桩基的负摩阻力计算在人工碎石填土地基中的应用

桩基的负摩阻力计算在人工碎石填土地基中的应用摘要:我国是一个多山的国家,在山区丘陵地区进行房屋建设,必然会存在开山平地,产生大量的人工碎石填土,在有些边远县区,碎石土回填没有按标准规范进行分层碾压,导致大量的近期形成的松散碎石土,碎石土的厚度因地形地貌的变化而变化,没有一定的规律,这给勘察工作带来了不少的麻烦,当采用桩基处理时,周围松散的碎石填土会对其产生负摩阻力,本文通过一个实例来探讨松散碎石填土地区桩基负摩阻力计算应用问题。

关键词:负摩阻力计算碎石填土应用

某丘陵地区房屋工程勘察时,遇到了深厚14 m多的人工碎石填土,人工碎石填土属于随意性填筑,没有进行分层碾压,房屋的上部结构荷载较大,准备采用桩基基础,由于深厚松散填土会对桩基产生下拉荷载的原因,必须对桩周的素填土进行负摩阻力演算,确保工程安全可靠。

1 人工素填土地质描述

某工程①层素填土成分主要为碎石填土及部分建筑砖块,杂色,干～稍湿,松散,物质组成不均匀,浅部呈紫红色,由碎石、块石、角砾、砂土、粉土、粘性土等混合而成。以碎、块石为骨架颗粒,含量35%～80%,碎石粒径一般2～20 cm,块石直径20～60 cm,少量可达150 cm左右。角砾含量10%～20%,粒径0.2～2 cm。角砾、碎石、块石母岩多为泥岩、泥质粉砂岩,少量为砾岩、凝灰岩,强～中等风化。空隙充填

物为砂土、粉土及粘性土。堆填时间较短,一般在5～10年,未完成自重固结,大部分孔底含0.70～1.00 m灰褐色的耕植土。

2 典型工程地质剖面

据钻探揭露及相关资料结合野外地质调查综合分析,某建设场地岩土层,在本次岩土工程勘察勘探深度范围内,按其岩性、成因类型及工程性能划分为三大工程地质层:

①层素填土,②-1层强风化泥质粉砂岩,②-2层:中等风化泥质粉砂岩其地层结构。

3 单桩竖向承载力的特征值估算

现以ZK5孔为例进行单桩承载力估算,设桩径d=0.8 m,桩端嵌入②-2层中等风化泥质粉砂岩深度hr为1 d(d为设计桩径),强分化层侧阻力为140 kPa;岩石饱和单轴抗压强度标准值为16200 kPa;计算过程及结果如下。

嵌岩桩单桩竖向承载力的估算可按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中的第5.3.9条公式(5.2.2)、(5.3.9-1)、(5.3.9-2)、(5.3.9-3)进行,估算如下:

Qrk=ζr frk Ap=0.95×16200×3.14×0.8×0.8×0.25=7731.94(kN);

Quk=Qsk+Qrk=1441.89+7731.94= 9173.83(kN);

所以单桩竖向承载力的特征值为:

式中:Quk为单桩竖向极限承载力标准值(kN);

Qsk、Qrk为分别为土的总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限阻力标准值;

qsik为桩周第i层土的极限侧阻力(kPa);

u为桩身周长(m);

frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa);

ζr为桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数,可按规范中表5.3.9采用;

A为桩端面积。

4 负摩阻力计算

本工程计算负摩阻力参数的确定为:不考虑群桩效应的影响,以基

岩为持力层,以钻孔ZK5为例,计算如下。

4.1 中性点深度Ln确定

根据持力层的性质,查桩基规范表5.4.4-2中心点深度比Ln/Lo=1得出,中性点深度为Ln=14.5 m;(其中Ln、Lo分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度。)

4.2 中性点以上桩周负摩阻力标准值计算

规范中无人工填土(主要成分为碎石)的负摩阻力系数,考虑到安全性问题,在这里人工素填土的负摩阻力系数ζn按砂土取表5.4.4-1中较大值0.50考虑,场地中碎石土重度按19 kN/m3考虑,场地中无大面积荷载按公式5.4.4-2计算如下:

σ’i=σ’ri=re△Ze+(1/2)ri△Zi=(1/2)×19×14.5=137.75(kPa)

qnsi=ζnσ’i=0.5×137.75=68.875 (kPa)

σ’i为桩周第i层土平均竖向有效应力;

qnsi为第i层土桩侧负摩阻力标准值;

ri、re为分别为第i计算土层及其上第e土层重度;

△Zi、△Ze为第i层、第e层土的重度。

4.3 基桩下拉荷载计算

单桩按不考虑群桩效应计算ηn取1,设计桩径d=0.8 m,基桩下拉荷载按下式计算:

5 桩基承载力验算

对于端承型桩,由于人工素填土不均匀,松散,应将土层的下拉荷载计入附加荷载演算桩基沉降,且满足以下两公式:

NK≤Ra

NK+Qng≤Ra

NK≤Ra-Qng=4586.92-2508.7= 2078.22(kN)

6 结论

(1)填土地区房屋设计时,除考虑上部结构外,还应考虑填土沉降引起的对桩基的下拉荷载,确定单桩的数量,以满足上部荷载的要求。

(2)桩基负摩阻力是个复杂的问题,到目前为止,与桩基负摩阻力直接相关的诸多理论问题,都还未能得出满意的解答。针对这一现状,本工程人工素填土(以碎石为主)的负摩阻力系数按砂土取较大值0.5计算,偏于安全,仅供类似工程参考。

参考文献

[1]JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].

[2]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[3]龚晓南.地基处理手册(第三版),2008.

[4]工程地质手册(第四版).