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,桩身强度抽气真空泵原理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:
fc≥K1×fsp/m
式中,fc、m、fsp、K1分别表示桩身强度、桩顶面地基基础资质转让积置换率、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。
fc≥K2×Qu/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真空机原理提出建议,这些建议只是停留在理念这个层面排水板的原材料,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。