Le fondazioni costituiscono la struttura inferiore che trasferisce i carichi dagli edifici al sottosuolo, fungendo da collegamento critico tra le sovrastrutture e il sottosuolo. Esse sopportano le forze interne generate dall'interazione dei carichi della sovrastruttura e delle forze di reazione del terreno. Al contrario, le forze di reazione alla base della fondazione agiscono come carichi sul sottosuolo, inducendo sollecitazioni e deformazioni. Il sottosuolo si riferisce all'area limitata che supporta la fondazione dell'edificio. Quando la capacità portante del sottosuolo non è in grado di soddisfare i carichi trasferiti dalle sovrastrutture, diventano necessari trattamenti delle fondazioni o soluzioni di fondazioni su pali per soddisfare i requisiti di portanza. L'efficacia del trattamento del sottosuolo influisce direttamente sulla qualità, sui costi e sui tempi del progetto. I metodi comuni di trattamento del sottosuolo includono il letto di sostituzione, il precarico, il sottosuolo compattato, il sottosuolo composito e il consolidamento con iniezioni. Questa discussione si concentra sul sottosuolo composito con pali CFA, una tecnica prevalente nelle applicazioni di sottosuolo composito.

è tipicamente confinato nell'area di proiezione della fondazione. La selezione della lunghezza, del diametro e della spaziatura dei pali non solo influisce direttamente sulla capacità portante complessiva della fondazione e sulle caratteristiche di deformazione, ma influisce anche in modo significativo sui costi del progetto, sulla durata della costruzione e sull'efficienza organizzativa. Pertanto, prima di finalizzare il piano di disposizione dei pali e il tipo di fondazione, dovrebbe essere condotta un'analisi tecnico-economica completa multi-parametro e multi-scenario. Questa analisi deve considerare le specifiche condizioni geologiche, i requisiti strutturali e le risorse di costruzione del progetto per selezionare infine la soluzione ottimale che offra i migliori benefici economici, razionalità tecnica e idoneità alle condizioni di attuazione del progetto. le fondazioni composite sono ampiamente adottate nei progetti di costruzione e di trattamento delle fondazioni grazie alla loro semplice costruzione, all'economicità e alla forte adattabilità, in particolare negli edifici residenziali a più piani, nelle strutture pubbliche e negli impianti industriali. Durante la fase di progettazione, sono generalmente necessarie modifiche e ottimizzazioni complete dei parametri chiave come la lunghezza, il diametro e la spaziatura dei pali per soddisfare molteplici requisiti, tra cui la capacità portante della fondazione, il controllo della deformazione e l'economicità. Mentre misure come l'aumento della lunghezza del palo, l'ampliamento del diametro del palo o la riduzione della spaziatura possono migliorare efficacemente la capacità portante, l'esperienza pratica di ingegneria dimostra che diverse strategie di aggiustamento dei parametri hanno spesso impatti significativamente diversi sui costi del progetto, sui tempi di costruzione e sulla fattibilità. Pertanto, sono essenziali analisi e giudizi dettagliati basati sulle condizioni effettive.

Ⅰ. Lunghezza del palo

La considerazione principale per determinare la lunghezza del palo è la capacità portante. Tipicamente, la lunghezza del palo dovrebbe essere determinata integrando i requisiti di progettazione, la capacità portante e la capacità portante naturale dello strato sottostante. Utilizzando un diametro del palo di 400 mm e una spaziatura di 3-5 volte il diametro del palo, combinato con grafici geotecnici a colonna, è possibile identificare uno strato portante relativamente favorevole. Una volta confermato lo strato portante all'estremità del palo, la lunghezza del palo è essenzialmente finalizzata.

·  La lunghezza del palo dovrebbe essere determinata anche dal controllo del cedimento, specialmente per strati con strato superiore duro e strato inferiore morbido o spesso strato intermedio morbido. Poiché lo strato portante è di buona qualità, il contributo del terreno tra i pali è elevato e la lunghezza del palo più corta può soddisfare il requisito di capacità portante. Tuttavia, poiché la qualità del terreno dello strato sottostante è scarsa, la lunghezza del palo non dovrebbe essere determinata solo dalla capacità portante, ma dovrebbe penetrare lo strato di terreno morbido in uno strato di terreno migliore o la lunghezza del palo dovrebbe soddisfare il requisito di controllo.

·  Nella determinazione della lunghezza del palo, è necessario considerare la profondità massima di perforazione dei macchinari di costruzione e le condizioni operative. Attualmente, le trivelle a spirale lunghe prodotte a livello nazionale possono raggiungere una profondità massima di perforazione di 40 m, ma la maggior parte di quelle in commercio ha profondità inferiori a 30 m. Per le trivelle a spirale lunghe superiori a 30 m di profondità di perforazione, è essenziale la ricerca di mercato. Generalmente, attrezzature più grandi comportano costi di costruzione per metro quadrato più elevati.

Ⅱ. Diametro del paloLa selezione del diametro del palo dovrebbe considerare le tecniche di costruzione, la spaziatura, il rapporto lunghezza-diametro e l'efficienza di utilizzo del materiale. Generalmente, i diametri dei pali di 400 mm e 500 mm sono i più economici. Se il rapporto lunghezza-diametro rimane eccessivamente elevato o la spaziatura è troppo fitta con pali di diametro 400 mm, si dovrebbe considerare l'aumento del diametro.

III. Spaziatura dei pali

La spaziatura tra i pali dovrebbe essere determinata considerando la lunghezza del palo, il diametro, i requisiti di capacità portante e i metodi di disposizione dei pali. All'interno dell'intervallo raccomandato da 3 a 5 volte il diametro del palo, è preferibile una spaziatura maggiore. Aumentare il rapporto di lunghezza del palo per ridurre la spaziatura è più vantaggioso per il controllo del cedimento.

Da un punto di vista costruttivo, l'aumento della lunghezza del palo riduce il numero di pali richiesti, diminuendo così la frequenza di riposizionamento delle attrezzature e migliorando l'efficienza complessiva. La maggiore spaziatura tra i pali minimizza anche gli effetti di spostamento del terreno e la probabilità di migrazione dei fori. Quando lunghezze di palo estese consentono alle estremità dei pali di raggiungere strati di terreno superiori

—questo approccio produce benefici tecnici ed economici significativamente maggiori rispetto alla riduzione della spaziatura dei pali. In tali casi, dovrebbe essere utilizzata la lunghezza massima del palo consentita entro la profondità di perforazione dell'attrezzatura, aumentando proporzionalmente la spaziatura tra i pali.—questo approccio produce benefici tecnici ed economici significativamente maggiori rispetto alla riduzione della spaziatura dei pali. In tali casi, dovrebbe essere utilizzata la lunghezza massima del palo consentita entro la profondità di perforazione dell'attrezzatura, aumentando proporzionalmente la spaziatura tra i pali.IV. Analisi di caso

Questo edificio commerciale presenta sei piani fuori terra e un piano interrato, costruito con una struttura a telaio. Il progetto propone fondazioni indipendenti sotto i pilastri del telaio, integrate da fondazioni composite con pali CFA per trattamenti localizzati. Il carico verticale totale standard è di 6000 kN. Lo strato portante della fondazione è costituito da sabbia fine di media densità, con una capacità portante naturale di 160 kPa. Lo strato portante all'estremità del palo, uno strato di sabbia grossolana di 13 metri di spessore, dimostra elevata capacità portante e modulo compressivo, rendendolo una scelta ideale per il supporto all'estremità del palo.

Il diametro del palo CFA è impostato a 400 mm. Dato lo strato portante favorevole e relativamente spesso all'estremità del palo, che consente una maggiore flessibilità di lunghezza del palo, è stato adottato un approccio di progettazione che combina spaziatura fissa con calcolo inverso della lunghezza del palo. Sono stati implementati due schemi di spaziatura: spaziatura 4d e 3d, con confronti tecnico-economici completi condotti parallelamente all'analisi delle fondazioni indipendenti. Seguendo il principio di un tasso di sostituzione uniforme del palo sotto la fondazione, la spaziatura del bordo del palo è stata uniformemente impostata a metà della spaziatura del palo. Di conseguenza, le dimensioni della fondazione per lo schema 4d sono 4,8 m

×3,6 m, come illustrato nella figura seguente.×3,6 m, come illustrato nella figura seguente.Opzione 1 (figura a sinistra): spaziatura pali 4d, lunghezza palo 13,5 m

Opzione 2 (a destra): spaziatura pali 3D con lunghezza palo 16,0 m

I valori caratteristici della capacità portante calcolati in base alla forza verticale risultante e alle dimensioni della pianta della fondazione non devono essere inferiori a 265 kPa e 460 kPa, rispettivamente. Sulla base dei valori caratteristici della capacità portante richiesta e della spaziatura dei pali, i valori caratteristici della capacità portante del singolo palo non devono essere inferiori a 685 kN e 835 kN, rispettivamente. Tutte le classi di resistenza del calcestruzzo devono soddisfare i requisiti C30. Le lunghezze dei pali derivate dai valori caratteristici della capacità portante del singolo palo sono rispettivamente 13,5 m e 16,0 m. Entrambe le lunghezze dei pali penetrano nello strato di sabbia grossolana, con lunghezze di penetrazione di 1,65 m e 4,15 m, rispettivamente.

Entrambi gli schemi possono soddisfare il requisito di capacità portante, ma c'è una grande differenza nell'effetto tecnico ed economico complessivo.

Da un punto di vista tecnico, il palo da 16 metri penetra nello strato di sabbia grossolana per una distanza maggiore, garantendo una maggiore capacità di carico. In termini di controllo della deformazione della fondazione, i pali più lunghi superano quelli più corti. Economicamente, sebbene il consumo totale di calcestruzzo per pali da 16 metri aumenti, il consumo di calcestruzzo per fondazioni indipendenti è significativamente ridotto. Il consumo combinato di calcestruzzo per pali e fondazioni può essere ridotto di 11,3 m

³, rappresentando una riduzione del 23,7%. Inoltre, a causa delle dimensioni ridotte della fondazione e dei bracci di leva più corti, le armature sono sostanzialmente ridotte nonostante l'aumento della pressione di base. Con la stessa altezza della fondazione, il numero di barre d'acciaio può essere ridotto da 32 barre da 22 mm (825 kg) a 21 barre da 22 mm (406,1 kg), ottenendo una riduzione di oltre il 50%.Pertanto, in condizioni di carico costante al fondo del pilastro, lo schema di aumento della lunghezza del palo e riduzione delle dimensioni della pianta della fondazione presenta un evidente vantaggio economico rispetto a quello di riduzione della lunghezza del palo e aumento delle dimensioni della pianta della fondazione.

V. Riassunto

Il posizionamento dei pali per le fondazioni composite con

pali CFA è tipicamente confinato nell'area di proiezione della fondazione. La selezione della lunghezza, del diametro e della spaziatura dei pali non solo influisce direttamente sulla capacità portante complessiva della fondazione e sulle caratteristiche di deformazione, ma influisce anche in modo significativo sui costi del progetto, sulla durata della costruzione e sull'efficienza organizzativa. Pertanto, prima di finalizzare il piano di disposizione dei pali e il tipo di fondazione, dovrebbe essere condotta un'analisi tecnico-economica completa multi-parametro e multi-scenario. Questa analisi deve considerare le specifiche condizioni geologiche, i requisiti strutturali e le risorse di costruzione del progetto per selezionare infine la soluzione ottimale che offra i migliori benefici economici, razionalità tecnica e idoneità alle condizioni di attuazione del progetto.