桩基的选择应用

2024-10-15

桩基的选择应用（共9篇）

桩基的选择应用篇1

摘要：桩基已成为在土质不良地区修建各种建筑物特别是高层建筑和具有特殊要求的构筑物所广泛采用的基础形式。

关键词：建筑,桩基,施工技术

1 桩基是一种古老的基础型式。

桩工技术经历了几千年的发展过程。现在, 无论是桩基材料和桩类型, 或者是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展, 已经形成了现代化基础工程体系。随着现代科学技术的发展, 桩的种类和桩基形式、施工工艺和设备以及桩基理论和设计方法, 都有了很大的演进在某些情况下, 采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗桩基的特点:

a.桩支承于坚硬的 (基岩、密实的卵砾石层) 或较硬的 (硬塑粘性土、中密砂等) 持力层, 具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力, 足以承担高层建筑的全部竖向荷载 (包括偏心荷载) 。

b.桩基具有很大的竖向单桩刚度 (端承桩) 或群刚度 (摩擦桩) , 在自重或相邻荷载影响下, 不产生过大的不均匀沉降, 并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。

c.凭借巨大的单桩侧向刚度 (大直径桩) 或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力, 抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载, 保证高层建筑的抗倾覆稳定性。

d.桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩, 在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下, 桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力, 从而确保高层建筑的稳定, 且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻 (冲) 孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等, 其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》中均有规定。

2 桩基的实用与选择

对下列建筑工程要求情况, 可以考虑选用桩基础方案:

不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其他重要建筑物;重型工业厂房和荷载过大的建筑物, 如仓库、粮仓等;对烟囱、输电塔等高耸高结构建筑物, 宜采用桩基以承受较大的上拔力和水平力, 或用以防止结构物的倾斜;对精密或大型的设备基础, 需要减小基础振动、减弱基础振动对结构的影响, 或应控制基础沉降和沉降速率;软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物, 或以桩基作为地震区结构抗震措施。

当地基上部软弱而下部太深处埋藏有坚实地层时, 最宜采用桩基。如果软弱土层很厚, 桩端达不到良好地层, 则应考虑桩基的沉降等问题;通过较好土层而将荷载传到下卧软弱层, 则反而使桩基沉降增加。

总之, 桩基设计应该注意满足地基承载力和变形这两项基本要求。在工程实践中, 由于设计或施工方面的原因, 致使桩基不合要求, 甚至酿成重大事故者已非罕见。因此, 做好地基勘察, 慎重选择方案, 精心设计、精心施工, 也是桩基工程施工必须遵循的准则。

3 灌注桩的施工技术

3.1 沉管灌注桩

沉管灌注桩可采用锤击振动、振动冲击等方法沉管开孔。

锤击沉管灌注桩的常用直径 (指制桩尖的直径) 为300mm~500mm, 桩长常在20m以内, 可打至硬粘土或中、粗砂层。对直径340mm和480mm的桩, 当锤的质量各为1t和2t~3.5t时, 单桩轴向承载力分别约为250KN~350KN和500KN~700KN。这种施工设备简单, 打桩进度快, 成本低, 但很容易产生缩颈 (桩身截面局部缩小) 、断桩、局部夹长、混凝土离析和强度不足等质量事故。其原因是多方面的, 缩颈常发生在软硬土层交界处, 或软弱土层处。因此, 拔管的速度应该放慢, 例如为0.8m/min;管内混凝土量应充足, 应达到1.10~1.15。

3.2 钻 (冲、磨) 孔灌注桩

各种钻孔桩在施工时都要把桩孔位置的土排出地面, 然后清孔底残渣, 要放钢筋笼, 最后浇灌混凝土。直径为600mm或650mm钻孔桩, 常用回转机具开孔, 桩长为l0m-30m, 单桩承载力为1MN-2MN。目前, 国内的钻 (冲) 孔灌注桩在钻进时下钢套筒, 而是利用泥浆保护孔壁, 以防现孔, 常用桩径为800mm、1000mm、1200mm等, 采用的承载力达3MN-9MN。

3.3 挖孔桩

挖孔桩可以采用人工或机械挖掘开孔。人工挖土时, 要挖深0.9m-1.0m时就浇灌或喷射的圈混凝土护壁, 上下圈之间插筋连接。达到所需深度时, 再进行扩孔。最后在护壁内安装钢筋笼和浇灌混凝土。挖孔桩的直径不宜小于1m, 深度为15m者, 桩径应在1.2m-1.4m以上, 桩身长度宜限制在30m内。

建筑工程的建筑场地, 如果浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求, 而又不适宜采取地基处理措施时, 就要考虑下部坚实层或岩层作为特力层的深基础方案了。深基础主要有桩基础、沉进和地下连续墙等几种类型, 但其中还是以历史悠久、广泛选用的桩基应用最为广泛。

3.4 灌注桩工艺的发展

近年来, 我国广泛采用灌注桩, 积累了不少设计和施工的经验, 灌注桩基施工工艺技术也有长足的发展。灌注桩在工作条件下的强度计算, 原则上和钢筋混凝土预制桩相同。

灌注桩的混凝土强度等级, 一般不得低于C15, 骨料不大于40mm, 坍落度一般采用50mm-70mm;以水下导管灌注混凝土, 混凝土强度等级不得低于C20, 骨料粒径应小于管内径的1/4, 最大粒径不大于50mm, 坍落度以160mm-200mm为宜。

当混凝土灌注桩径计算符合要求时, 桩身可不配抗压钢筋。桩顶伸入承台起连接作用的插筋, 可视需要而定。桩身按计算需要配筋者, 对于轴心受压的桩, 主筋的最小配筋率不宜小于0.2%, 受变时不宜小于0.4% (均对非地震区而言) 。如用作抗拔桩时, 钢筋应通长配置。当为受变时, 主筋长度一般取4.0/a, a为桩身变形系数 (单位是1/m) 。当桩用上部为软弱土层或可液化土层时, 主筋长度最好超过软弱土层或可液化土层的深度。

钢筋混凝土灌注桩的混凝土保护支, 厚度一般不小于30mm (抗弯计算时取35mm) , 采用水下浇灌注混凝土者不得小于50mm。主筋端部不设弯钩, 以利钢套管或导管的提升。箍筋宜采用焊接环或螺旋箍筋, 直径一般不小于6mm, 间距为200mm-300mm。当钢筋笼长度超过4m时, 宜每隔2m左右设一道焊接加劲箍筋。钢筋笼在钢套管内埋设者, 箍筋宜放在主盘之内, 且钢筋笼外径至少应比套管的内径小50mm;采用导管浇灌水下混凝土者, 箍筋应放在钢筋笼之外, 钢筋笼内径应比导管联接处的外径大100mm以上, 其外径应比钻孔直径小100mm以上。

灌注桩混凝土浇注要把握这样几个要点:砼的连续灌筑、砼的塌落度、导管的埋深等。

现代科学技术发展的成就, 尤其是电子技术, 计算机技术参加了土力学和基础工程学的领域研究, 建筑工程基础的桩基施工工艺技术, 也在不断发展提高, 正向着现代化、机械化、自动化和标准化的方向迈进。

桩基的选择应用篇2

摘要：在进行软弱地基上的桩基础施工时，关键要做好基础沉降控制的设计。一般在设计时认为负载都由桩来承担，不考虑桩间土的承载力。本文围绕这方面展开讨论，分析了沉降控制复合桩基的优化设计方法，该方法通过合理地计算分析，使水闸的沉降得到较好的控制，平均沉降和整体承载力均符合规范要求，并且降低了施工的成本。

关键词：软土地基；水闸；沉降控制复合桩基；水闸设计规范；地基基础设计规范

引言

随着我国经济的不断增长，建筑施工项目越来越多，建筑技术得到了发展，也保证了施工项目的质量。但是在一些施工项目中，由于没有做好复合桩基沉降控制的工作，直接影响了施工质量。因此如何对沉降控制复合桩基进行优化设计成为了施工人员需要解决的问题。下面结合实例对此进行讨论分析。

1 地质资料

根据勘察单位提供的地质勘察报告，水闸基础下各层土的地质参数详见表1，各层土e-p曲线见表2。

计算原理

2.1 沉降控制复合桩基（以下简称复合桩基）设计应符合下列要求

（1）复合桩基中的桩宜采用桩身截面边长小于等于250mm、长细比在80～l00左右且桩身质量有可靠保证的预制方桩。桩距不宜小于5～6d，并应按桩端穿过高压缩性淤泥质土层、并进入压缩性相对较低的持力层的要求选择桩端埋深。复合桩基承台埋深不宜小于建筑物高度的1/15。

（2）桩与承台下地基土共同承担外荷载的原则如下：当作用在承台底面的荷载准永久组合值大于复合桩基中各桩的单桩极限承载力标准值之和时，桩承担相当于各单桩极限承载力标准值之和的荷载、承台下地基土承担余下之荷载；当作用在承台底面的荷载准永久组合值小于等于复合桩基中各桩的单桩极限承载力标准值之和时，桩承担全部荷载。

2.2 复合桩基的沉降计算应符合下列要求

若作用在承台底面处的荷载准永久组合值为P、承台底面处地基土自重应力为σc，则在该承台下布有n根桩（单桩极限承载力标准值为Rk、扣除浮力作用后的自重标准值为Gpk）的复合桩基，其沉降计算可按下述原则进行：

（1）当P-σcAc≤nRk时，沉降即为在桩顶附加荷载为（P-σcAc）/n+Gpk的n根桩作用下产生的沉降，可参照公式（3-1）、（3-2）计算，沉降计算经验系数宜取1.0。

（2）当P-σcAc≥nRk时，沉降由两部分组成，一部分是在桩顶附加荷载为Rk+Gpk的n根桩作用下产生的沉降，可参照公式（1）、（2）计算，沉降计算经验系数宜取1.0；另一部分是在承台底面附加荷载为P-σcAc-nRk作用下产生的沉降，可按公式（3）计算。

（1）

（2）

T-在沉降计算点处压缩层范围内自桩端平面往下的土层数；Es，t—桩端平面下第t层土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量（MPa）；nt-桩端平面下第t层土的单向压缩计算分层总数；σz，t，i-桩端平面下第t层土的第i个分层处土体的竖向附加应力（kPa）；Δ Ht，i-桩端平面下第t层土的第i个分层的厚度；ψm-桩基沉降计算经验系数；Q-单桩沉降计算荷载（kN），取对应于作用效应准永久组合时的单桩平均附加荷载；L-桩长；1-α，α-分别是桩的侧摩阻力和端阻力占沉降计算荷载的比；Ip，j、Is，j-分别为第j根桩的桩端阻力和桩侧摩阻力对应力计算点的应力影响系数。

s-地基最终沉降量（mm）；ψs-沉降计算经验系数；p0-按作用效应准永久组合计算时的基础底面附加压力（kPa）；n-地基压缩层范围内的土层数；b-基础宽度（m）；i-自基础底面往下算的土层系数；δ-沉降系数；Es，0.1～0.2-地基土在0.1～0.2MPa压力作用时的压缩模量（MPa）。

3 沉降计算分析与桩基优化设计

根据《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010），选择边长250mm×250mm的C30钢筋混凝土预制方桩，考虑桩端穿过④层淤泥质粘土进入⑤1层粘土，计算不同桩长、桩距情况下的闸底板沉降值，采用同济启明星桩基础设计计算软件PiLe7.3计算，计算结果详见表3。

3.1 桩长对沉降的影响

由表3及图1分析可知：

（1）桩数相同、桩距相同、桩端持力层相同的情况下，桩长越长，沉降值越小。

（2）桩端在⑤1粘土中，桩长每增加1m，沉降值减少显著，基本在10～20mm之间；桩端进入⑤2粘质粉土后，桩长每增加1m，沉降值减少很小，基本在1～6mm之间。由此可见，桩端持力层选择在⑤1粘土中比较经济。

（3）在桩长22m以后，沉降值随桩长的变化趋势发生明显转折，因为该处高程为-23.5m，位于⑤1粘土与⑤2粘质粉土分界线上。⑤1、⑤2层土分界线高程-23.56m，桩端应距离该分界线足够的距离，因此桩长选择20～21m较合适。

图2 不同桩数、桩长时闸底板沉降值分布图

3.2 桩数、桩距对沉降的影响

由表3及图2分析可知：

（1）桩长21m时，桩的数量为91根的沉降值为61.6mm，171根桩时沉降值为57.4mm，沉降值相差仅4.2mm，但是数量相差悬殊，明显是91根桩的方案合理。

（2）桩长20m时，桩的数量为91根的沉降值为78.3mm，171根桩时沉降值为68.1mm，沉降值相差10.2mm，但是数量相差悬殊，明显是91根桩的方案合理。

由此可见无论桩长21m还是桩长20m，都应该选择91根桩，桩距7d的布桩方案。

桩长21m的布桩方案比桩长20m的布桩方案沉降值减小了78.3-61.6=16.7mm，混凝土方量增加了0.25×0.25×（21-20）×91=5.7m3，考虑增加的工程量较小，但是沉降减小明显，因此最终选择桩长21m，桩距7d，边长0.25m，总桩数91根的布桩方案。

3.3 桩基承载验算

根据实验结果，对于摩擦型桩基础，桩间土能承担一部分上部荷载，设计时如考虑桩间土承担底板底面以上10%～15%的荷载，工程仍是安全的。

对优化后的桩基验算其承担的荷载，过程如下：

P=35，778kN，σc=18.5×1.5=27.75kN/m2，Ac=23×12=276m2

Rk=715.3kN，n=91，nRk=715.3×91=65，092.3kN

P-σcAc=35，778-27.75×276=28，119kN

基础上部荷载全部由桩承担，因此在闸底板下布置边长0.25m，长21m，桩距7d即1.75m，总桩数91根的优化方案是安全可靠的，同时相比可研阶段的桩基布置方案节省了41%的混凝土量，沉降值减小了10.6mm，经济性大大提高。优化后的桩基布置方案与可研阶段桩基布置方案对比详見表4。

表4 桩基方案对比表

4 结语

综上所述，传统的在软土地基上的水闸桩基设计中不考虑底板下地基土与桩共同承担外荷载的设计理念显得十分保守，我们可以根据实际情况，设计时结合规范标准和理论，考虑桩间土承担底板底面以上一部分的荷载，适当提高复合基桩的实际承载力，达到不影响施工质量的前提下降低施工成本的效果。

参考文献：

[1]黄智鑫.沉降控制复合桩基在软土地基水闸设计中的应用[J].中国水运月刊，2014，14（6）.

桩基的选择应用篇3

肇庆中源名都为新中源房产开发的项目地处风景秀丽的七星岩仙女湖旁边, 项目占地250亩, 开发面积48万m2, 由40多栋高层住宅及10万平方米的超大型的地下室组成。从地质资料显示, 中源名都的地址也属于典型的肇庆地质:石灰岩地区, 地下岩面复杂多变, 遍布溶洞、土洞、斜岩等, 岩面起伏很大。

很多专家都很形象地说:肇庆地下的地质情况就像七星岩一样, 七星岩就是地质运动浮出地面的基岩。

影响基础工程质量的主要地质特点有:

⑴微风化岩面标高变化大。岩溶地区没有强风化或中风化岩的过渡层。

⑵在溶槽地段, 微风化岩面上覆土层存在一软塑或流塑状粉质粘土。在这一层中常会有大量土洞。

⑶微风化岩的一定深度范围会存在深浅不一的溶洞。重要的是岩面标高的变化, 土洞、溶洞位置、大小在岩溶地区要查清是不可能的。地质钻探所查清面积不到占地面积的万分之一。

2 目前肇庆使用桩基形式概况

2.1 静压 (锤击) 预应力管桩

⑴承载力不高:根据一期经验, Φ500的管桩单桩承载取值≤125t, 锤击桩只能达到90t。而在非溶岩地区, 一般可采用的180～200t, 甚至更高;

⑵废桩率高:施工质量好的可控制废桩率为5%～10%;而且经常会采用废一补二的方案, 这决定了预制管桩的不经济性, 造成检测的困难以及大大影响工期;

⑶静压桩机很重易陷机:一期场地施工时由于一次回填厚度不够, 造成多次回填、换填的情况, 误工费时, 且影响造成很多桩基倾斜;

⑷锤击桩容易烂底:由于地质是软弱土层直接过渡到微风化层, 使用锤击桩很容易造成烂底事故, 管桩很容易放置在岩尖、斜岩上而不能验证, 工程质量很难保障。

⑸软弱土层开挖影响管桩倾斜:一期3号楼由于对该种地质预见性不够, 造成了大面积的倾斜和废桩, 造成了较大的工程质量事故, 损失非常大, 教训非常深刻。

⑹管桩稳定型不够:由于地质是软弱土层直接过渡到微风化层, 土层对管桩的水平嵌固作用非常小, 水平承载力非常低, 发生地震时很容易引起桩基倾斜失稳事故。

2.2 静压 (锤击) 混凝土方桩

⑴承载力不高 (比预应力管桩更低) (预应力管桩类似) 。

⑵由于混凝土方桩为实心桩, 混凝土强度一般达到C25～C40, 配普通钢筋, 因此其抗折能力较强, 容易在斜岩面稳定, 因此, 废桩率比预应力稍低。

⑶其余施工的优缺点与预应力管桩类似, 不再详述。

2.3 大直径冲孔桩

肇庆地区高层建筑绝大部分基础形式是端承在微风化岩的大直径冲孔桩 (二期11号楼高层拟采用该种桩型) , 也存在很多问题 (肇庆地区经过多年的实践, 现在一般都不采用该种桩型, 只在万不得已的情况下才采用该种桩型) :

⑴基岩面多为大倾角倾斜, 卡钻、掉钻多有发生。

⑵串珠状溶洞占有比例50%左右, 桩端往往需穿过多层甚至8、9层溶洞, 施工困难很大。

⑶岩溶地区每桩需做超前钻, 以至每根桩直径范围需做不少于3根超前钻。3号楼同一桩的超前钻的结果都不一致, 因此, 地质变化非常大、复杂。

⑷造价高。熔岩地区的钻孔桩混凝土扩散系数非常大, 3号楼有些桩扩散系数达到1.8, 造成成本很高。

⑸施工工期长:由于地质复杂, 持力层判断困难, 岩面倾斜造成冲岩困难, 施工周期很长, “肇庆新世界花园”工地就有一根桩施工半年以上 (肇庆已经发生了多起) 的情况发生。

3 新桩型研讨

综上所述, 引入新的桩型是有其必要性的, 要求二期基础形式的研判作为2008年技术创新的重要研究课题, 我作为课题组组长。

据了解, 花都地区地质情况同肇庆相类似, 都是熔岩发育地区, 但花都已经极少采用预制管桩和钻 (冲) 孔桩基础, 而是采用一种叫“CM三维高强复合地基”的新型基础形式。“CM三维高强复合地基”已在深圳及长沙岩溶地区施工, 长沙鸿信大厦 (21层) 、龙岗宏兴苑 (19层) 、广州雅居乐、雅宝新城、万科、保利等, 近几年在广州北部广花盆地岩溶很发育地区处理有几百万平方米建筑面积地基。已收到显著的经济效益。

根据公司领导指示, 课题组与中国建筑科学研究院的“CM三维高强复合地基”专利发明人沙教授联系并进行了研究, 以及以二期11号楼进行了技术技术经济比较分析。并请沙教授与施工图设计院技术人员一起, 研究基础的可行性, 现已取得阶段性的成果, 下面对其进行介绍:

4 CM三维高强复合地基性能及实验情况

(注:该课题研究曾获7次获国家、省部科技进步奖, 建设部科技进步二等奖、国家科技进步三等奖, 1997年建设部行文于全国重点推广新技术。课题自1992年来先后在深圳、天津、北京、湖南、湖北、江苏、云南、海南、浙江、广东等各种地质状况进行了较多的工程实践, 取得了好的工程经济技术效果。)

4.1 工作原理

“CM三维高强复合地基”施工有广泛适应性, C桩可采用钻孔灌注桩、沉管桩、长螺旋压灌桩、予应力管桩;M桩可用深层搅拌桩 (干法或湿法) 、高压旋喷、低标号现浇桩。

新型“CM三维高强复合地基”——一种新型复合地基与目前的复合地基发生了质的变化, 取得了最意想不到的效果, 竞就使地基强度提高了近十倍。

⑴平面上形成极有利的三个刚度梯度, Es数量级各为:土:101MPa;亚刚性桩 (M桩) :102～103MPa;刚性桩 (C桩) :103～104MPa。极利于桩土协调变形。

⑵竖向利用了桩的有效工作长度不同, 设计成刚性桩长, 亚刚性桩短。从而在竖向形成三个刚度梯度, 成为三层地基, 即基底以下:

第一刚度:刚性桩+亚刚性桩+土

第二刚度:刚性桩+土

第三刚度:原天然土

这不仅降低了造价也减少了变形。

⑶新型复合地基改变了刚性桩与亚刚性桩复合地基应力场, 见图3。

应力场:加筋范围全场地通过应力等值线, 使被加固的桩间土处于有利的三向应力状态, 使土的参与工作系数大于1 (可达到1.2～1.6) 。与此同时C桩端土的高应力又调动了桩端土的强度, M桩端应力又增加了C桩的正应力。

4.2 性能特点

⑴铺设褥垫层可协调桩土变形并调动浅层土参加工作, 首先, 长期荷载作用下土体的自重固结, 仅依靠垫层的流动补偿是难以完成的, 严重情况下甚至可能垫层被剌穿, 亚刚性M桩介入可以有效避免。

复合地基应力场, 促使加固土处以有利的三向应力状态, 使土的参与工作系数大于1 (可达到1.2～1.6) , 与此同时, 桩端土高应力又调动了桩间土的强度 (见图4) 。

⑵亚刚性桩的介入不仅调动了浅层土也调动了深层土参加工作。

⑶由于复合地基中刚性C桩较长通常下端置于较好土层, 可调整C桩长度以提高地基强度的同时, 控制地基变形。

⑷刚性C桩可以大幅提高复合地基承载力。

⑸由于基础与地基间的柔性垫层能有效的对建筑物地震力卸载有利于抗震, 可广泛的应用于地震区。

⑹亚刚性M桩介入改变了刚性桩及亚刚性桩。

4.3 造价与工期

4.3.1 造价低

为什么工程造价能大幅度的降低:

⑴与桩基比较, 桩基受力是由桩周表面与土的摩擦力及端部承载力, 桩之间的土不能发挥作用, 而复合地基利用了原天然土承载力, 那么设计中可以就土的承载力缺多少补多少。

⑵上部建筑对土的附加应力是随着深度而减少的, 所以, 地基土的处理深度有可能远比桩基的桩长为小。

⑶由于采用复合地基, 因而地下室部分挖除土重所抵消上部建筑对地基土的附加荷载。

⑷复合地基中的加筋材料可以采用低价材料, C桩无钢筋, 可采用低标号砼。

⑸与桩基比较, 单位体积材料所发挥承载力要高于桩基。

由于该桩采用的是C桩多采用长螺旋压灌桩, M桩多采用深层搅拌桩, 这二种桩的主要材料是价格比较低廉的水泥, 所以成本都比较低, 我司预算部对11号楼2梯基础含地下室板的造价进行了对比。

注: (1) 采用CM桩基础可以不对场地软弱土层进行换填, 根据估算, 二期可以节约土方换填量23500m3, 可以进一步降低工程造价; (2) 考虑到管桩补桩、废桩率较高的因素, CM桩降低成本的优势更加明显。

4.3.2 施工工期很快

在施工周期方面, 由于预制管桩会经常出现废桩, 而且静压桩机和锤击桩机移机不方便, 所以施工周期比较长;对于钻 (冲) 孔桩, 由于地质原因, 所需的施工周期则更长。而CM桩由于长螺旋压灌桩移机方便, 深层搅拌桩施工工艺比较成熟, 所以施工速度很快, 通常C桩正常情况下1天24小时施工的话800m, M桩正常情况1天24小时施工的话500m左右。

4.3.3 桩基质量容易保证

从CM桩的施工机械、施工工艺以及邻近地区采用CM桩的经验看来, CM桩的施工难度低, 受场地影响比较少, 施工质量比较容易保证。

4.4 小结

从以上几点分析, 采用CM桩具有造价低、工期特快、不需换填、施工质量容易保证等特点, 对解决熔岩地区的复杂地质非常有针对性, 对降低房地产开发成本、缩短工期有重大意义。

4.5 存在问题

根据对肇庆地区的调研, 当地暂缺乏应用经验。而且很多失败的案例。经过与专家研讨, 初步认为肇庆地质适合三维基础。课题攻关组组织对CM三维基础对肇庆地质的适应性需要进行进一步的试验或探讨, 根据以往经验, 搅拌桩添加了石膏作为混合剂及助凝剂。

4.6 现场搅拌桩实验情况

根据“肇庆市中源名都二期工程场地”地勘报告揭露, 拟建工程二期基础下土层不均匀分布有淤泥及淤泥质土, 且淤泥层较厚。地勘报告对淤泥层描述为:深灰色, 富含有机质, 夹少量碎贝壳及朽木, 饱和, 流塑;该层分布不均匀, 厚度变化较大, 平均厚4.02m。

针对本工程地基拟采用“CM三维高强复合地基”方案, 其中“M桩”为深层搅拌桩, 为使更好了解场地土质特性, 设计前对拟处理的最软弱层软土 (淤泥层) 进行了室内配比试验。本次试验共做了六组, 每组六块试块。

搅拌桩配比如表2。

参考《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 79-2002) , 水泥土的强度随龄期的增长而增大, 在龄期超过28d后, 强度仍有明显增长。从抗压强度试验得知, 在其他条件相同时, 不同龄期的水泥土抗压强度间关系大致呈线性关系。

其经验关系式如下:

当龄期超过三个月后, 水泥土强度增长缓慢。180d的水泥土强度为90d的1.25倍, 而180d后水泥土强度增长仍未终止。试块标准养护7天后进行抗压强度试验, 报告只提供试验荷载, 现计算fcu7如表3。

以上结果表明:水泥搅拌桩在肇庆地质添加了石膏后, 大大增加了搅拌桩的试压强度。

5 结论

⑴肇庆地区地质适合搅拌桩的施工, 也适合CM复合基础的施工;

⑵CM桩造价最低, 工期最短、易于控制沉降、质量容易控制等特点;

⑶综合以上多种桩型对比, CM桩复合基础是最适合肇庆、花都灰岩地区的桩型。

⑷中源名都拟于二期、三期采用该种桩型, 预计将减低基础成本1000万元左右, 缩减工期5个月左右。对加快房地产开发进度, 减少银行利息, 提早销售回笼资金有重大意义。

参考文献

[1]沙祥林.“CM三维高强复合地基”及在深圳的实践.第二届深圳市建筑结构学术交流深圳.2000年

桩基础在建筑中的应用分析篇4

关键词：桩基础；刚度；建筑；荷载

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0159-01

桩基础作为一种常见的建筑基础，早在古代我国就有运用记载，这也为目前的建筑发展奠定了深厚的基础。基桩和承台这两个部分共同构成了桩基础。这种基础类型拥有很高的承载能力，并且发生的沉降量较小。除此之外，桩基础还具有很高的普适性，几乎适用于各类工程项目以及各种地质状况，尤其是在沿海以及一些地质松软的地区建造重型建筑时，更凸显出其特点以及适用性。在建筑工程中，勘察、设计以及现场施工等每一个步骤都非常重要，它直接影响到桩基础的质量。因此，必须严格实施每一个环节以确保工程质量。在进行桩基施工时，由于其拥有较高的工艺及质量要求，因此在工序上就会显得繁多，施工的条件上也会非常复杂。

1 桩基础的类型

桩基础根据其受力的原理不同以及施工方式的差别可大致分为摩擦桩、承载桩、预制桩和灌注桩等四种。当地质环境中承载层的位置比较深时或没有可以用作承载的地层时通常会用到摩擦桩。由此可见，摩擦桩用来承受荷载的方式是通过自身基桩与地层的摩擦来实现的。摩擦桩根据力的不同还可再分为拉力桩和压力桩。若地质环境中有很好的承载层能够承载构造物时，这时我们就可以选用承载桩。承载桩是将桩基作用在岩盘上来承受荷载的。可以见得，摩擦桩和承载桩的最大区别就在于其受力不同。对于建筑要求较高的工程，可以运用预制桩，预制桩在满足高强度的建筑要求时还能够节省材料。由于预制桩在施工过程中需要利用打桩机进行，因此可能会受到机械数量的影响而拉长工期。此外，在将预制的钢筋混凝土桩打入地下时，其施工难度也较高。相比预制桩而言，灌注桩在施工过程中难度较低，它是通过在事先钻好的具有一定深度要求的钻孔内放入钢筋并浇注混凝土来完成的。在钻孔时若采用人工挖孔，就可以不受机械数量的影响而大大缩短工期。但是灌注桩最大的不足之处就是承载力很低，这一点决定了它不适用于高强度的建筑。由于桩基础的分类以及所采用的材料和施工方式不同，在实际工程施工中，最常用的有钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、预应力钢筋混凝土桩以及预制钢筋混凝土桩、钢管桩等。每一种都有其特有的建筑要求及适用条件，必须按照相关要求及需要来选用。

2 桩基础的特点

①桩基础在竖向承载能力方面较强。不论建筑的地质环境中承载层的位置深浅，有无可以支承构造物荷载的承载层，桩基础都可以依据较大的摩擦力或是坚硬的持力层来承负起构造物所有的竖向荷载以及偏心荷载。因此，可以看出桩基础具有很强的竖向承载能力。

②桩基础的竖向刚度较大。由于桩基础在竖向刚度方面性能较好，因此不会由于建筑物自重或是相临载荷的影响而出现较大幅度的不均匀沉降，并且建筑物不会出现超出规定范围的倾斜。

③桩基础的侧向刚度大。大风及地震作为建筑物牢固程度的两个重要“自然”检测指标，其带来的危害相当大，尤其是高层建筑。而桩基础能够利用其巨大的侧向刚度来抵抗这两大自然危害带来的水平及力矩荷载。由此可见，桩基础的整体抗倾覆能力较强，从而使高层建筑的稳定性得以保证。

④桩基础的抗压及抗拔能力较强。由于桩基础的桩身是穿过了液化土层并受力在坚固的承载层上的，因此当出现浅土层塌陷或液化的情况时，桩基础依旧能够凭借其较深的土层来稳固建筑物，并且不会出现大幅度的倾斜及沉陷，从而使得建筑物具有较好的稳定性能。由此可以看出，桩基础有很强的抗压以及抗拔的承载能力。

3 桩基础在建筑应用中的一些常见问题及原因分析

在桩基工程施工过程中若出现问题，此时对问题的分析及处理会对桩基工程以及整个建筑的工期、造价、建筑质量产生非常大的影响。因此，有必要对桩基础在建筑应用过程中出现的一些常见问题进行总结分析，防止发生类似的问题，确保整个工程能够安全、经济、正常进行。

①桩基的实际承载能力低于设计要求。出现这种情况的原因通常有以下几点：一是由于桩基深入地下的深度达不到或是深度已达到设计要求但没有进入到设计中要求的持力层；二是工程在勘察后所出具的报告中有关数据与实际的情况不符合；三是最终的贯入度太大；四是单桩的承载能力由于过度倾斜或是出现断裂而造成其承载力降低。

②桩基过度倾斜。这种状况出现的原因如下：一是进行基坑施工时土方开挖不当；二是由于桩基各部分的中心线没有重合，出现了偏心现象；三是桩端遇到障碍，比如石块等；四是预制桩的尖端出现变形或是位置不正，顶面出现倾斜等质量问题；五是由于打桩的顺序不对或是桩与桩之间距离太小而引起挤土效应；六是桩架和地面之间由于桩机安装出现倾斜而不能使其保持垂直。

③桩基出现断桩现象。当桩基出现过度倾斜时会发生断裂现象。除此之外，还有三种情况也会导致断桩的发生：一是锤击的力度过大或是次数过多；二是桩在堆放过程中或是起吊时支撑不当或吊点位置不对；三是由于沉桩时遇到较硬的地质层，此时依然进行锤击而发生弯曲进而出现断裂。

④桩基础中桩的接头处发生断离。由于建筑基础工程中，有时需要较长的桩，而桩的施工工艺决定其预制方式需分段进行并分段沉入。那么，在每一段的接头处通常是采用钢制焊接件来进行连接的。通过对建筑施工中的常见问题总结可以看出，这种接头发生断离的现象较为常见。

⑤桩基础中桩位的偏差较大。造成这种现象的原因主要是存在挤土效应、沉桩时工艺存在问题，或是测量放线出现了偏差等。

4 处理桩基础工程施工中问题的常见方法

在桩基础工程施工中若出现问题，此时一定要结合实际施工情况严加审核处理方案，使其满足安全、可靠、合理、经济、方便的要求。在诸多的处理方法当中，最常见的有补桩法、补沉法、纠偏法、送补结合法以及扩大承台法等等。下面对这些常见的问题处理的方法作以简单的介绍。

补桩法必须结合业主、设计及监理三方的意见，之后再拿出相应的补桩方案进行施工处理。由于这种方式牵扯到三方的意见并且耗费资金，工期也较长，因此很少得到各方的认可。对于补沉法来说，就比较易于操作实施。只要出现桩受土体的隆起而被迫上抬或是进入地层的深度未达到要求时，都可以采用补沉法来进行处理。纠偏法是当出现由于开挖基坑造成的没有发生断裂的桩身倾斜或是桩长较短且没有发生断裂的桩身倾斜时，可以将其局部开挖再通过千斤顶来进行桩身复位。在桩基础施工过程中，沉桩时有时需要分段沉入，而送补结合法就适用于桩基础中桩的连接处发生脱离的情况。通过对有问题的桩进行复打使其下沉而将桩的连接点顶紧，也可以再补打一些全长完整的桩，这样一来整个基础的竖向承载能力就会大大得到提高，抗震能力也随之增强。对于扩大承台法而言，当桩位出现较大偏差时，可以采用这种方法进行处理。或是出现单桩的承载能力不能够满足设计要求时，此时就可以利用扩大承台法将承台进行扩大并与周边地基一起承负荷载。倘若出现桩基的质量不均匀，这时为防止独立承台发生不均匀沉降，也可以采用扩大承台法将各个独立承台连接起来，以此加强基础的抗震性能。

综上所述，桩基础作为建筑工程中一种常见的基础类型，我们必须对此项技术进行透彻的了解，并结合工程施工实际严格把好勘察、设计以及现场施工等每一个步骤，发现问题及时通知各个部门并作出最为合理的处理方案，消除各种质量隐患，确保整个工程的各项指标都满足设计要求。

参考文献：

桩基的选择应用篇5

1 桩基础选择良好桩端持力层的重要性

按现行桩基工程技术规范, 所有类型桩基础其竖向承载力设计时的承载力值均为桩端土与桩周土侧受力之和, 设置桩基础的目的不仅仅在于其改善软弱地基的承载力, 也要考虑其沉降因素, 往往由于桩端没有进入良好的持力层, 致使其沉降较大, 使得总沉降不能满足要求, 这样的地基处理无疑是失败的。

桩基础选择良好桩端持力层并且桩端进入良好的持力层, 是很重要的, 一个是将桩端承载力 (含持力层桩端侧阻) 做为安全储备, 防止上层软弱土的负摩阻或砂土液化;二是进入一定嵌固深度, 防止桩体倾斜或浮桩。

从理论上理解是否选择好的桩端持力层并不重要, 重要的是只要满足了承载力、变形及稳定验算后, 一切都是可以的, 但是在深厚软弱土层中, 这些计算往往是定性的, 定量计算与实际相差较多, 难以吻合, 所以在实际工程中桩基础选择什么样的持力层是很重要的事。虽然说有些桩长相对比较长, 但那也要看上部结构荷载的影响, 如果说是厂房或低层一类要求承载力比较小的建筑物可以满足要求, 这种就是通常所讲的摩擦桩, 但是提到端层桩就与它所选的持力层密切关系, 比如:持力层为砂层或粗砂层, 有些桩基础在施工时它的压桩力可能满足设计的要求, 但是经过一段时间后它的压力可能就没有之前那么大了, 因为有的砂层存在液化现象, 选择这样的持力层对建筑物的危害是很大的。

2 桩端进入良好持力层的重要性

桩端选择良好的持力层, 不但可以增加单桩极限承载力, 还能够有效控制沉降。反之, 工程容易出现这样或那样的问题。而桩端按要求进入一定嵌固深度, 达到良好的持力层则是更加重要的, 如果选择好了适合工程的良好的持力层, 并在桩基础施工中完好的进入一定嵌固深度到这个持力层, 那么就会保证桩基础和建筑物的稳定性, 反之会产生很大的沉降, 如果没有及时处理, 会导致建筑物失稳, 甚至倾斜乃至倒塌。

下面用一个实例来说明:某煤业集团总医院综合医疗大楼工程位于辽宁省调兵山市调兵山大街, 该工程是拆除原有部分建筑物并扩建, 占地面积49903 平方米, 总建筑面积约54509 平方米, 拟建主楼16 层, 附楼5 层, 地下停车场1 层, 通过勘察单位提供的本工程岩土工程勘察报告, 确定土层顺序由上至下如下:①杂填土:松散, 不宜利用。②粉质粘土:可塑-软塑状态, 分布稳定, 承载力低, 可做低层建筑物天然地基。②-1 粉质粘土:可塑-软塑状态, 分布稳定, 承载力低, 可做低层建筑物天然地基。③角砾:为中硬土, 分布稳定, 是拟建物良好的基础持力层或下卧层。④砂岩、泥岩:为中硬土, 分布稳定, 是拟建物良好的基础持力层或下卧层。⑤角砾岩:为中硬土, 分布稳定, 是拟建物良好的基础持力层或下卧层。

综合研究分析确定持力层为③角砾, 基桩设计形式为为螺旋钻孔压灌桩。为了验证设计的可行性, 在龄期满足的条件下, 2011 年4 月6日至4 月11 日进行了三根试验桩 (2 根桩径为800mm, 1 根桩径为600mm) 的检测, 检测方法为低应变反射波法和静载荷试验检测 (抗压、抗拔) , 检测目的是: (1) 通过低应变反射波法检测, 评价桩身完整性。 (2) 通过单桩竖向抗压静载试验检测, 判定单桩竖向抗压承载力特征值是否满足设计要求。 (3) 通过单桩竖向抗拔静载试验检测, 判定单桩的竖向抗拔承载力特征值是否满足设计要求。

首先对三根试桩进行了低应变反射波法检测, 经检测结果如表1所示。

三根试桩全部为Ⅰ类桩:桩身砼结构完整。桩底反射合理, 实测波速在合理范围内, 桩底反射波到达前, 无同相反射信号出现。满足设计要求。

随后对试1 和试2 号桩进行了单桩竖向抗压静载试验, 现场试验采用慢速维持荷载法, 最大加载量按设计单桩竖向承载力设计值的2倍进行, 逐级等量加载。

现场检测记录如下:

试1 号桩单桩竖向抗压承载力特征值1800k N, 加载至最大加荷值为3600k N时, 对应的桩身沉降量为39mm, 检测结果可以满足设计要求。

试2 号桩单桩竖向抗压承载力特征值1200k N, 当现场荷载为800k N时, 对应的桩身沉降为2.61mm;当现场荷载为1200k N时, 对应的桩身沉降为5.23mm;当现场荷载为1600k N时, 对应的桩身沉降为10.36mm;当现场荷载为2000k N时, 对应的桩身沉降达到30.56mm, 已经出现了陡降, 而当现场荷载加载为2400k N时, 对应的桩身沉降则为69.12mm;最后当现场加载至2800k N时, 桩身沉降为220.41mm, 现场记录仪已经无法加载和记录沉降, 桩身已经可以用目测来观察沉降, 可以判定试2 号桩的桩身承载力不能满足设计要求。试2 号桩Q-S曲线及汇总表如图1 所示。

出现这样情况后, 业主单位立即与设计单位、施工单位、监理单位以及检测单位在施工现场分析了试验桩出现问题的原因:由低应变反射波法检测试2 号桩的桩身完整性来看, 判断试2 号桩的桩身并无断桩或其它缺陷, 而在单桩竖向抗压静载试验中的沉降量却大大超出了规范里所规定的正常沉降量, 本工程的持力层为③角砾, fak=240k Pa, 说明持力层的选择符合本工程的承载力设计;持力层的上一层为②-1 粉质粘土层, fak=120k Pa, 所以造成桩身沉降量过大而不能满足设计要求, 就是因为在桩基础在施工中, 打入过浅, 桩端没有能够进入到持力层③角砾层, 而是停留在②-1 粉质粘土层, 从而使桩身产生了很大的沉降, 不能满足设计承载力。

下面再深入研究一下由于上面原因的问题桩对建筑物的危害性。如果施工单位没有按要求将桩端打入持力层, 接下来没有检测单位前期对桩基础的检测, 那么对后期的主体施工就具有致命性的危害, 轻则桩基下沉轻微或不均匀造成楼体倾斜, 严重的像上面试验桩所出现那么大的沉降可能会造成整个楼体的塌陷, 成为“楼倒倒”, 对人员的生命安全造成极大地威胁, 后果不堪设想。

桩基的选择应用篇6

1 选择桩体模型材料

相似材料原料在选择时应尽量满足以下要求[3]:

1)与原材料有关的特性要求;

2)变化其用量后,可使相似材料的物理力学指标有较大幅度的改变;

3)无毒、无污染、来源丰富,成本低。

根据相似理论原理,文献[1]确定了实验模型的实验域和相似比。在模型试验中,常用的材料有:金属、塑料、石膏、水泥砂浆和微混凝土等。桩体模型选用的材料有:微混凝土、钢、铝、硬聚氯乙烯(PVC)、高强度胶木棒和石膏,相应材料的物理指标参数见表1。

群桩实验的相似控制条件为刚度相似[1]。根据文献[1]中的计算公式:

式中:(EI)m—桩身模型材料的刚度;

(EI)p—原型钢筋混凝土桩身的换算刚度;

CEI—刚度相似系数;

Cr—密度相似比;

CL—长度相似比。

根据文献[1]中的数据及公式(1),计算微混凝土的直径R得:

代入微混凝土的物理参数,解得R=50 mm。

根据材料的断面尺寸及物理参数,同理可以计算出各材料的D、d或R。计算结果见表2。

2 计算模型材料的应变量

根据相似理论的π定理,当模型与原型材料相同,模型轴力为原型轴力的倍,模型弯矩为原型弯矩的倍。当模型与原型的材料和尺寸不同时,模型轴力为原型轴力的倍。模型弯矩为原型弯矩的倍。

根据轴力计算公式N=EAε,模型材料桩身截面的应变ε得:

或

式中:E—模型材料的弹性模量;

A—模型材料的面积;

N′—原型桩身任意截面的轴力;

CL—长度相似比;

CE—弹性模量相似比;

ε—模型材料桩身截面的应变。

计算原型桩身在任意截面轴力N’作用下的应变量ε得:

同理计算各种模型材料桩身截面应变量εi及与原型桩身在同一截面应变量的比值ε/εi,各值见表3。

注:以上的值与表1中材料尺寸相对应。

根据弯矩计算公式,模型材料桩身截面的拉、压应变之差εl-εy:

或

式中:E—模型材料的弹性模量;

I—模型材料桩身的截面惯性矩(mm4);

M′—原型桩身任意截面的弯矩;

Cl—长度相似比;

CE—弹性模量相似比;

εl、εy—模型材料桩身截面的拉、压应变;

d—模型材料桩身外径(mm)。

计算原型桩身在任意截面弯矩M′作用下的拉、压应变之差εl-εy得:

同理计算各种模型材料桩身截面的拉、压应变之差εl-εy,以及与原型桩身在任一同桩身截面的拉、压应变之差εl-εy的比值见表4。

注:以上的值与表1中材料尺寸相对应。

应变ε是一个无因次量,根据相似理论,原型与模型的应变值应相等,即Cε=1[3]。根据表3和表4可知,与原桩身材料相比,弹性模量和重度较大的钢材料应变量较小。弹性模量和重度较小的硬聚乙烯(PVC)和石膏的应变量大,与原桩身材料的应变量相差一个数量级。与原桩身材料弹性模量和重度相等的微混凝土的应变量与原桩身材料的应变量相等。弹性模量和重度与原桩身材料相差不大的铝材料和高强度胶木棒的应变量与原桩身材料的应变量相差不大不。

3 结论

计算模型的轴力及弯矩的精确度是由模型材料的变形量决定的,为了得到较高的精确度,则要求变形量要大,模型材料的弹性模量就要低。如果材料的弹性模量过低,则可能会出现非线性特征。所以,为了保证实验的准确性,最理想的模型材料为与原型材料的弹性模量和重度相同的材料,其次是弹性模量和重度相差不大的材料。

摘要：在桩体室内模型试验中,模型桩体和原型桩体的轴力及弯矩的分布图一致,是由测量模型材料的应变量的精度确定,为了得到较大的应变量,对模型材料的选择至关重要。对《李子沟特大桥超大群桩基础试验研究》文中的桩体选择几种模型材料,通过计算选择材料的应变量,理想的材料为与原材料的弹性模量和重度相同的材料,其次是弹性模量与重度和原桩身材料相近的材料。可为其他同类模型试验选择材料作参考。

关键词：模型试验,应变量,弹性模量,重度,材料选择

参考文献

[1]谢涛.李子沟特大桥超大群桩基础试验研究[D].西南交通大学,2002:6-24

[2]闫秋林.刘家峡大桥钢管混凝土桥塔模型试验设计及受力性能分析[D].兰州交通大学,2012:40

[3]顾大钊,著.相似材料与模型试验[M].徐州:中国矿业大学出版,1995:27-39

[4]袁文忠,著.相似理论与静力学模型试验[M].成都:西南交通大学出版社,1998

[5]徐挺,编著.相似理论与模型试验[M].北京:中国农业机械出版社,1982

桩基的选择应用篇7

铁路营业线的桥涵改造施工,常常采用预制顶进的办法,能有效的节省工期,减少路基暴露时间。顶进作业根据实际情况有空顶和切土顶两种实现办法,各有利弊。

1 工程概况

邯济铁路复线工程中的某车站改造,设计增设一座旅客地道,采用预制顶进的方法。在车站南侧临时征地预制,向北侧垂直线路顶进,穿越既有线的站内3股道。顶进涵身长26.14 m,顶进距离45 m。涵身高5 m、宽7.7 m,涵顶到路基面1.3 m。设计涵身底部有60 cm厚的垫层,垫层下为桩基础。

本顶进工程的特点在于,虽然顶进中的路基填筑土密实度很好,但是地基地质情况为粉土夹杂粘土层,设计单位认为必须做地基处理,采用了6 m深的高压旋喷桩基础加砂夹碎石、混凝土垫层方法,虽经多次讨论不能更改。因此如何在顶进方案中实现地基处理是关键问题。

原设计方案为切土顶进,施工时经比较权衡改为空顶,大幅缩短了工期,同时也保证了施工过程顺利和安全稳定。

2 切土顶进施工方案与空顶的利弊分析

设计方案为切土顶进,并且前期业主现场调查时曾要求为保证线路稳定,必须采用切土顶进。并且设计单位明确地基处理措施不能更改。因此一开始制定了边顶进边施工地基的切土顶进方案。

2.1 施工步骤

切土顶进施工流程如图1所示。

2.2 涵洞预制

预制位置在路基南侧(北侧被其他工点占用),尽量靠近路基坡脚,又在铁路工务部门的要求下不能侵入坡脚过多。滑板铺设时尽量向顶进前方延伸。滑板表面设2%的抬头坡,减少扎头的不良影响。

在涵身顶进方向前端安装钢刃脚。钢刃脚为20 mm厚钢板结构,分顶部、左、右侧三部分,其中顶部伸长1.5 m。除了切土,在顶进中能起到棚护作用。

涵身前端底板浇筑出长30 cm,高5 cm的船头坡,防止顶进中挤住垫层相接形成的错台。

2.3 顶进工序循环

在顶进工序中,根据涵洞高度和孔径,岀于确保安全的考虑,工人只能在钢刃脚下方作业,因此计划每循环的进尺距离为1.5 m。在每循环中,要依次完成开挖、打桩、挖桩头、设砂石垫层、浇混凝土垫层、等待垫层上强度、顶进,共7道工序。

1)开挖工序。涵洞外高度4.9 m,垫层厚0.6 m,涵顶覆土厚1.34 m,开挖高度H=4.9+0.6+1.34=6.84 m;宽度7.7 m,不考虑放坡塌方时估算开挖断面积为45 m2,每1.5 m进尺土方67 m3,总共出土数量2 000多平方米。人工开挖进度太慢,但是涵洞净高仅为3.4 m,大型挖掘机臂长又无法在涵内施展,开挖只能采用斗容0.3 m3左右的小挖掘机,并且小挖掘机也不能在涵内装车,只能挖松土后开出涵洞,再进装载机运土。2)桩基施工。打桩所用的高压旋喷桩机最小工作高度为2.8 m,可以在涵洞内作业。所需泥浆池、水池等的布置位置可以增加临时征地解决。3)砂石垫层施工采用小型振动夯机按20 cm分层夯实可以达到要求。混凝土垫层施工时,采用装载机运混凝土至洞内。由于施工准备时已经是10月份,工期内气温将不断下降,垫层混凝土达到强度的时间变长,按5 d考虑。

2.4 顶进后工序

顶进就位后涵顶回填路基表层填料,预留注浆孔,做压力注浆。

2.5 方案优劣分析

涵洞顶进距离为45 m,每循环进尺为1.5 m,需要30个循环完成。每个循环的完成时间为:开挖和出土需要1 h;打桩:桩机移位0.5 h,每根桩长为6 m,按提钻深度每分钟20 cm计算需要30 min,考虑移钻和钻入时间每根桩的施工时间为45 min,平均每进尺有桩15根,共需要11.5 h。静止24 h后挖桩头,挖桩头时间(机械移位、挖土、运土时间)1 h,浇筑混凝土及连接钢筋(为防止垫层被顶进拖断开)施工时间为3 h,混凝土垫层承受顶进摩擦力,其养护时间至少为5 d。合计每循环时间为6.7 d,总共需要6个月。6个月的工期无论是施工单位还是业主均难以接受。而且循环工序步骤复杂,使用的机械多样,需要多个工班协同作业。每个工序都必须提前准备到位才能不影响进度,存在一定的组织难度,工期拖延的风险比较大。采用切土顶进的优点在于利用钢刃脚挡土,开挖面积小,对既有路基的影响小。但是本涵顶部覆土厚度仅为1.3 m,跨度却为7.7 m,开挖过程中顶部极有可能自然塌落,是无法稳定的。根据铁路安全规定,顶进涵顶及两侧无论如何施工最后都应注浆。对本工程而言切土顶进方案的优势不明显。考虑顶进过程中的垫层稳定性。垫层混凝土为多次分节浇筑,整体性差,在洞内作业,顶面标高难以控制准确。垫层下为砂夹碎石,一旦垫层混凝土断裂,顶进涵势必会在砂石层上滑行,将难以处理。

2.6 空顶施工方案的缺点对应分析

现由于工期原因选择空顶方案,这样垫层可以一次施工完成,能从根本上缩短工期。现在关键问题转为如何最大限度的保证路基稳定。经讨论,两侧开挖面采取直立削角的形式,充分利用原有的路基填筑土的密实性,即下部采用接近直立放坡,顶部1/3高度削掉坑沿。同时将暴露的坡面以及便梁支点桩处的路基面喷浆封闭,有利于观测裂缝和防雨水冲刷(图2为按实测比例画的开挖断面稳定情况图)。

采用空顶施工方案可以利用整体浇筑的混凝土垫层当滑板,减少顶进纠偏风险。

土方作业机械不必通行于狭小的涵洞内部,可以采用大型机械,以提高效率。

回填质量保证技术措施:涵洞就位后,涵顶离线路结构只有1.3 m高,无法进行填土夯实等常规施工。路基表层要求填碎石土,受便梁阻碍难以施工。用混凝土填虽然易于施工填充,但在路基表面形成不透水硬壳不利于线路稳定。方案中采用石粉为主要回填料。因为在此工程中,石粉能体现出其抗压强度高、材质均匀、可塑性好、易于填充边角部位、渗水性好等优点。

3 空顶施工方案

空顶施工工序:

涵洞预制和便梁架设→开挖出土→桩基→垫层(滑板)→顶进→回填→拆除便梁。

3.1 开挖

在完成涵洞预制和便梁架设以后,立即进行开挖。因挖掘机臂长不足,在边坡上挖出平台,将大型挖掘机停放在平台上开挖,将土甩在身后路基之外。待线路下挖够空间后再开到线路之下继续向前开挖。线路的另一侧同时布置机械进行开挖。

3.2 桩基

开挖完成后立即打桩。由于工作面加大,可以增加桩机数目同时作业,在3 d内完成全部410根桩施工。

挖桩头,出土加清理基底用1 d时间。

3.3 垫层

垫层设计为C25混凝土结构,将其按滑板要求施作。滑板取消沉降缝,浇筑成整体。滑板厚度20 cm,在滑板中夹一层钢筋网片,加强连接,钢筋网片位置设在距滑板上表面5 cm处。钢筋网片使用螺10钢筋,间距15 cm方格布置,纵筋接头用焊接连接。

滑板施工时严格控制其顶标高为水平面,不可出现上坡。若上坡则增加顶进阻力,会加剧滑板在顶进中断裂跟随走的危险。设计为水平面,实际控制滑板标高时设2‰下坡,以抵消施工误差。滑板表面涂石蜡滑层。涵身顶进就位后,先在涵背两侧回填C15混凝土封底,厚度达到涵身底板,加强涵身稳定和阻水。然后回填石粉掺水,顶部注浆。

3.4 回填石粉

石粉采用普通岩石粉即可,价格低廉,最大粒径不超过5 mm,0.15 mm以下质量不少于30%。其优点是沉降量小,遇水板结,长期抗压强度高。而且其材质均匀,对夯填的施工工艺要求低,利于快速施工。使用手推式汽油振动夯机逐层填筑夯实,每层石粉填20 cm～25 cm厚,每填50 cm左右均匀洒一次水,加速石粉的沉降和板结。洒至表面积水后待其自然渗干。

在回填最上层时,空间有限,工人已经无法进入。将石粉从便梁上枕木间空隙倒下,仍能易于填充空隙。使用振捣棒从空隙中插入振动,使石粉充分密实,同时洒水。石粉中预埋不同深度的PVC注浆管,在回填完成后注浆。

4 实际效果

4.1 工期

在完成便梁架设后,实际于4月10日开始开挖,使用大挖机两台,小挖机一台,在线路两侧便梁防护下同时开挖,4月13日开始施工桩基础,4月15日浇筑垫层,4月21日开始顶进,顺利就位。经验收合格后,在涵身两侧浇筑C15混凝土。然后在C15混凝土上分层填筑石粉,4月25日回填完成,总工期为半个月,圆满的按期完成施工任务。

4.2 路基稳定

期间开挖面暴露时间达12 d,每天24 h有人监视开挖面稳定情况和便梁支点桩位移观测。便梁支点没有明显位移,可见未受到开挖影响。只是在开挖面暴露第8天时,路基土长时间受列车振动影响,在路基面上距坑沿1.5 m处沿坑出现贯通裂纹。用人工沿裂纹将路基土削角挖掉,卸载土层之后一直稳定。

4.3 线路稳定

便梁拆除后,观测行车中的线路沉降情况,随时补碴整道。拆除后7 d内轨面标高有沉降,最初沉降量较大,然后逐渐减小,7 d后稳定不再下沉。7 d的累计沉降量为11 cm。最终结果各方都表示满意。

摘要：对邯济铁路复线工程中某车站内桩基础涵洞顶进的施工方案进行了分析,从工期、路基、线路稳定情况等方面,对比了空顶与切土顶进两种方案的优缺点,最终确定了合理的施工方案。

关键词：顶进涵,路基稳定,桩基,石粉

参考文献

[1]王娟.管涵下穿铁路既有线顶进施工方法[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011(2):11-15.

[2]TB10303-2009,铁路桥涵工程施工安全技术规程[S].

桩基的选择应用篇8

1 沉降量的测量方法与现状

长期以来,基桩沉降一直采用传统的百分表(机械式或数字显示)接触式测量模式[2,3,4],即以测点为中心对称设置2根基准桩,在2根基准桩上架设1根基准梁,百分表安装在测点上,通过百分表的测杆接触基准梁跨中实现沉降测量(图1),D为试桩(点)、锚桩、锚杆的设计直径或边宽,取其较大者;如试桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时,试桩与锚桩的中心距尚不宜小于2倍扩大端直径;括号内数值可用于工程桩抽样检测时多排桩设计桩中心距离小于4D的情况。

其中,基准桩为测量参考点,基准梁起延伸测量参考点的作用。百分表、安装百分表的支架(磁力表座)、基准桩和基准梁共同组成沉降测量系统。为保证系统测量精度,防止或减少被测桩的沉降基准桩干扰,国家现行技术规范[2]对基准桩和测点中心距离有如下规定(表1)。

以上规定中对基准桩和测点间的中心距离要求实际上是对基准梁的长度要求,即基准梁的有效跨度至少须大于测点中心与基准桩中心距离的2倍。通常,基准梁的跨度一般在6～12 m之间。对于基准梁的刚度国内外的技术规范均无明确要求,但为了保持其足够的刚度,多采用型钢或钢桁架结构,导致梁自身较重。

根据国家有关技术规范[1],该沉降测量系统的基准梁应处于持续静止状态。但是当长跨度的基准梁在野外场地露天环境下持续工作时,梁的自重变形、环境温度变化带来的跨中变形等非线性干扰非常严重。经多组试验[5],图2是6 m基准梁在环境气温14～30℃作用下的跨中变形实测曲线。

如图2所示,在自重变形和环境温度的共同作用下,6 m基准梁的跨中变形量单方向达1.8 mm,变化量最大达0.38 mm/h,破坏了基准梁必须的持续静止状态,甚至改变了静载荷试验的沉降测量基准点。特别是每h变化量则明显超过了国家现行技术规范规定的桩顶沉降量不超过0.1 mm/h,并连续出现两次[2]的沉降相对稳定标准。在21:00-4:00的时间段,由于温度变化幅度较小,则基准梁的跨中变形也较小。

按该模式获取的桩顶沉降数据既包含了基桩在试验荷载作用下的沉降量,也包含了上述的非线性干扰,是两者叠加后的混合信息,在温度变化剧烈时段前者可能被后者掩盖。若以此混合信息作为静载荷试验的结果,可能导致较大的偏差或误判,亦会影响基桩在试验荷载作用下沉降量的真实性,进而弱化静载荷试验的可靠程度[5]。

另外,该模式要求整个测量过程中百分表的测杆须保证能竖向自由滑动。由于常规百分表的防水、防潮、防尘、耐候性能所限,该要求对基桩静载荷试验的野外、露天、全天候的测量环境较为勉强。若百分表的测杆无法竖向自由滑动时则会限制整个沉降测量系统的可靠程度。再之,基准梁长达6～12m的跨度也不利于运输和安装。

针对该测量模式的局限性,经研究,将倾角测量的原理和方法用于桩基沉降量检测,发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺[6],不仅可缩短基准梁的长度,而且改善了桩基沉降测量模式的耐候性和可靠性,效果较好。

2 倾角测量原理及其用于沉降量检测的思路和方法

2.1 倾角传感器的原理与应用

倾角传感器是运用惯性原理的微加速度传感器,用于测量相对于水平面的倾角变化量。其理论基础是牛顿第二定律,即在一个系统内部,速度无法测量,但却可测量其加速度。当倾角传感器静止时即侧面和垂直方向没有加速度作用,则作用在其上面的只有重力加速度,重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴间的夹角为倾斜角。随着现代科学技术的发展,倾角传感器内部已集成了MCU、MEMS加速度计、模数转换电路及通讯等单元,内部具备滤波、平滑、方差估计等数据处理能力,可直接显示输出倾斜角度等数据。目前,倾角传感器测量分辨率达0.0001°,可成熟应用于如卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、火炮的炮管初射角度测量,地质设备倾斜监测、雷达平台检测,铁路轨道水平尺寸检测、高空平台安全保护等领域。

2.2 倾角传感器应用于检测沉降的思路与方法

基于倾角测量原理,在试桩桩顶侧面的合适位置固定测点,在试桩周围设置基准(可利用相邻的工程桩),将长度为L的检测尺架设在测点和基准上,倾角传感器(内置磁铁)吸附在检测尺表面,调整基准与测点基本水平,倾角传感器可测到1个初始角度Φ。在竖向荷载作用下桩顶发生沉降,架设在测点和基准上的检测尺的姿态角度Φ也会对应变化。根据已知L和倾角传感器实测角度变化△Φ,利用三角函数换算出桩顶的实际沉降量(图3)。

该桩基沉降检测尺配套了高精度倾角传感器,满量程为±3°,分辨能力优于0.001°,当检测尺支点两端距离L为2000 mm时,若出现0.001°的微小角度变化,相当于测点发生了0.0349 mm的竖向变形。该测量能力完全优于静载荷试验中常用的50mm量程百分表的最大允许误差(不大于0.1%FS)0.05 mm的要求同时该传感器已内置CPU实时处理、抗混滤波和温度补偿等功能,可方便的与计算机连接,并同步实现沉降值、力值测量数据的储存、传输和测量结果的分析、输出。

2.3 工程实例

在多个工程中成功采用了本方法,图4为某工程采用数字倾角传感器测量桩顶沉降的现场照片。桩径500 mm,检测尺长度为1810 mm,取代过去长度为6000 mm的基准梁和百分表。

3 结束语

通过将倾角测量理论及方法引入桩的沉降量检测,是桩基检测技术中的创新,具有以下特点:

(1)利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,理论上正确;

(2)在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢、自重轻,抗自重变形和抗温度变形能力明显提高;

(3)装置新颖、结构简单、安装方便。倾角传感器整体已固化,外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能,防护等级达IP65。测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。

摘要：利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,并发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺,在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢;倾角传感器外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。

关键词：静载荷试验,倾角测量,沉降量,桩基,倾角传感器

参考文献

[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[3]TB 10218-2008,铁路工程基桩检测技术规程[S].

[4].JGJ/TF81-01-2004,公路工程基桩动测技术规程[S].

[5]唐新鸣,等.基准梁随温度变化特性的实验与研究[J].工程质量,2011(5).

复合桩基在实例中的应用篇9

随着地基处理技术的发展, 复合地基技术得到愈来愈多的应用。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换, 或在天然地基中设置加筋材料, 加固区是由基体 (天然地基土体) 和增强体两部分组成的人工地基。复合地基中增强体和基体是共同直接承担荷载的。根据增强体的方向, 可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基两大类。根据荷载传递机理的不同, 竖向增强体复合地基又可分为三种:散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。

复合地基、浅基础和桩基础是目前常见的三种地基基础形式。浅基础、复合地基和桩基础之间没有非常严格的界限。浅基础和桩基础的承载力和沉降计算有比较成熟的理论和工程实践的积累, 而复合地基承载力和沉降计算理论有待进一步发展。目前复合地基计算理论远落后于复合地基实践。应加强复合地基理论的研究, 如各类复合地基承载力和沉降计算, 特别是沉降计算理论;复合地基优化设计;复合地基的抗震性状;复合地基可靠度分析等。另外各种复合土体的性状也有待进一步认识。

1 实例分析

1.1 工程概况

厦门二轻大厦位于厦门市湖滨南路南侧, 国贸大厦西面, 思明区法院新办公楼及审判法庭东侧, 由地下3层 (地下室底板埋深-13.70 m) , 地上主楼28层及裙楼5层组成, 其中主楼高度99.7 m, 框剪结构, 设计单柱最大荷重为37 000 kN;裙楼高度21.5 m, 框剪结构, 设计单柱荷重为14 000 kN。

本工程场地下覆各土层自上而下为:①杂填土, 均布, 厚度0.80 m～2.30 m;②淤泥, 均布, 厚度3.40 m～7.50 m;③粉质粘土, 局部分布, 厚度1.40 m～2.40 m;④粗砂, 均布, 厚度0.90 m～4.80 m;⑤残积砂质粘性土, 场地内分布较广, 厚度0.50 m～12.40 m, 变化较大, 顶板埋深为8.50 m～11.00 m, 顶板高程为-8.17 m～-5.44 m, (标贯10.8击～27.1击, 局部有脉岩) ;⑥全风化花岗岩, 均布, 厚度变化较大为1.30 m～9.50 m, 顶板埋深为9.00 m～22.50 m, 顶板高程为-19.67 m～-6.15 m;⑦砂砾状强风化花岗岩, 均布, 厚度7.10～32.80m;⑧碎块状强风化花岗岩, 主楼下顶板埋深29.40 m～54.00 m;⑨中风化花岗岩, 主楼下顶板埋深37.80 m～54.70 m。

地下水稳定水位埋深0.60 m～1.10 m, 对钢结构具中等腐蚀性, 对混凝土结构具弱腐蚀性, 在干湿交替带对钢筋混凝土中的钢筋具中等腐蚀性。

基坑开挖后侧壁土层主要由①杂填土、②淤泥、③局部粉质粘土、④粗砂、⑤残积砾质粘性土和⑥局部全风化花岗岩构成, 部分为全风化花岗岩。

1.2 各单一基础方案施工可行性比较

根据场地地面设计标高和岩土层结构分析, 拟建场地按地下室基底设计标高开挖后, 基底岩性主要由残积砾质粘性土组成, 局部为全风化花岗岩。除裙楼、纯地下室部分因设计荷载较小, 有采用天然地基片筏基础或独立柱基的可能外, 残积砾质粘性土、全风化花岗岩层的承载力特征值fak经深、宽修正后仍无法满足主楼设计的片筏基础的强度 (基底压力约540 KN/m2) 要求, 故拟建主楼不具备采用天然地基片筏基础的条件。因此, 建议拟建物 (纯地下室结合抗浮设计) 采用桩基础方案。

桩型选择要做到经济合理、技术可行, 除应满足建筑物结构荷载、变形的要求, 同时需考虑成桩的可能性以及对周边环境的影响。

(1) 预应力管桩:

该场地地下水对钢结构具有中等腐蚀性, 管桩接头防腐处理困难, 且部分区域砂砾状强风化花岗岩埋深较浅, 桩的有效长度难以保证。

(2) 抱压式沉管灌注桩:

施工机械稀少, 难以满足工期要求, 挤土效应可能对周边建筑或道路管线产生不利影响;部分区域砂砾状强风化花岗岩埋深较浅, 有效桩长很短, 实际承载能力可能达不到设计要求。

(3) 人工挖孔灌注桩:

本场地碎块状强风化花岗岩埋深29.40 m～54.00 m, 以该层作为桩端持力层的人工挖孔灌注桩桩长超过政策容许范围较多, 且超深降水处理可能对周边建筑道路产生不利影响。

(4) 冲钻孔灌注桩:

钻进效率低下, 成桩质量难以控制 (主要体现在孔底沉渣和泥皮效应上) , 有泥浆、噪音等污染问题;混凝土用量大, 造价相对较高。

3 复合桩基

鉴于地下室开挖后, 其底板下伏为残积砾质粘性土和全风化花岗岩, 经深、宽修正后, 其承载力特征值较高, 可合理利用地下室底板下地基土的承载力, 因此建议本工程基础采用人工挖孔灌注桩—片筏基础复合桩基型式。

说明:复合桩基土方开挖量略高于单一的从钻孔灌注桩, 相应的基坑支护的工程量也略有增加, 所需的抗拔锚杆的数量也有所增加;但节省了钻孔灌注桩底板以上部分空孔费用。