桩(柱)、墩基础的抗冻胀结构优化方案

所谓桩(柱)、墩基础的抗冻胀结构系指工程技术人员在工程设计时,从结构上就考虑到如何减少切向冻胀力;基础的入土深度要经过稳定计算;在结构上尽量适应地基土的非均匀冻胀变形。

基础的抗冻胀结构设计,一般应遵循如下几个原则:

(1)尽力减少基础与冻深范围内地基土的接触面积,尽量用桩基取代条式基础或大体积基础。

(2)尽量提高每个单桩的承载力,从而减少基础独立桩的数量。

(3)尽量减小桩(柱)基础在冻层范围内的断面。

(4)如有可能,可将与冻层范围内接触的基础侧面设计成倾斜边(斜面与垂直面夹角为2°～3°左右),以增大基础抗切向冻胀力的阻力或接受冻胀反力。

(5)如有可能设计成扩大式底座的桩基,以接受冻胀反力,从而增强冻拔力。

(6)基础侧表面 (在冻层范围内)尽量光滑,从而减小基侧表面糙率。

根据上述原则,桩(柱)、墩基础型式有如下几种。

1.深基础

在冻胀性地基中,设计的建筑物基础,如不允许建筑物有冻胀变形,往往采用深基础。

对于桩 (柱)基础,其入土深度由稳定计算来确定(图4.5):

计算公式:

图4.5　深基础计算图

N—建筑物上部荷载,kN;G—桩(柱)本身重,kN;Hd—设计冻深,cm;στ—单位切向冻胀力,kPa;ξ—冻层下基础长度,cm;f—摩擦力,kPa

式中 F——总摩擦力,kN;(www.xing528.com)

K——安全系数,对于静定结构K=1.1,对于超静定结构K=1.2;

T——总切向冻胀力,T=∑στ,kN。

式中 f——单位摩擦力,kPa;

ξ——桩(柱)在冻深以下长度,cm;

u——桩(柱)周长,cm。

式中 u——对圆形桩(柱)讲;

D——桩径,cm。

整理后可以得到,圆桩(柱)在冻层以下长度为:

对于方形桩(柱),在冻层以下的桩长为:

式中 C——方桩边长,cm;

其他符号物理意义同前。

2.扩大式基础

扩大式基础系指在冻层以下融土层部位,将基础扩大。扩大基础主要是承接冻胀反力,从而增加抗冻拔力。至于扩大基础的深度应由建筑物稳定计算确定。一般扩大式基础型式有如下几种(图4.6)。