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做山地建筑的结构工程师或许都避免不了这个问题,同一栋建筑下面采用不同的基础形式。一般埋深小于3m的定义为浅基,桩长大于6m(或桩径比大于6)的定义为桩基,中间的定义为墩基。
混合基础的组合形式
基础的混合有独立基础+挖孔墩的形式,还有挖孔墩+挖孔桩的形式。甚至还有一种奇葩的组合,看下图。
为什么不全部按桩基设计,硬挖呢?除去成本问题要挖也是可以的,但是基岩一般都比较硬采用放炮后对岩体造成松动又是不是合适的选择呢?
基础可混用的规范依据
这么混那么结构工程师又担心了,审图老师会同意吗?那么我们先来看看规范怎么说?《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第6.5.1条第5款如是说“当基岩面起伏较大,且都使用岩石地基时,同一建筑物可以使用多种基础形式”。答案已经显而易见了。除此以外还应设置一定的门槛,不能以全风化或强风化为持力层,浅(墩)基不能以破碎或极破碎为持力层,桩基不能以较破碎、破碎或极破碎为持力层。
承载力取值误区
混合基础设计中,承载力的取值才是难点。目前部分结构工程师在设计时浅基和墩基按地勘提供的浅基承载力计算,桩基按地勘提供的桩基端阻计算,一般情况下两者承载力极限值(或承载力特征值)差值约5倍以上!这种做法有潜在的安全隐患。
实际上真有那么大吗?小编认为岩基承载力主要与岩石强度有关,与埋深关系不大。地基规范承载力深度修正公式注1中也作了相应的说明:强风化和全风化的岩石,可参照所风化的相应土类取值,其它状态下的岩石不修正。
承载力计算有统一的算法吗
其实规范已经给出了按岩石饱和单轴抗压强度标准值frk分别进行浅基和桩基承载力的计算公式。
应用提示:
(1)岩石饱和单轴抗压强度标准值是取原位岩块进行饱和处理后通过室内试验获得的,而实际作为基础持力层的岩体存在不规则的裂隙和构造特征,地基规范浅基考虑了此因素,而桩基规范未考虑。
(2)桩基规范要求黏土岩取天然湿度(非饱和)强度计算,比如泥岩。若为混合基础时建议统一。
(3)既然统一了标准,那么墩基可根据深度在桩基和浅基间线性插值。
(4)一个公式是特征值一个是极限值,自行换算为特征值。
我们以frk为3.12Mpa的泥岩为例,浅基入岩深度按0.3m,桩基入岩深度按0.5m,计算得1.2*1.2浅基的承载力特征值为898KN,1.2*1.2桩基的承载力特征值1572KN,比值1.75倍,并没有5倍。
混合基础群数值分析
最后进行一个三种基础形式共存的混合基础有限元分析,模型如下。
采用竖向位移加载,加载沉降60mm时基岩塑性应变如下。
由图可见,在相同竖向荷载或沉降的前提下,独基的塑性区最大,桩基的塑性区最小,但整体塑性区面积差距不大。若基础距离控制得当,基础间互不影响。桩底塑性区宽度及深度均约为2.5m。规范也要求大直径桩底3d或5m范围内不应有溶洞或软弱层等不良地质,小编认为主要也是为了避开这个塑性区或者说叫做强度最容易失效的区域。