浅谈桩基础设计

 
时间日期:2009-4-14        已被阅读次:[2617]
 
佛山市南海城乡ca88设计有限企业 周宜潭

  [摘 要] 通过对珠三角地区应用最广泛的两种桩基础——预应力高强混凝土管桩基础与
       钻(冲)孔灌注桩基础的优缺点进行比较,使结构设计人员充分理解这两种桩
       基础的应用条件, 合理选择桩基础形式; 通过工程实例分析在同一工程中如
       何同时采用这两种桩基础。
  [关键词] 预应力高强混凝土管桩基础 钻(冲)孔灌注桩基础

  随着经济的快速发展,中国城市化进程加快,城市中各类ca88物拔地而起。珠三角地区因基岩埋藏较浅,约10~30米,且大部分地区基岩风化严重,强风化岩层较厚,上面还有一层全风化层及风化残积土,这一类地质条件适宜采用桩基础,尤其是适宜采用预应力高强混凝土管桩基础;人工挖孔桩和沉管灌注桩已被行政法规限制采用,因此,珠三角地区很多工程是采用预应力高强混凝土管桩基础与钻(冲)孔灌注桩基础(以下将预应力高强混凝土管桩简称为管桩)。如何选择合理的桩基础形式,对于保证结构安全,节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求结构设计人员具有扎实的理论基础、丰富的工程经验,对工程地质勘察报告进行仔细分析,选择最合理的基础方案。
  经过多年的实践,笔者对管桩与钻(冲)孔灌注桩有如下几点看法:
  1 管桩的优点
  1.1 管桩的单桩承载力高,φ600的管桩的单桩承载力特征值可达到3000KN[1];其单位承载力的造价比钻(冲)孔灌注桩要低。管桩桩身混凝土强度高,管桩打入持力层后,桩尖附近的土或岩层经过强烈的挤压,桩端承载力可比原状提高约一倍,所以同样直径管桩比钻(冲)孔灌注桩单桩承载力高许多。
  1.2 管桩应用范围广,适用于各种不同ca88物的基础。管桩常用直径为φ300~φ600,既可以作为单层ca88物的基础,又可作为高层、超高层ca88物的基础,只须结构设计人员根据柱荷载的不同,采用不同的桩径及桩数。
  1.3 管桩适应性强,抗弯性能好。管桩有卓绝的贯入性能,能穿透密实的砂层,对持力层起伏变化大的地质条件比钻(冲)孔灌注桩优势明显,因管桩长短不一,从4~12米不等,持力层起伏变化大时,可以根据地质情况进行合理配桩,搭配灵活;管桩采用预应力工艺成型,其抗弯性能良好。
  1.4 管桩本身质量容易保证。由于采用工厂预制的生产方式,能利用先进的工艺和设备,保证产品质量。
  1.5 成桩质量容易保证。若地质无特殊情况,控制桩长和贯入度这两个参数,其承载力基本上都能保证,而且这两个参数容易把握。
  1.6 施工速度快,工期短。管桩在工厂可提前批量生产,能按施工要求及时提供各种桩型,施工前期准备时间短,一般能缩短工期一~二月。
  1.7 施工现场文明。施工现场无砂石、水泥,无泥浆污染,对施工现场狭窄的工程特别有利。
  2 管桩的缺点
  2.1 若打桩,主要有噪音污染和空气污染(注:因柴油是不充分燃烧);若为静压桩,成本则比打桩高。
  2.2 打桩或静压桩都有挤土作用的问题,容易导致浮桩。
  2.3 管桩不宜用于孤石和障碍物多的地层[3];因为桩尖接触到孤石或地下障碍物时,会导致桩身偏位或大幅度倾斜,桩尖破损、桩身折断或桩头打烂等情况。
  2.4 管桩在石灰岩地区应慎重采用[3];在石灰岩地区,因溶洞、溶沟、石笋等“喀斯特”现象相当发育,在这种地质条件下施打管桩,容易发生以下工程质量事故:
  2.4.1 若岩层表面比较平坦,当管桩接触到岩面时,贯入度急剧减少,桩身反弹,管桩会出现桩尖变形、桩身断裂或桩头打烂等情况;
  2.4.2 若岩层表面比较倾斜,当管桩接触到岩面时,会沿岩面发生滑移;
  2.4.3 因“喀斯特”地形的复杂性,在施打桩过程中,配桩相当困难,有些桩可能落在岩顶,有些桩则可能落在溶洞、溶沟内;
  2.4.4 管桩几乎不能嵌入石灰岩中,因此桩的稳定性差。
  2. 5 有坚硬夹层时不宜应用或慎用[3];在坚硬夹层中施打管桩,容易发生下列工程质量事故:
  2.5.1 在贯穿坚硬隔层过程中,每米锤击数剧增,这样很容易使桩身混凝土产生疲劳破坏;
  2.5.2 桩身和桩头的破损率高;
  2.5.3 有的桩能穿过坚硬隔层,有的不能穿过,导致同一承台内桩持力层不同。
  3 钻(冲)孔灌注桩的优点
  3.1 单桩承载力高;常用桩径为φ600~φ2000,单桩承载力特征值范围为800~25000KN[1];通常框架结构可以采用单柱单桩,承台体积与承台用钢量都比较小。
  3.2 几乎不受场地的限制。尤其是在ca88物密集的地方优势明显,因为在ca88物密集的地方一般情况下不能打桩,另一种桩施工工艺静压桩经常碰到压边桩时场地位置不够的问题,有时边桩须采钻(冲)孔灌注桩;南海桂城某小高层住宅,周围都是居民区,原方案采用打管桩,试打桩时当地居民就提出抗议,认为打桩震动影响居民房子的结构安全,噪音影响他们的正常生活;后来改为静压桩,又因吨位比较大,压桩施工时当地居民感到房屋有震动,又提出不准用静压桩,最后只好采用钻孔灌注桩。
  3.3 能适应复杂的地质条件,对有坚硬夹层的地质条件比管桩优势明显。南海桂城某一高层,原设计为φ500的管桩,持力层为强风化岩层,入土深度约20米;因部分场地存在极密实的砂层,管桩打到约8米时很难继续入土,后改用冲孔灌注桩冲到了26米,持力层为微风化岩层,满足设计要求。
  3.4 无噪音污染和空气污染。
  4 钻(冲)孔灌注桩的缺点
  4.1 施工工期长,一条约20米深的钻(冲)孔灌注桩需3天左右的时间。
  4.2 泥浆问题困扰大。
  4.3 单位承载力造价比管桩高。
  4.4 相对管桩而言质量难控制,钻(冲)孔灌注桩入持力层深度比较难把握,不同的技术人员对土质判别可能会出现差别,还有清渣是否合格,因此钻(冲)孔灌注桩比管桩的质量事故明显多。
  5 工程实例
  南海狮山科技工业园某一厂房高度为24米,跨度为25米,长度为134米,双层吊车,上部吊车为150T,下部吊车为32T,经计算,排架柱底轴力为3400KN,柱底弯矩为3600KN*M,单柱轴力和弯矩都比较大;此工程地质条件比较复杂,场地西部强风化岩层的标高为-12~-6米,上部为粉质粘土与全风化泥岩;场地东部,强风化岩层的标高为-6~-3米,强风化岩层上面多为粉质粘土,只有局部有不到1.0米深的全风化岩层;由西向东总体上强风化岩层的标高逐渐增高。
  最初设计的引导思想是:先全部设计为Φ400管桩,单桩承载力特征值适当取低值为800KN,打桩方向为从西往东,当桩入土深度≤7.0米时,停止打管桩,开始往东方向使用冲孔灌注桩;打桩的同时从东往西方向进行Φ1200冲孔灌注桩,排架柱下采用两桩承台,单桩承载力特征值取3500KN,桩持力层为微风化岩层,冲孔灌注桩定长为20米;等全部桩施工完毕后再出修改图,将管桩与冲孔灌注桩都表示在基础平面图上;如果全部采用冲孔灌注桩,首先基础总造价比较高,其次工期拖得比较长;事实上场地西部桩的持力层为强风化岩层,入土深度都超过8米,场地中间部分桩入土深度最短为7米;通过静载检测,管桩和冲孔灌注桩的承载力都达到了设计要求。
  本工程已完工且交付给甲方使用,至目前为止近一年时间,没有发现基础有任何异常情况,为甲方缩短了工期,节约了资金,得到了甲方好评。
  6 结束语
  桩基础设计是一项十分繁重而复杂的工作,结构设计人员一定要慎重考虑每一个环节,统筹兼顾,不仅要保证ca88物的结构安全,而且要使设计经济合理。
  参考文献
  [1]《ca88地基基础设计规范》(DBJ 15-31-2003).
  [2]《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ/T15-22-98).
  [3]《ca88地基基础施工及验收规程》(DBJ15-201-91).
     
 
 
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