对某高层住宅楼桩基础设计及问题探讨

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  摘要:本文结合工程实例,对桩基础结构的形式、工作特点、设计理论及方法,步骤和应考虑的因素及设计中值得注意的问题进行了简单的分析。
   美键词:高层建筑;桩基设计;住宅小区;问题
  Abstract: combining with practical engineering, the structure of the pile foundation form, characteristics, design theory and methods, steps and the factors to be considered in the design and the problems of a simple analysis.
  The key words: high building; Pile foundation design; Residential district; question
  
  
  中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
  桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体,共同承受动静荷载的一种深基础,其结构型式根据上部结构的特点和地质条件选用.桩基础承载力高、施工速度快、工程质量可靠、经济合理,适用于软弱、复杂的地质条件.因此,桩基础在实际工程中得到了广泛的应用。
  1、桩基础的工作特点
  桩基础的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。桩基础具有承载力高,沉降量小而均匀沉降速率缓慢等特点。它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用已广泛用于房屋地基、桥梁、水利等工程中。
  2、工程概况
  本工程某住宅小区住宅楼,地下1层,地上11层.采用结构形式为复杂高层结构,屋面高度为35.600m。
  3、地质概况
  根据“工程地质勘察报告”,工程场地土层分为7个工程地质层,其中③层、⑤层、⑦层又分为2个亚层,⑤1层又分为2个次亚层。各土层特性见表l。
  表1工程场地土层特性
  
  4、地下室结构和基础设计思路
  在地下室结构和基础设计时必须考虑建筑物超长应采取的措施,设计考虑混凝土收缩和温度应力以及地基不均匀沉降的影响,所以,在结构设计时需采取以下几方面措施:
  1)适当距离设置施工后浇带,并加强养护;
  2)混凝土掺加膨胀剂、减水剂、粉媒灰及减少水泥用量;
  3)合理设计地基基础,严格控制建筑物的沉降和不均匀沉降差.
  鉴于以上因索,地下室顶板和底板采用预留施工后浇带分段浇筑的方法,防止混凝土收缩引起的结构次应力与结构开裂。地下室外墙、底板应采用抗渗混凝土,并采取防腐措施。
  5 基础选型
  5.1 建筑物上部结构荷载
  本工程抗震烈度按7级设计、Ⅱ类场地土,采用中国建筑科学研究院TBSA 多层及高层建筑结构空间分析程序计算。
  5.2 桩型选择
  地质报告建议采用预制桩和钻孔灌注桩方案。根据地质报告按⑤1 层土为桩
  基持力层,桩长为31m,桩端进入⑤1 层土1800 mm。按Z22 孔,单桩垂直承载力从绝对标高-0.100 至-30.700m 进行计算。
  5.3 预制方桩方案
  预制方桩采用上海市标准图集沪G501 修,JZ-b-245-X 桩,C38 混凝土;桩身结构强度[N]=0.2-0.25RA=1589.2-1986.5kN;根据地质报告提供的参数计算
  单桩垂直承载力Nd=1613.9kN;最后取Nd=1589.2kN 进行桩基设计。
  
  6、桩基础设计
   6.1桩基持力层的选择
  持力层的选择主要由上部结构特点、荷载大小、工程地质条件决定的.选择桩基持力层必须满足承载力和沉降两方面的要求口,就承载力而言,应既考虑单桩又考虑群桩,本工程地基松软土覆盖层不是很厚,可选基岩作为桩基理想持力层,设计桩型为端承摩擦桩,选取中风化泥砂岩互层⑥作为桩端持力层,桩长暂定为8~18 m,实际桩长根据静压试验结果并综合考虑地质条件确定.桩端进入持力层内的深度为1.000m.
  6.2单桩竖向承载力计算
  根据桩周与桩底土层情况,即可利用规范经验方法或静力触探资料初步估算单桩承载力.对于重要的或用桩量很大的工程,应按规范,规定通过一定数量的静载试验确定单桩承载力,作为设计的依据,利用规范的计算公式和桩基的设计参数,确定单桩竖向承载力特征值为1 350 KN.
  6.3桩的布置
  确定桩距与布桩时,应考虑群桩效应,群桩基础与单桩相比,在竖向荷载作用下,不仅桩直接承受荷载,而且在一定条件下桩问土也可能通过承台底面参与荷载;同时各个桩之间通过桩间土产生相互影响;来自桩和承台的竖向力最终在桩端平面形成了应力的叠加,从而使桩端平面的应力水平大大超过单桩,这些方面影响的综合结果就是使群桩的工作性状与单桩有很大的差别,本工程为框架一剪力墙结构。因此,在框架结构的承重柱下,借助承台设置若干根桩,构成独立的桩基础;在剪力墙结构部位,设置联合承台基础。根据《建筑桩基技术规范》规定,桩距采用3d(d为管桩直径)。
  6.4承台设计
  承台作为把分散的桩群联结成一个整体基础,并把上部结构集中而复杂的荷载分配给每根桩的结构;桩和柱或墙作用于承台(板)的力大而集中,使承台的受力条件十分复杂,因此,承台必须具有足够的刚度和强度。承台设计应包括确定承台的形状、尺寸、高度及配筋等,必须进行局部受压、受剪和受弯承载力的验算,并应符合構造要求。
  
  7、桩基础设计值得注意的问题
  7.1关于桩基础抗压静载试验
  在桩基础设计过程,为了缩短工期,首先根据地质勘察报告提供的参数估算单桩承载力极限值,根据这个极限值进行桩基础设计并施工,工程桩施工结束后再进行抗压静载试验。但是,这个方法不具有科学性。桩基础设过程中抗压静载试验是一个十分重要的环节。抗压
  静载试验直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度,施工难度。通过科学试验,取得准确数据,使设计方案更加合理、可行和经济,远远超过缩短工期所获得的效益。
  
  7.2单桩竖向承载力特征值与单桩竖向承载力设计值
  单桩竖向承载力特征值是《地基基础设计规范》(GB50007-2002)(简称《地基规范》)所采用的术语,而单桩竖向承载力设计值是《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)(简称《桩基规范》)所采用的术语,两者的涵义不同,所对应的荷载组合效应值也不同,在新的《桩基规范》正式版本以前,设计时不可混淆。
  初步设计按土的抗力估算单桩承载力特征值时,一定要注意采取的桩端端阻力、桩侧阻力应为特征值,而不是标准 值。目前一些地质勘察报告提供的一般不是特征值,而是极限端阻力标准值和极限侧阻力标准值,设计时两者不要搞错。用静载试验确定承载力特征值时,将极值荷载除以安全系数2为单桩承载力特征值。
  《地基规范》第3.0.4条规定,按单桩承载力确定桩数时,传至基础或承台上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合,相应的抗力应采用单桩承载力特征值。验算桩身混凝土、承台混凝土强度及配筋计算,两本规范均采用基本组合计算荷载效应,采用相应的分项系数,荷载效应值为设计值。
  
  7.3 桩的长细比
  控制桩的长细比是已作废的旧规范《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》(JGJ4-80)的要求,新的《地基规范》及《桩基规范》均取消了长细比的限制。一些设计者在工程设计中仍以长细比来控制桩长或桩径,造成工程桩的不必要的浪费。长细比限值主要是为了保证桩身不产生压屈失稳,以及考虑施工条件的要求,对于端承桩因有一较坚硬的不变形的持力层,在桩顶竖向荷载的作用下,桩身若过于细长,可能会像压杆一样出现失稳破坏。而对于摩擦型桩,桩身应力向下衰减,且桩会随着荷载加大而产生沉降,不会产生压屈失稳,所以不需考虑长细比的限制。随着高层建筑的发展,超长桩及长桩应用广泛,而长细比限值制约了长桩的使用。根据我国的实际情况,迄今为止尚未发现质量正常的低承台桩在使用过程中出现压屈失稳的例子,所以两本规范不再提长细比的要求了。但具体应用中如遇到桩周土软弱或可液化,或8度以上地震区的情况,当桩身强度控制设计时,仍应慎重对待,可按相关规范验算桩身压屈。
  
  7.4 桩身直径(或截面尺寸)的选择
  桩身尺寸的选择主要与单桩承载力、岩土工程情况、桩的类型有关,同时还与施工工艺、桩长、承台类型及尺寸、经济指标等因素有关。当采用摩擦型桩时,宜采用较小直径和较长的桩,以增加侧阻效率来增加竖向承载力。简单地通过加大桩径来提高单桩承载力不是一种理想的方法,因为随着桩径的增加,桩身混凝土用量增加得更快。端承桩的桩身尺寸就不能按摩擦型桩的原则定,而是要满足承载力要求,对桩身稳定性、施工费用和工期进行权衡,一般是粗一点、短一些为好。嵌岩桩宜选较大桩径,一般不宜小于600mm;深软土中桩,也宜选用稍大直径的桩,以增加桩身抗施工侧力的能力。人工挖孔桩的最小桩径不宜小于800mm,沉管灌注桩不宜小于325mm,静压桩不宜小于300×300。桩径大小对工期也有一定的影响,一般情况下同一施工工艺的小桩的桩数多,工期相对较长,当满足其他条件要求时,小桩径将带来经济效益。
  
  7.5桩基础钢筋的设计
  桩身箍筋。箍筋应采用螺旋箍,直径不小于6cm,间距宣为200~300mm,受水平荷载较大的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时,桩顶以下5d范围内的箍筋应加密,间距不应大于为100mm,当桩身位于液化:trJ=g范围内时箍筋应加密,当考虑箍筋受力作用时,箍筋配置应符合现行国家标准<混凝土结构设计规范)GB50010的有关规定,当箍筋笼长度超过4m时,应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。桩主筋保护层厚度。灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm,水下灌注桩的主筋的混凝土保护层厚度不得小于50mm,而最新设计规范尤其是对公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范则要求普通钢筋和预应力直线形钢筋最小混凝土保护层厚度应根据桥梁所在环境而适当增大。
  
  7.6桩基础的防护
  防冻。在冬季寒冷地EFh于冬季较厚的冻土层、冰冻层等对桩基础容易产生方向向上的切力,而若上部荷载较小同时桩基础埋藏较浅则切向力则会导致桩基础上拔现象,因此在设计過程中应采取在桩身涂抹工业用凡士林、渣油等隔离材料或在桩外设置钢套管或钢筋混凝土套管,并在其内部填充隔离材料亦或采取减小桩身直径的方法来减小上切力等。防撞。在一些地区尤其是山区等自然坡度较大并处于季节性河流的地区,该类地区在雨季容易产生泥石流等现象,其发生时夹杂的漂卵石等对桩基础容易产生撞击而破坏作用,在设计过程中可采取在可能遭受撞击的桩基础表面设置钢板或钢套筒、在桩基础前迎泥石流方向设置独立的防撞钢筋混疑土或钢管混疑土桩来抵御冲击。防腐蚀。人类排放的盐碱水以及工业污废水等流经或浸渍到桩基础时则会对桩基础产生很大的腐蚀作用,因此在设计过程中应采用抗侵蚀的硅酸盐水泥或采取在桩表面涂刷数层热沥青等防腐材料来抵御。
  
  结束语
  桩基础对基础设施建设中的工程质量、造价及使用寿命都在很大程度上其决定性作用,因此,在桩基础设计过程中应结合当地地质情况以及基础所受荷载来充分进行论证,从而实现在保证质置的前提下减少桩基础数量、节约工程投资的目的。
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