素混凝土桩在强腐蚀地基土中的应用

冯子江，徐远飞

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

前言：在某些强腐蚀地基土中，规范不允许采用钢筋混凝土灌注桩，而在大面积堆载的情况下，天然地基不能满足承载里的情况下，也可通过复合地基的方法进行基础处理，用来提高地基土承载力。当CFG桩、水泥搅拌桩等复合地基处理均不能满足承载力要求时，可以采用素混凝土桩为复合地基增强体，进行复合地基设计。

1 工程概况

某食糖加工工程，1号原糖仓为散装储存原糖的钢筋混凝土筒仓构筑物，仓顶为钢结构球型网架结构，筒仓仓壁高28.45 m，内径88 m，仓壁厚0.8 m。物料为原糖，容重0.9 kN/m3，内摩擦角φ=33°，对混凝土壁摩擦系数μ=0.56。单仓容量为20万t原糖，为国内单仓容量最大的钢筋混凝土散装筒仓(仓体剖面如图1)。

图1 仓体剖面图

本区区域地质构造隶属我国东部新华夏系第二巨型隆起带上，属扬子准地台，苏北断拗的北缘，构造线方向主要为NE及NEE为主，并被较新的NW向平移断层所切割，次一级构造为盐城凹陷。本区为一中新生代沉降区，新生代以来沉降明显，新构造运动有明显的继承性和不均一性，受到NEE和NNW两个方向构造的控制，时间愈新，NNW方向的控制愈明显，新第三系后本区地面已趋准平原化，第四纪沉积物为被盖式沉积，新构造运动微弱。场地内及其附近地区无全新世活动断裂通过，区域稳定性较好。

根据建设单位提供的地勘报告显示，场地地下水对混凝土结构具强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替时具强腐蚀性，在长期浸水时具微腐蚀性；拟建场地地下水位以上地基土对混凝土结构具中腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性(地勘典型剖面如图2)。

图2 地质剖面图

2 设计思路

根据《钢筋混凝土筒仓设计标准》，筒壁底部水平侧压力ph=Ch×γ×ρ×(1-e-μks/ρ)/μ,经计算约为100 kN/m2，地坪堆载约500 kN/m2。本工程基础设计分筒壁基础和地坪基础处理两部分。为了充分考虑地坪沉降对筒壁基础的影响，设计时考虑地坪与筒壁基础设缝处理。

本工程基础设计时，首先考虑了桩基的选型。因地坪荷载大，故优先考虑了钢筋混凝土灌注桩的方案。根据《工业建筑防腐蚀设计规范》的要求，强腐蚀状态下，不允许采用钢筋混凝土灌注桩。故对桩基方案进行了新的论证，可选方案为预制钢筋混凝土方桩或复合地基处理。针对两种方案，进行的计算对比。第一种方案为采用边长为400 mm的预制钢筋混凝土方桩，桩长为25 m时，单桩承载力为1 250 kN，仓内地坪桩基布置约为1.6 m×1.6 m矩形网格布置。经过专家论证，本方案存在群桩效应明显，后期会带来沉桩困难或局部桩基上浮，论证后否定了预制钢筋混凝土方案。

第二种方案为复合桩基，根据《建筑地基处理技术规范》，桩体采用素混凝土桩，直径为500 mm,桩长25 m时，单桩承载力约为1 000 kN，间距为1.5 m×1.5 m矩形网格布置的情况下，置换后复合地基承载力约为521 kN/m2，可满足竖向承载力设计要求(桩基布置如图3)。由于采用素混凝土桩代替规范中的砂石桩，且单桩承载力较大，故设计时在桩顶设置1 m厚中粗砂褥垫层，调节承载力不均匀带来的不利影响。

图3 素混凝土桩平面布置图

3 设计验算

复合地基处理，承载力计算可满足设计要求。对于大面积地坪堆载，复合底底基础沉降的控制，是本工程的重点。根据《建筑地基处理技术规范》以及《建筑地基基础设计规范》，计算得知复合地基计算深度范围内压缩模量当量值Esi=12.87。依据角点叠加原理，根据s=ψs∑(i=1....n)P0/Esi(Zi×αi-Zj×αj),仓内典型孔点沉降计算如表1。

采用10 m×10 m网格划分,进行计算得知仓内地坪中心最大绝对沉降量为416.9 mm，筒壁处最大绝对沉降量为186.27 mm，中心点绝对沉降量为230.63 mm，沉降后地坪从筒边至中心点倾斜率为0.54%，可满足规范及工艺要求。

本工程于2018年10月正式分阶段装粮运行，对筒壁及地坪进行了不间断沉降观测，沉降量均小于计算值，但考虑到荷载的长期效应，施工方持续对沉降进行持续观测。经过几个周期加载、卸载的过程，本工程运行使用效果良好，沉降量小于设计值，取得了良好的经济效益。

表1 典型孔点沉降计算

注：勘点号C7 ,堪点孔口绝对标高2.7 m，基底绝对标高2.0 m，压缩模量当量值Es为12.87，沉降计算经验系数ψs为0.521 5， 沉降量s为91.27 mm。

4 结论

在复合地基设计的时候，可以根据使用荷载要求，采用不同的桩体材料，尤其在强腐蚀地基条件下，可以考虑素混凝土桩代替钢筋混凝土灌注桩，既可以满足规范要求，同时也很好地解决了承载力问题和沉桩困难的问题。