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岩土研究院

椭圆形扩底桩在工程中的应用

338 2022-07-11 09:39:55

一、工 程 概 况

该训练馆工程建在某省体委院内,西侧与省体育馆相对,东邻体育大街,建筑位置比较重要,室外采用面砖装修。馆内设有网球训练场、办公用房、商店等一些其它附属用房,是一栋中型的综合建筑。建筑面积为5700m²。结构柱网平面见图一。两端为四层框架结构,中间部分为单层大空间,屋盖采用了74.4m×34.1m 网架结构,横向实为排架结构,纵向为框架结构。建筑总长为92.8m,为了建筑立面要求和处理方便,建筑采用了无缝方案。此工程于1991年完工并投入使用。


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二、工 程 地 质 惰 况

拟建场地地层除0.5~0.7m 为杂填土外,从上到下可分为三个主层;第一主层∶


粘性土及粉土层,可分四个亚层


1亚层;粉质粘土,黄褐色,含少量姜结石、可塑、硬塑,层厚0.7~1.5m,地耐力170kPa。


2亚层∶粉土层,黄色——黄褐色,硬塑、可塑、软塑,层厚0.5~2.7m,夹有0.3m 厚的红褐色粘土,湿、中压缩性,地耐力140kPa。


3亚层∶粉质粘土层,黄褐色,可塑、软塑,层厚1.0~2.5m,地耐力120kPa。N亚层;粉土,浅黄——黄褐色,湿、可塑、流塑,0.5~3.0m 厚,夹0.3~0.4m 的红褐色粘土。地耐力110kPa。


第一主层的底板埋深6.1~6.5m 最大埋深8.0m。

第二主层;砂土层此砂土层厚6~1.2m,且有部分砂层中夹有粉土透镜体,可塑-软塑、湿、厚1.2m。地耐力为 200~220kPa,粉土夹层140kPa。

第三主层;粉土及粉质粘土地耐力为140kPa。


三、基 础 方 案 选 型

该建筑有两部分不同的结构形式组成,柱下荷载变化较大。④~⑩轴网架部分柱下轴力较小,仅为1700kN,弯矩较大为590kN·m。而两端框架部分柱下轴力相对较大有的为3360kN。对于两部分结构形式不同而且柱下荷载差异较大又没有设缝的建筑而言。对其基础提出以下要求∶


1.基础沉降要小;

2.柱之间沉降要均匀;


基础设计进行了三种方案的比较。

首先考虑独立基础方案,根据地质情况可知独立基础持力层一部分座在Ⅱ亚层,一部分为Ⅱ亚层。I和Ⅲ亚层土有一部分为可塑性土质属中、高压缩性土,地耐力比较低。并目下卧层土即 Ⅳ亚层更软弱,通过计算有部分独立基础沉降较大。且沉降差超过规定不能保证结构正常使用。故此方案不可行。


第二种方案是弹性基础深,由于纵向 94m 长在纵向梁范围内所处的持力层土大不相同,故需大断面、高配筋量的基础梁来调整不均匀沉降。同时④~⑩轴柱下弯矩为590 kN·m,横向 34m 跨又不便设置拉梁,柱下弯矩又加大基础底面积,此方案很不经济。


第三种方案采用大直径扩底柱基础;持力层大部分座于砂层承载力很高,避开了上面几层软弱土。是较为理想的基础方案。但此方案还需解决以下几个问题。


1.柱下轴力差别大,而且④~⑩轴柱弯矩较大。

2.基底持力层有两种;虽主要部分是砂层,地耐力较高,但局部砂层中夹粉土地耐力仅为140kPa。

3.持力砂层厚度不同,对于厚度不足 4m 的要进行下卧层验算。

4∶基础沉降要均匀,同样沉降差也要满足《规范》的要求。综合上述几点,持力层采用了两种地耐力、桩也采用了两种形式。对于柱下弯矩较大者采用椭圆形扩底桩,其它采用圆形扩底桩。


在相同截面积情况下,椭圆形直径桩截面系数W 较大,可以抵抗大弯矩。椭圆形和圆形截面系数 W比较见下表一。


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四、经 济 比 较

设扩底桩材料为1,则独立基础、基础梁用量见表 2。④~⑩轴椭圆形扩底桩与一般圆形扩底桩经济指标比较见表 3。


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五、结 束 语

1.大直径扩底桩以其沉降小、承载力高、技术可靠、经济等优势而广泛地应用于各类工程中。

2.椭圆形扩底桩以其截面系数大于圆形而能更有效地抵抗弯矩,适用于柱下较大弯矩的基础,特别适合于大跨度的单跨结构中。

3.由于水平有限,难免有错误之处望同行给予批评指正。