，地基稳定性加强，地基承担力度一致，就不会出现不均匀沉降现象，另外桩、土对荷载的分担量也可以通过改变褥垫层厚度来调整控制。所以在复合地基施工中，应着重注意褥垫层的施工，对施工材料进行合理选择，保证褥垫层施工厚度均匀。褥垫层在素混凝土桩地基中的作用也是如此，在对其方案进行设计时，也要保证相关技术的实施效果。素混凝土桩复合地基要比夯实水泥土桩复合地基承载的力要大，比高压喷射注浆复合地基要环保，施工也简单许多。高层建筑楼层高，这意味着地基要承受很大的荷载，所以复合地基承载力一定要高，在采用素混凝土桩复合地基方案时，设计人员还要对这种复合地基的以下几个方面进行详细设计。主要包括四个方面，这些参数是桩的基础参数：①桩径。其数值大小主要和制桩设备有关，与长螺旋钻孔管的直径一般大小，管的直径为0.4m，所以桩径也要与该数值保持一致[2]。②桩长。桩长分为保护桩长和有效桩长，这两种参数是针对桩端持力层而言。桩端的位置要符合规定，相关人员要将其与承载力高，压缩性小的土层连接在一起。在该复合地基中，一般选择粉土层为桩端持力层，这种选择和现场地质剖面图等要求指标是相符合的。③桩体强度，这是直接关系到桩体有效性的参数值，要做好设计和计算。④褥垫层参数，指材料选择和厚度设计，该数值设计计算会直接关系到复合地基对荷载的承担效果。

2地基处理方案的选择

结合高层建筑的地质条件、埋深情况等，地下室底板之下的主要持力层是：厚度是7.0m的2号粉质粘土层、厚度是5.0~12.0m的3号稍密状态粉土层与厚度20.0m的4号粉质粘土层。若按照天然地质设计筏板基础来看，选择3号粉土层视为下卧层承载力验算无法满足具体要求，仅仅考虑沉管灌注桩或按预制管桩设计，结合周边工程锤击桩的试桩情况，要求桩身进入到4号粉砂土层深度为3.0m位置，单桩承载性能偏低，桩体数量不断增加，会产生明显的挤土效应。施工完成后所施打的桩体来将所施打桩体向上抬并挤断。开展锤击桩施工时，会对旁边的安装房子构成极大的威胁，因此，此种地基是不合适的。结合地质实况，若选择采用筏板基础，只是3号土层是无法满足承载力要求的，此时，需作加固处理，全面考虑在3号土层内使用素混凝土灌注桩，将其视为增强体，进而形成了素混凝土桩与3号土层全面承担荷载的复合性地基，以增强3号土层地基承载性能。

3高层建筑素混凝土桩复合地基设计

城市化进程的不断推进，城市的高层建筑工程数量不断增加，对高层建筑工程质量提出了更高的要求。当前，为保证高层建筑工程结构质量，做好素混凝土桩复合地基设计变得极其关键，其直接影响着高层建筑工程结构的稳定性与安全性。3.1素混凝土桩的相关参数设计（1）桩径d：桩径直接影响着成桩设备，可选择长螺旋钻孔管内泵混凝土成桩，要求桩径要控制到400.0mm。（2）桩长L：素混凝土桩要求相关的桩端要坐落于压缩性小、承载力高的土层之上。结合场地地质剖面图与土的物理学指标，要求素混凝土桩最好选择第10层中砂作为桩端的持力层，要求桩长控制到12.5m，而保护桩的长度控制到0.5m，要求有效桩的长度控制在12.0m。（3）桩体强度。（4）褥垫层材料与厚度。3.2素混凝土桩设计计算在计算中涉及到的计算公式都要符合相关技术规范，如《长螺旋泵压混凝土复合地基技术规范》等。在这些公式中，有针对单桩方面的，如对其竖向承载力特征值Ra进行计算的公式，也有针对复合地基承载力特征值fpk进行计算的公式。分别如下所示：Ra=（upni=1Σqni×li+qpAp/γsp）公式中的U代表桩周长，n为土层数，q为土层的极限侧阻力，qn和qp分别代表计算值和标准值，l为土层厚度，γ为调整系数，有固定值。fpk=jRa/Ap+β（1-j）fakj在公式中代表面积置换率，Ap为桩的截面积，β为桩间土承载力折减系数，fak是地基承载力特征值。将相关数值代入公式中，对承载力特征值进行计算，根据复合地基承载力特征值计算公式，对复合地基面积置换率进行换算，然后将其带入桩间等校圆面积计算公式A=Ap/j中，求出j值，将其作为素混凝土桩在地基中布设的参考依据[3]。3.3桩体强度设计计算在桩体强度设计中要按照公式fz≥3Ra/Ap相关公式，对fz进行计算，fz代表的是抗压强度平均值。根据此计算值，可以对桩体混凝土型号进行选择，对其强度进行控制。3.4褥垫层材料选择及厚度设计在对褥垫层进行设计时，应先对整桩土荷载分担比例进行调整，对基础底面应力进行集中。在材料选择方面，应用级配砂石，设计人员还要对其配合比进行设计，砂石的粒径也要控制在一定范围。褥垫层厚度要与工程实际要求相符合。3.5素混凝土桩复合地基变形计算素混凝土桩复合地基只是起到提高承载力的作用，并不能阻止地基沉降或变形，只是在一定程度上降低变形速度或减轻沉降变形后果。所以还要对其进行变形计算，主要包括两方面：一方面是对复合土层的压缩模量进行计算，这种复合模量法会对地基变形量进行计算。在计算中，需要将复合地基施工之前的天然地基作为参考对象，计算出其压缩模量，然后根据天然地基和复合土层分层模量关系，计算复合地基的压缩模量，该压缩模量用E表示[4]。相关公式如下.λ=fpk/（βfak）E=λE′复合土层分层压缩模量为天然地基压缩模量的λ倍。另一方面还要对地基中心点的沉降量进行计算，地基中心点变形深度计算出后，还要和设计要求进行对比，只有小于设计值，素混凝土桩复合地基设计才算合理。

4结语

混凝素土桩复合地基对高层建筑地基处理来说，应用效果明显、性价比高，但要保证地基起到显著效果，还要对地基方案进行合理设计，桩基大小、强度、布置、褥垫层设计等使复合地基承载能力，建筑沉降变形满足建筑要求，安全可靠。因此，从长远角度来看，为打造更为稳定、牢固的高层建筑结构质量，应重视对混凝素土桩复合地基的设计，只有打好地基，才可充分凸显高层建筑的应用价值。

参考文献

[1]张青松.素混凝土桩复合地基在高层建筑中的应用[J].中国高新技术企业，2015（18）：147~149.

[2]邸海燕，马润勇.某高层建筑素混凝土桩复合地基的设计[J].土工基础，2016，23（02）：32~34+72.

[3]周林生，宋国栋，严益民.高层住宅素混凝土桩复合地基设计[J].建筑技术，2017，40（01）：53~55.

[4]万罡.素混凝土桩复合地基在郑州某超高层建筑中的应用[J].西部探矿工程，2015（S1）：50~51.

作者:能 单位:贵州省城乡规划设计研究院