Το θεμέλιο αποτελεί την κάτω δομή που μεταφέρει φορτία από κτίρια στο υπέδαφος, λειτουργώντας ως κρίσιμος σύνδεσμος μεταξύ υπερδομών και υπεδάφους. Φέρει εσωτερικές δυνάμεις που δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση των φορτίων της υπερδομής και των δυνάμεων αντίδρασης του εδάφους. Αντίστροφα, οι δυνάμεις αντίδρασης στη βάση του θεμελίου δρουν ως φορτία στο υπέδαφος, προκαλώντας τάση και παραμόρφωση. Το υπέδαφος αναφέρεται στην περιορισμένη περιοχή που υποστηρίζει το θεμέλιο του κτιρίου. Όταν η φέρουσα ικανότητα του υπεδάφους δεν μπορεί να ανταποκριθεί στα φορτία που μεταφέρονται από τις υπερδομές, απαιτούνται επεμβάσεις στο υπέδαφος ή λύσεις με πασσαλόθεμελιώσεις για την ικανοποίηση των απαιτήσεων φέρουσας ικανότητας. Η αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας του υπεδάφους επηρεάζει άμεσα την ποιότητα, το κόστος και το χρονοδιάγραμμα του έργου. Κοινές μέθοδοι επεξεργασίας του υπεδάφους περιλαμβάνουν την αντικατάσταση επιχώματος, την προφόρτιση, το συμπιεσμένο υπέδαφος, το σύνθετο υπέδαφος και την ενίσχυση με ενεματώσεις. Η παρούσα συζήτηση επικεντρώνεται στις σύνθετες θεμελιώσεις με πασσάλους CFA, μια διαδεδομένη τεχνική σε εφαρμογές σύνθετων θεμελιώσεων.

περιορίζεται συνήθως στην προβολή της θεμελίωσης. Η επιλογή του μήκους, της διαμέτρου και της απόστασης των πασσάλων όχι μόνο επηρεάζει άμεσα τη συνολική φέρουσα ικανότητα και τα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης της θεμελίωσης, αλλά επηρεάζει επίσης σημαντικά το κόστος του έργου, τη διάρκεια κατασκευής και την οργανωτική αποδοτικότητα. Επομένως, πριν από την οριστικοποίηση του σχεδίου διάταξης των πασσάλων και του τύπου της θεμελίωσης, πρέπει να διεξαχθεί μια ολοκληρωμένη πολυπαραμετρική και πολυ-σεναριακή τεχνικοοικονομική ανάλυση. Αυτή η ανάλυση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις συγκεκριμένες γεωλογικές συνθήκες, τις δομικές απαιτήσεις και τους κατασκευαστικούς πόρους του έργου, προκειμένου να επιλεγεί τελικά η βέλτιστη λύση που προσφέρει τα καλύτερα οικονομικά οφέλη, τεχνική ορθολογικότητα και καταλληλότητα για τις συνθήκες υλοποίησης του έργου. Οι σύνθετες θεμελιώσεις υιοθετούνται ευρέως σε έργα κατασκευών και επεμβάσεων θεμελίωσης λόγω της απλής κατασκευής τους, της οικονομικής τους αποδοτικότητας και της ισχυρής προσαρμοστικότητάς τους, ιδιαίτερα σε πολυώροφα οικιστικά κτίρια, δημόσιες κατασκευές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Κατά τη φάση σχεδιασμού, απαιτούνται συνήθως ολοκληρωμένες προσαρμογές και βελτιστοποιήσεις για βασικές παραμέτρους όπως το μήκος, η διάμετρος και η απόσταση των πασσάλων, προκειμένου να ικανοποιηθούν πολλαπλές απαιτήσεις, συμπεριλαμβανομένης της φέρουσας ικανότητας της θεμελίωσης, του ελέγχου παραμόρφωσης και της οικονομικής αποδοτικότητας. Ενώ μέτρα όπως η αύξηση του μήκους των πασσάλων, η αύξηση της διαμέτρου των πασσάλων ή η μείωση της απόστασης μπορούν να ενισχύσουν αποτελεσματικά τη φέρουσα ικανότητα, η πρακτική μηχανική εμπειρία δείχνει ότι διαφορετικές στρατηγικές προσαρμογής παραμέτρων έχουν συχνά σημαντικά διαφορετικές επιπτώσεις στο κόστος του έργου, στα χρονοδιαγράμματα κατασκευής και στην εφικτότητα. Επομένως, είναι απαραίτητη η λεπτομερής ανάλυση και κρίση με βάση τις πραγματικές συνθήκες.

Ⅰ. Μήκος πασσάλου

Η κύρια μέριμνα για τον καθορισμό του μήκους του πασσάλου είναι η φέρουσα ικανότητα. Συνήθως, το μήκος του πασσάλου πρέπει να καθορίζεται ενσωματώνοντας τις απαιτήσεις σχεδιασμού, τη φέρουσα ικανότητα και τη φυσική φέρουσα ικανότητα του υποκείμενου στρώματος. Χρησιμοποιώντας διάμετρο πασσάλου 400mm και απόσταση 3-5 φορές τη διάμετρο του πασσάλου, σε συνδυασμό με γεωτεχνικούς χάρτες στηλών, μπορεί να εντοπιστεί ένα σχετικά ευνοϊκό φέρον στρώμα. Μόλις επιβεβαιωθεί το φέρον στρώμα στο άκρο του πασσάλου, το μήκος του πασσάλου ουσιαστικά οριστικοποιείται.

·  Το μήκος του πασσάλου πρέπει επίσης να καθορίζεται από τον έλεγχο καθίζησης, ειδικά για στρώματα με σκληρό ανώτερο στρώμα και μαλακό κατώτερο στρώμα ή παχύ μαλακό ενδιάμεσο στρώμα. Δεδομένου ότι το φέρον στρώμα είναι καλής ποιότητας, η συμβολή του εδάφους μεταξύ των πασσάλων είναι μεγάλη, και το μικρότερο μήκος πασσάλου μπορεί να ικανοποιήσει την απαίτηση φέρουσας ικανότητας. Ωστόσο, επειδή η ποιότητα του εδάφους του υποκείμενου στρώματος είναι κακή, το μήκος του πασσάλου δεν πρέπει να καθορίζεται μόνο από τη φέρουσα ικανότητα, αλλά πρέπει να διεισδύει στο στρώμα μαλακού εδάφους σε καλύτερο στρώμα εδάφους ή το μήκος του πασσάλου πρέπει να ικανοποιεί την απαίτηση ελέγχου.

·  Κατά τον καθορισμό του μήκους του πασσάλου, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη το μέγιστο βάθος γεώτρησης των κατασκευαστικών μηχανημάτων και οι συνθήκες λειτουργίας. Επί του παρόντος, τα εγχώρια μακρά σπειροειδή τρυπάνια μπορούν να επιτύχουν μέγιστο βάθος γεώτρησης 40μ, αλλά τα περισσότερα στην αγορά είναι μοντέλα με βάθος κάτω των 30μ. Για μακρά σπειροειδή τρυπάνια που υπερβαίνουν τα 30μ σε βάθος γεώτρησης, είναι απαραίτητη η έρευνα αγοράς. Γενικά, μεγαλύτερος εξοπλισμός οδηγεί σε υψηλότερο κόστος κατασκευής ανά τετραγωνικό μέτρο.

Ⅱ. Διάμετρος πασσάλουΗ επιλογή της διαμέτρου του πασσάλου πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις τεχνικές κατασκευής, την απόσταση, τον λόγο μήκους προς διάμετρο και την αποδοτικότητα χρήσης υλικών. Γενικά, οι διάμετροι πασσάλων 400mm και 500mm είναι οι πιο οικονομικές. Εάν ο λόγος μήκους προς διάμετρο παραμένει υπερβολικά υψηλός ή η απόσταση είναι πολύ πυκνή με πασσάλους διαμέτρου 400mm, θα πρέπει να εξεταστεί η αύξηση της διαμέτρου.

III. Απόσταση πασσάλων

Η απόσταση μεταξύ των πασσάλων πρέπει να καθορίζεται λαμβάνοντας υπόψη το μήκος του πασσάλου, τη διάμετρο, τις απαιτήσεις φέρουσας ικανότητας και τις μεθόδους διάταξης των πασσάλων. Εντός του συνιστώμενου εύρους 3 έως 5 φορές τη διάμετρο του πασσάλου, προτιμάται μεγαλύτερη απόσταση. Η αύξηση του λόγου μήκους πασσάλου για τη μείωση της απόστασης είναι πιο επωφελής για τον έλεγχο καθίζησης.

Από κατασκευαστική άποψη, η αύξηση του μήκους του πασσάλου μειώνει τον απαιτούμενο αριθμό πασσάλων, μειώνοντας έτσι τη συχνότητα επανατοποθέτησης του εξοπλισμού και βελτιώνοντας τη συνολική αποδοτικότητα. Η ευρύτερη απόσταση μεταξύ των πασσάλων ελαχιστοποιεί επίσης τις επιπτώσεις μετατόπισης του εδάφους και την πιθανότητα μετανάστευσης οπών. Όταν τα εκτεταμένα μήκη πασσάλων επιτρέπουν στα άκρα των πασσάλων να φτάσουν σε ανώτερα στρώματα εδάφους

—αυτή η προσέγγιση αποφέρει σημαντικά μεγαλύτερα τεχνικά και οικονομικά οφέλη σε σύγκριση με τη μείωση της απόστασης των πασσάλων. Σε τέτοιες περιπτώσεις, πρέπει να χρησιμοποιείται το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος πασσάλου εντός του βάθους γεώτρησης του εξοπλισμού, ενώ παράλληλα αυξάνεται αναλογικά η απόσταση μεταξύ των πασσάλων.—αυτή η προσέγγιση αποφέρει σημαντικά μεγαλύτερα τεχνικά και οικονομικά οφέλη σε σύγκριση με τη μείωση της απόστασης των πασσάλων. Σε τέτοιες περιπτώσεις, πρέπει να χρησιμοποιείται το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος πασσάλου εντός του βάθους γεώτρησης του εξοπλισμού, ενώ παράλληλα αυξάνεται αναλογικά η απόσταση μεταξύ των πασσάλων.IV. Ανάλυση Περίπτωσης

Αυτό το εμπορικό κτίριο διαθέτει έξι ορόφους πάνω από το έδαφος και ένα υπόγειο επίπεδο, κατασκευασμένο με σκελετική δομή. Ο σχεδιασμός προτείνει ανεξάρτητα θεμέλια κάτω από τις κολώνες του σκελετού, συμπληρωμένα με σύνθετες θεμελιώσεις με πασσάλους CFA για τοπική επεξεργασία. Το συνολικό κάθετο φορτίο τυπικής τιμής είναι 6000 kN. Το φέρον στρώμα της θεμελίωσης αποτελείται από λεπτό αμμώδες έδαφος μέσης πυκνότητας, με φυσική φέρουσα ικανότητα 160 kPa. Το φέρον στρώμα στο άκρο του πασσάλου, ένα στρώμα χονδρόκοκκου αμμώδους εδάφους πάχους 13 μέτρων, παρουσιάζει υψηλή φέρουσα ικανότητα και συμπιεστικό μέτρο, καθιστώντας το ιδανική επιλογή για στήριξη στο άκρο του πασσάλου.

Η διάμετρος του πασσάλου CFA ορίζεται στα 400mm. Δεδομένου του ευνοϊκού και σχετικά παχέος φέροντος στρώματος στο άκρο του πασσάλου, το οποίο επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία στο μήκος του πασσάλου, υιοθετήθηκε μια προσέγγιση σχεδιασμού που συνδυάζει σταθερή απόσταση με αντίστροφο υπολογισμό του μήκους του πασσάλου. Εφαρμόστηκαν δύο σχήματα απόστασης: απόσταση 4d και 3d, με ολοκληρωμένες τεχνικοοικονομικές συγκρίσεις παράλληλα με ανεξάρτητη ανάλυση θεμελίωσης. Ακολουθώντας την αρχή του ομοιόμορφου ρυθμού αντικατάστασης πασσάλων κάτω από τη θεμελίωση, η απόσταση από την άκρη του πασσάλου ορίστηκε ομοιόμορφα στο μισό της απόστασης των πασσάλων. Κατά συνέπεια, οι διαστάσεις της θεμελίωσης για το σχήμα 4d είναι 4,8μ

×3,6μ, όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα.×3,6μ, όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα.Επιλογή 1 (αριστερό σχήμα): απόσταση πασσάλων 4d, μήκος πασσάλου 13,5μ

Επιλογή 2 (δεξί σχήμα): απόσταση πασσάλων 3d με μήκος πασσάλου 16,0μ

Οι υπολογισμένες χαρακτηριστικές τιμές φέρουσας ικανότητας με βάση την προκύπτουσα κατακόρυφη δύναμη και τις διαστάσεις κάτοψης της θεμελίωσης δεν πρέπει να είναι μικρότερες από 265 kPa και 460 kPa, αντίστοιχα. Με βάση τις απαιτούμενες χαρακτηριστικές τιμές φέρουσας ικανότητας και την απόσταση των πασσάλων, οι χαρακτηριστικές τιμές φέρουσας ικανότητας του μεμονωμένου πασσάλου πρέπει να είναι τουλάχιστον 685 kN και 835 kN, αντίστοιχα. Όλες οι κατηγορίες αντοχής σκυροδέματος πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις C30. Τα μήκη πασσάλων που προκύπτουν από τις χαρακτηριστικές τιμές φέρουσας ικανότητας του μεμονωμένου πασσάλου είναι 13,5μ και 16,0μ, αντίστοιχα. Και τα δύο μήκη πασσάλων διεισδύουν στο στρώμα χονδρόκοκκου αμμώδους εδάφους, με μήκη διείσδυσης 1,65μ και 4,15μ, αντίστοιχα.

Και τα δύο σχήματα μπορούν να ικανοποιήσουν την απαίτηση φέρουσας ικανότητας, αλλά υπάρχει μεγάλη διαφορά στο συνολικό τεχνικό και οικονομικό αποτέλεσμα.

Από τεχνική άποψη, ο πάσσαλος των 16 μέτρων διεισδύει στο στρώμα χονδρόκοκκου αμμώδους εδάφους σε μεγαλύτερη απόσταση, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη φέρουσα ικανότητα. Όσον αφορά τον έλεγχο παραμόρφωσης της θεμελίωσης, οι μακρύτεροι πάσσαλοι υπερτερούν των κοντύτερων. Οικονομικά, ενώ η συνολική κατανάλωση σκυροδέματος για πασσάλους 16 μέτρων αυξάνεται, η κατανάλωση σκυροδέματος για ανεξάρτητες θεμελιώσεις μειώνεται σημαντικά. Η συνδυασμένη κατανάλωση σκυροδέματος για πασσάλους και θεμελιώσεις μπορεί να μειωθεί κατά 11,3μ

³, που αντιστοιχεί σε μείωση 23,7%. Επιπλέον, λόγω των μικρότερων διαστάσεων της θεμελίωσης και των μικρότερων βραχιόνων, η οπλισμός μειώνεται σημαντικά παρά την αυξημένη πίεση βάσης. Με το ίδιο ύψος θεμελίωσης, ο αριθμός των χαλύβδινων ράβδων μπορεί να μειωθεί από 32 ράβδους των 22mm (825kg) σε 21 ράβδους των 22mm (406,1kg), επιτυγχάνοντας μείωση άνω του 50%.Επομένως, υπό την προϋπόθεση σταθερού φορτίου στο κάτω μέρος της κολώνας, το σχήμα αύξησης του μήκους του πασσάλου και μείωσης του μεγέθους της κάτοψης της θεμελίωσης έχει προφανές οικονομικό πλεονέκτημα σε σχέση με αυτό της μείωσης του μήκους του πασσάλου και αύξησης του μεγέθους της κάτοψης της θεμελίωσης.

V. Περίληψη

Η τοποθέτηση πασσάλων για σύνθετες θεμελιώσεις με

πάσσαλο CFA περιορίζεται συνήθως στην προβολή της θεμελίωσης. Η επιλογή του μήκους, της διαμέτρου και της απόστασης των πασσάλων όχι μόνο επηρεάζει άμεσα τη συνολική φέρουσα ικανότητα και τα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης της θεμελίωσης, αλλά επηρεάζει επίσης σημαντικά το κόστος του έργου, τη διάρκεια κατασκευής και την οργανωτική αποδοτικότητα. Επομένως, πριν από την οριστικοποίηση του σχεδίου διάταξης των πασσάλων και του τύπου της θεμελίωσης, πρέπει να διεξαχθεί μια ολοκληρωμένη πολυπαραμετρική και πολυ-σεναριακή τεχνικοοικονομική ανάλυση. Αυτή η ανάλυση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις συγκεκριμένες γεωλογικές συνθήκες, τις δομικές απαιτήσεις και τους κατασκευαστικούς πόρους του έργου, προκειμένου να επιλεγεί τελικά η βέλτιστη λύση που προσφέρει τα καλύτερα οικονομικά οφέλη, τεχνική ορθολογικότητα και καταλληλότητα για τις συνθήκες υλοποίησης του έργου.