复合地基桩身强度和褥垫层材料强度的思考

【摘要】阐述了复合地基桩身强度、褥垫层材料强度的重要性,给出了桩身强度、褥垫层材料强度的设计建议。

1、前言

复合地基已经成为各类工程的地基方案优先选择项,复合地基由桩、桩间土及其上覆的褥垫层组成,共同承担上部基础传递下来的荷载。桩土共同承担上部荷载,桩土的应力比大于1.0,甚至高达到并超过20~30,因此其中的桩,尤其是承担高应力比的刚性桩、半刚性桩等具有粘结强度的非散体材料桩,比如CFG桩、素混凝土桩、水泥土桩(含夯实、搅拌、高压喷射等工艺)、劲性桩等,其桩身材料抗压强度在桩身安全上起到关键作用。

褥垫层的用途是调节发挥好桩土按设计预期的各自作用,由此看来,褥垫层的强度和变形也是很重要的。

本文根据实际工程实践分析和需要,对复合地基桩身强度和褥垫层强度的设计要求,提出建议,供岩土工程师参考。

2、桩身强度设计建议

一般来说,工程各个构件的安全度设计次序,应该是引起次生灾害越严重的构件,设计安全度应越高。具体来说,对于房屋,下部的承重构件,其安全度应高于上部的构件。比如,柱子、墙的安全度应大于梁的安全度,梁的安全度应大于楼板的安全度。

由此,对于复合地基来说,复合地基的安全度应当高于基础及其上部结构的安全度。复合地基承担上部荷载,由桩土共同承担来完成,这是设计的理想状态。按照前述工程构建安全度设计的次序原理来看,桩应当具备下述3个安全度要求:

一是,桩身强度应当具备独立承担基础及其上部荷载的能力,即,即使桩间土不承担荷载,荷载完全由桩承担,桩身强度也不会出问题。用公式表示为:

fcK1fsp/m

式中,fc、m、fsp、K1分别表示桩身强度、桩顶面积置换率、复合地基承载力、安全系数。

二是,桩顶荷载超过设计预期,桩可以下沉,不可以桩身强度出现问题。即,桩身强度应当超过桩在其极限承载力荷载作用下时的桩顶压强。

fcK2Qu/Ap

式中,Qu、Ap、K2分别表示单桩极限承载力、桩顶面积、安全系数。

三是,桩身强度应经得起地震考验,即桩身强度除了具备前述2个安全度要求外,尚应具备抗震安全储备。

3、褥垫层强度设计建议

褥垫层材料的抗压强度,比如碎石的抗压强度,应当小于桩身强度,以确保桩顶安全,但应具备承担受力抗压的安全要求。即,褥垫层在受压过程中,褥垫层材料本身既不能被压坏(压碎),同时也不能因其材料太坚硬而把桩头挤压破坏。

4、结束语

本文就复合地基桩身强度和褥垫层材料强度设计提出建议,这些建议只是停留在理念这个层面,实际应用于工程,还需要和现行规范的设计要求做比对研究,并给出具体的公式和安全储备要求。

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