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    某物流倉庫深厚軟土地基處理設計方案比選

      信息來源:   發布時間:2021-12-11  點擊數:

    1 引言

    在大部分沿海城市, 工程建設時經常會遇到深厚軟土, 而由于深厚軟土沉降大的特性, 給工程的地基處理帶來了難題和挑戰。在這種情況下, 剛性樁復合地基[1,2,3,4]由于其良好的地基處理加固效果成為解決深厚軟土變形大問題的最好手段之一。而隨著物流倉庫快速增多, 對深厚軟土地基的加固要求也越來越高, 因此迫切需要對深厚軟土地基的地基處理方案進行充分的研究。

    結合浙江省某物流倉庫地基處理工程, 提出并對比了幾種可行的地基處理方案, 介紹了剛性樁復合地基在物流倉庫深厚軟土地基中的設計及應用, 通過承載力以及沉降方面的對比研究得出剛性樁復合地基處理類似深厚軟土地基具有較好的效果以及優勢的結論。

    2 工程概況

    2.1 工程介紹

    某物流倉庫工程場地大部分范圍較平整, 局部范圍堆有回填物, 現場地為空地, 雜草茂密, 場地大部分范圍高低不平, 且在場地內有塘分布, 具有較深厚的軟土層, 處理比較麻煩。此工程總用地面積158618m2, 總建筑面積約87506m2, 建筑占地面積77436m2, 倉庫區域層高均為1F;基礎埋深2.0m。場地整平高程為4.25m, 比庫外高程高出1.35m, 倉庫估算最大柱荷載約為400kN/柱;倉庫采用輕鋼結構;地基允許變形值不大于0.003L。

    2.2 工程地質條件

    本工程場地屬海島濱海海積平原, 大部分范圍較平整, 局部范圍堆有回填物, 場地大部分范圍高低不平, 且有塘分布。根據鉆探資料, 地基處理設計所涉及主要地層為:

    (1) 素填土:主要由塊石、碎石和少量粘性土回填形成, 結構松散, 局部分布, 一般厚度1~1.5 m, 最大厚度3.5m。

    (1-2) 粉質粘土:灰黃色, 可塑, 局部缺失, 一般厚度1~1.8m, 最小厚度0.5m。

    (2-1) 淤泥質粘土:灰色, 流塑狀態, 高壓縮性, 含少量貝殼及有機質, 最大厚度5m。

    (2-2) 淤泥質粉質粘土:灰色, 流塑狀態, 含腐植物及有機質, 該層全址分布, 最大厚度17.6m。

    (5-1) 粉質粘土:灰黃色、黃褐色, 厚層狀, 可塑狀態, 中等壓縮性, 該層局部缺失。

    (5-2) 粉質粘土:灰色、灰褐色, 厚層狀, 軟塑為主, 局部可塑, 中等壓縮性, 該層大部分范圍分布。

    (5-3) 粘土:黃褐色、綠灰色, 厚層狀, 可塑狀態, 中等壓縮性, 該層局部缺失。

    (6) 粉質粘土:灰色, 含少量腐植物, 軟塑狀態, 中等偏高壓縮性, 該層主要在二期場地, 一期局部有。

    (7) 粉質粘土:藍灰色、黃褐色、褐灰色, 含少量腐植物, 可塑狀態, 中等偏低壓縮性, 該層全址分布。

    各層物理力學性質指標見表1。

      

    表1 各巖土層的物理力學性質指標的推薦值  下載原圖



    表1 各巖土層的物理力學性質指標的推薦值

    場地內地下水類型主要為賦存于粘性土的孔隙潛水。主要賦存于素填土、粉質粘土中, 下部形成相對隔水層, 滲透性差, 水量貧乏。下部弱承壓水水量不大, 水位動態變化不明顯, 上覆土層厚度大, 對工程影響較小。

    3 地基處理方案的選取

    3.1 工程特點以及地基處理技術要求

    本工程具有以下兩個特點:

    (1) 具有厚達16m的深厚軟土層, 地基未經處理將會發生很大的變形。

    (2) 作為物流倉庫, 地面要承受很大的堆載, 這勢必將會造成地基的不均勻沉降, 影響物流倉庫的正常使用。

    本工程的地基處理技術要求:

    (1) 4#普通倉庫 (長120m, 寬86m) 室內最大地面堆載按50kN/m2考慮。

    (2) 倉庫區加固后復合地基承載力特征值fspk≥100kPa;庫區外平臺及道路等加固后復合地基承載力特征值fspk≥85kPa;容許差異沉降0.003L。

    3.2 地基處理方案的選取

    根據室內地坪、室外地坪、道路等建 (構) 筑物的結構特點與地質情況不同, 可采用的地基處理方案有:樁網復合地基、水泥攪拌樁復合地基、擠密砂石樁復合地基、長短樁復合地基等。以室內地坪地基處理為例, 針對4#庫的深厚軟土地基地質條件, 選用三種復合地基方案進行對比分析, 方案設計參數如下:

    (1) 預制樁樁網復合地基:預制樁正方形布置, 樁徑為400mm, 間距為2.8m×2.8m, 樁長為30m。

    (2) 水泥攪拌樁復合地基:水泥攪拌樁正方形布置, 樁徑為550mm, 間距為1.3m×1.3m, 樁長為18m。

    (3) 多樁型復合地基 (預制樁+攪拌樁) :預制樁正方形布置, 樁徑為400mm, 間距3.6m×3.6m, 樁長為22 m;水泥攪拌樁正方形布置, 樁徑為550mm, 間距為1.8m×1.8m, 樁長為8m。

    4 地基處理設計計算

    4.1 承載力計算

    (1) 單樁承載力計算

    (1) 預制混凝土管樁單樁承載力[5]計算公式:

     


    并應同時滿足公式:

     


    (2) 水泥攪拌樁單樁承載力計算公式:

     


    并應同時滿足公式:

     


    式中:ψc工作條件系數, 預制樁取0.75, 灌注樁取0.6~0.7;α為柔性樁樁端天然地基土的承載力折減系數, 與樁長、土層土質情況關;η為樁體強度折減系數;噴漿深層攪拌法取0.25~0.33, 噴粉深層攪拌法取0.2~0.3;fcu為90d齡期樁體水泥立方體抗壓強度平均值。

    以下為三種地基處理設計方案中單樁的承載力計算結果:

    (1) 預制樁網復合地基:C50的fc為23.1N/mm2, 此處ψc取0.75。經計算預制樁的單樁承載力為612.78kN。

    (2) 水泥攪拌樁復合地基:α取0.5, η取0.25, fcu取1.0 MPa。經計算水泥攪拌樁的單樁承載力為59.5kN。

    (3) 多樁型復合地基:經計算預制樁的單樁承載力為358.23kN;水泥攪拌樁的單樁承載力為59.5kN。

    (2) 復合地基承載力計算

    根據規范[6]對于水泥攪拌樁和預制樁網復合地基, 其承載力特征值計算公式:

     


    式中:fspk為復合地基承載力特征值 (kPa) ;β為樁間土承載力折減系數, 對于預制樁網復合地基可取0~0.6, 墊層剛度較小、樁間土承載力較高時取大值;對于水泥攪拌樁復合地基, 宜按地區經驗取值, 如無地區經驗時可取0.65~0.95;m為復合地基面積置換率, 預制樁網復合地基時按樁帽面積進行計算;Ra為單樁豎向承載力特征值 (kN) ;fak為處理后樁間土承載力特征值 (kPa) 。

    對于多樁型的復合地基, 其承載力特征值計算公式:

     


    式中:fspk為復合地基承載力特征值 (kPa) ;m1、m2分別為長樁和短樁的面積置換率;fsk為處理后樁間土承載力特征值 (kPa) ;λ1、λ2、λ3按當地經驗或者實驗結果取值。

    矩形布樁時, 其置換率計算公式:

     


    式中:Ap為等效土體單元里樁的截面積;S1、S2為等效土體單元里的樁間距。

    (1) 預制樁網復合地基:根據公式計算得預制樁的置換率為0.128, 樁帽面積為1m2, 樁間土承載力折減系數取0.9。經過計算復合地基承載力為117.68kPa。

    (2) 水泥攪拌樁復合地基:根據公式計算得水泥攪拌樁的置換率為0.1402, 樁間土承載力折減系數取0.9。經過計算復合地基承載力為73.89kPa。

    (3) 多樁型復合地基:根據公式計算得預制樁的置換率為0.077, 水泥攪拌樁的置換率為0.055, 三者的修正系數均取0.9。經過計算復合地基承載力為85.37kPa。

    4.2 沉降計算

    在進行地基處理方案設計時, 主要是驗算處理后的地基能否滿足建筑物使用的要求, 而滿足物流倉庫使用的要求主要是沉降方面。因此將運用經驗計算方法[7]來對三個設計方案進行沉降驗算。

    (1) 加固區土層沉降計算

    加固區土層的變形計算方法主要有復合模量法、樁身壓縮量法和應力修正法。采用復合壓縮模量來作為復合土體的壓縮模量, 最后用分層總和法計算加固區土體的壓縮量。其中復合模量采用模量提高系數來進行計算。根據4#普通倉庫最大地面堆載按50kN/m2考慮, 再加上建筑物本身的重量和活荷載, 則基礎底面附加應力大小為68.6kPa。

    (1) 預制樁網復合地基:

     


    則預制樁網復合地基加固區土層沉降結果如表2所示。

    根據表2可知, 可得預制樁網復合地基加固區土層變形量為28.67cm。

      

    表2 預制樁網復合地基加固區沉降計算表  下載原圖



    表2 預制樁網復合地基加固區沉降計算表

    (2) 水泥攪拌樁復合地基:根據以上相同計算可得水泥攪拌樁復合地基加固區土層變形量為32.45cm。

    (3) 多樁型復合地基:對于多樁型的復合地基模量提高系數的計算, 需要分成兩層來進行計算, 一層是長樁和土組成的, 二層是長樁和短樁共同作用使土的模量得到了提高。對于長樁對壓縮模量的提高需要先計算出長樁和土形成的復合地基的承載力。最后可得多樁型復合地基加固區土層變形量為36.57cm。

    (2) 下臥層土層沉降計算

    由于復合地基荷載傳遞規律以及應力分布的復雜性, 下臥層頂面的附加應力很難準確計算。分別采用不同的附加應力計算方法來對三個方案進行計算, 其中預制樁網復合地基采用等效實體法, 水泥攪拌樁和多樁型復合地基則采用應力擴散法。

    (1) 預制樁網復合地基:計算下臥層頂面附加應力時, 樁側摩阻力在實際工程中計算時一般取勘察報告里提供的極限側摩阻力來進行計算, 計算過程及結果見表3。

      

    表3 預制樁網復合地基下臥層沉降計算表  下載原圖



    表3 預制樁網復合地基下臥層沉降計算表

    從表3可以看出預制樁網復合地基下臥層土層變形量為3.18cm。

    (2) 水泥攪拌樁復合地基:水泥攪拌樁復合地基下臥層附加應力采用應力擴散法來進行計算, 取應力擴散角θ=23°。經計算下臥層頂面的附加應力為51.65kPa;下臥層土層的變形為22.12cm。

    (3) 多樁型復合地基:依據水泥攪拌樁下臥層土層變形量的計算過程, 經計算多樁型復合地基下臥層土層變形量為7.07cm。

    5 地基處理方案對比分析

    三種方案的承載力和沉降結果對比分別見表4、表5。

      

    表4 承載力結果對比表  下載原圖



    表4 承載力結果對比表

    從表4可以看出, 三種方案中, 預制樁網復合地基的承載力效果最好, 而水泥攪拌樁的效果最差, 這是由于地基存在深厚的軟土地基, 當樁長未穿透深厚軟土層時無法形成統一加固的復合地基, 從而承載力值也會相應的比較小。而預制樁網的樁長是穿過淤泥層的, 水泥攪拌樁的置換率大但是未穿透淤泥層, 因此在提高承載力方面, 穿透淤泥層的做法比單一減小樁間距的做法效果更好。對比三種方案, 在承載力方面預制樁網復合地基方案的效果最好。

      

    表5 沉降結果對比表  下載原圖



    表5 沉降結果對比表

    從表5可以看出, 預制樁網復合地基的最終變形小于水泥攪拌樁和多樁型復合地基的變形量。分別從加固區變形和下臥層變形來看, 預制樁網的加固區深度為30 m, 水泥攪拌樁的加固區深度為18m, 多樁型的加固區深度為22 m, 而深厚軟土淤泥層所處的深度為6m~20m, 厚達14m, 其中預制樁網加固深度最深, 而多樁型和水泥攪拌樁加固區的變形卻大于預制樁網, 因此可以看出預制樁網的加固效果最好。

    通過以上的承載力和變形的對比分析, 最終選擇預制樁網復合地基來對此工程的4號庫進行地基處理。

    6 預制樁樁網復合地基方案驗算

    (1) 承載力驗算:預制樁網復合地基的承載力為117.68kPa, 大于地基處理承載力要求, 因此該方案滿足承載力要求。

    (2) 變形驗算:根據規范[7]中的規定, 對于高壓縮性土地基的框架結構, 工業與民用建筑相鄰柱基的沉降差小于0.003L (L為相鄰柱基的中心距離) 。4號庫的中心變形為25.2cm。根據上一節計算中心變形的過程, 可以計算出長邊中點和角點的變形分別為16.08cm和8.69cm。長邊中點與角點的距離為60 m, 則長邊中點與短邊中點的沉降差為9.12cm, 小于18cm, 因此該方案滿足變形要求。

    7 結語

    (1) 結合某物流倉庫工程, 提出了幾種可行的地基處理方案, 分別從承載力和沉降方面對比分析, 證明了剛性樁復合地基對于處理深厚軟土地基相比于柔性樁復合地基和散體材料樁復合地基有著明顯的優勢。

    (2) 通過方案的對比分析, 對于處理倉庫深厚軟土地基, 當樁穿透深厚的軟土地基時, 地基處理能夠取得較好的處理效果, 同時也能節省工期和造價。

    (3) 通過承載力、沉降的驗算證明了預制樁網復合地基完全能夠滿足此工程地基處理的技術要求和規范要求, 同時也為此類深厚軟土地基工程提供了設計參考。

    標簽: 倉庫 倉庫管理



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