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一.樁基設計中靜載荷試驗的重要性
目前的樁基礎設計過程,往往受到時間的約束首先根據地質報告提供的參數確定單樁承載力設計值,根據這個估算的單樁承載力直接進行樁基礎設計并施工,等工程樁施工結束后再挑選試樁進行靜載荷試驗。這個過程具有相當的不科學性,結果符合估算要求,則皆大歡喜,否則因工程已施工完畢補樁也會很困難,且有時因地質報告有出入會給施工中帶來相當的不便。這里主要有兩個問題,下面舉例來說明。一是根據地質報告提供的樁周土摩擦力標準值及樁端土承載力標準值由規范JGJ94-94計算的場區單樁承載力標準值,這是一個經驗數值,不宜直接采用。近幾年來筆者通過各類樁基礎中試樁及工程樁的檢測,發現絕大多數樁的實際承載力均大于計算值,有些相差幅度較大,因此按試樁獲得的實際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎將產生巨大的經濟效益。例如,筆者曾設計過蘇州工業園區南都·玲瓏灣花園住宅,主體為地下一層、地面十八層的高層住宅,根據地質勘察報告擬采用 D500的預應力管樁,樁長20m,按JGJ94-94公式5.2.8估算單樁承載力設計值約為1400kN,而我要求進行的3根破壞性試樁顯示實際單樁承載力可達1850kN,整整比估算值提高了30%左右,實際工程樁設計就采用試驗值進行,為甲方大大節省了投資。其二是當場地不均勻或地質報告數值有偏差的情況下,不進行試樁而直接按地質報告進行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費。例如唯亭某五層商住樓,根據地質報告采用10m 長的預制方樁,樁徑400x400,單樁承載力極限標準值約為1350kN,采用靜力壓樁,實際施工中幾乎每根樁都壓至2000kN而未達到預定深度,而此時已達到預制樁的樁身強度,故施工過程中每根樁都采用了劈樁,在時間金錢上都造成了巨大的浪費。經過靜載荷試驗未達設計標高的工程樁均達到了設計承載力,也就是說設計上如先進行試樁則至少可減短1.5m左右的樁長,樁承載力不減小且不需要劈樁。由上可見,樁基礎設計過程中靜載荷試驗是一個十分重要的環節。因為次項工作質量直接影響到樁基形式、樁規格和樁入土深度的確定,同時也對施工難易有密切影響。通過科學試驗,取得準確數據,能使設計方案更加合理、可行和經濟,遠遠超過縮短工期所獲得的效益。
二.樁基設計中樁型、樁長設計的重要性
樁基礎設計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎設計產生重大的影響,合理的樁型、樁長選擇將產生巨大的經濟效益。筆者在“昆山華地”住宅設計中,開始由于考慮時間原因(有現成的D400預應力管樁),甲方要求采用D400的預應力管樁,根據地質報告采用樁長L=16m,單樁承載力極限標準值為850kN,預算基礎部分造價約為160元/m2,在整個住宅造價中占了相當大的比例。在其后的設計中,筆者樁長不變,結合當地的設計經驗,將樁型改為250x250的預制鋼筋混凝土小方樁,單樁承載力極限標準值約為600kN.預制小方樁在當地的施工價才約50元/m,而預應力管樁的單價約為100元/m.采用小方樁后預算造價約為90元/m2,綜合經濟價值明顯。可見選擇合理的樁型,將對工程的造價產生巨大影響。同樣樁基設計中對樁長的選擇也至關重要,在某一高層住宅樁筏基礎設計中,根據勘察報告采用D500預應力管樁,可選樁長有:樁長25m ,單樁承載力特征值Ra=900kN;樁長34m,單樁承載力特征值Ra=1300kN.采用25m樁,約需要樁數290根;而采用34m 樁,則需要工程樁200根。從樁本身而言,兩種方案總的工程樁延米數量相當,但我們分析一下由此而相對應的筏板設計,采用25m 樁為滿樘布樁,所需筏板厚約為1200mm,而采用34m 樁為墻下布樁,筏板厚可減至900mm,經濟效益明顯。因此,我們設計人員在樁基礎設計中一定要采用多方案比較,選擇合理的樁型與樁長,這都將對整個基礎設計的合理性與經濟性產生巨大的影響,當然我們也應考慮施工可行性等多方面因素。
三.關于樁偏差的控制和處理
樁基施工中對樁的偏差必須嚴格控制,特別是對于承臺樁及條形樁,樁位的偏差都將產生很大的附加內力,而使基礎設計處于不安全狀態。對于樁位偏差我們主要控制兩個方面,其一是豎向偏差,根據JGJ94-94第7.4.12條我們控制樁頂標高的允許偏差為-50~+100mm,但實際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務及損失。當樁頂標高高于設計標高,則需要劈樁,特別對于預應力管樁等空心樁來說,樁頂有樁帽劈樁既困難又不經濟;而當樁頂標高低于設計標高時,又需要補樁頭,這既影響工期又浪費金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴格控制樁頂標高,盡可能地使工程樁標高同設計一致,特別是施工過程中必須考慮到樁在卸載后的回降量,否則不加考慮則每根樁都將高于設計標高。而我們設計人員在設計過程中對施工誤差亦應有所考慮,筆者建議針對目前的施工質量,設計中可以考慮2mm左右的偏差容許,這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁,這在實踐工程中具有相當的可操作性,避免了大量不必要的工作。其二則是樁位的水平偏差。根據JGJ94-94第7.4.11條控制各樁位偏差,施工過程中發現樁位偏差較大則應及時補樁處理。這里針對4~16根承臺的樁基,JGJ94-94規范第7.4.11條中規定允許偏差為1/3樁徑或1/3邊長,而根據GB50202-2002第5.1.3條則規定允許偏差為1/2樁徑或邊長。這顯然是矛盾的,在實際過程中很容易與施工驗收方產生不同的理解,因此筆者強調在設計過程中可以明確樁位偏差允許值所執行的標準。另外,對于小直徑樁(D≤250)筆者強調必須對其偏位進行嚴格控制而不應按上述規范標準,筆者建議對承臺樁可控制70mm;而對于條形承臺則區分垂直于條形承臺方向50mm,平行于承臺方向為70mm,當然這些要求必須在施工前予于明確。當然樁位偏差滿足規范或設計要求僅僅代表樁基本身驗收合格,而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎高度損失,我們必須另行處理。對于樁偏心我們可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決,這在實際工程中需針對具體情況相應處理。
四.施工殊情況處理
樁基施工由于地層的不可知性,經常會遇到很多異常情況,這就要求我們根據具體的情況,仔細分析,采用妥善的方法去解決各類問題。
1)樁基達到其極限承載力而無法壓至設計標高。這里可能存在兩種情況,其一是地質報告有誤,樁實際承載力大于計算值,必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力。其二則可能由于土層本身原因,譬如說飽和砂土產生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入,這就需要我們從施工措施上去解決。首先是必須制定合理的施工順序,譬如說跳打,使先期施工的樁產生的水壓力消散后再施工下一根樁;其次對靜力壓樁來說必須選擇有足夠壓樁力的施工機械,要避免抬機等現象出現;另外可以采取引孔,設置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。當然壓樁時必須注意壓樁力應控制在樁身極限強度范圍以內,且應注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。
2)樁基施工時壓樁力遠低于設計承載力。蘇州閶胥公寓小高層住宅采用18m長D400預應力管樁,根據地質勘察報告單樁承載力設計值為650kN,進行工程樁試打時連續4根樁的最大壓樁力均僅為300kN,遠遠小于設計承載力。我們仔細分析了勘察報告認為報告所提供的各土層特性基本準確,而從周邊其他工程的地質報告也證明勘察報告無誤,因此我們分析可能由于壓樁機械的壓樁速度偏快,而土層的粘聚力又偏小,故壓樁時樁將土直接剪壞,引起壓樁力偏低,隨著時間土能恢復固結。在15天后進行的試樁,證明我們的判斷準確,試驗承載力滿足設計要求。這一點也從側面強調了先進行靜載荷試樁的重要性。
3)樁基靜載荷試驗不合格。某工程由于時間限制,甲方要求試樁與工程樁同時進行,待試樁滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時進行靜載荷試驗,結果三組試樁有一組滿足設計要求而另外兩組試樁均在小于設計承載力時產生破壞。這就讓我們從設計、施工和試驗等各方面去分析這兩組試樁,但經過與周邊工程比較及現場施工試驗記錄分析,均未發現特殊情況,即不存在施工,試驗中的失誤。筆者對第一組合格試樁的情況進行了比較,終于發現后二組試樁本身的停歇時間已夠,但周邊的其余工程樁施工在試驗前2天才完成,完全有理由認為是因為工程樁施工時將試樁周邊的土破壞而沒有固結,影響了試樁的承載力。于是等工程樁停歇時間也滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時再次對2根試樁進行了靜載荷試驗,結果與我們判斷完全一致,試樁均滿足設計要求。這一實例告訴我們影響試樁結果的因素有很多,我們在工程實踐中對各種情況一定要仔細分析,找出問題所在,而不要盲目處理,造成不必要的損失和浪費。
關鍵詞:混凝土煙囪,樁基礎,樁布置形式
在冶金工程中,煙囪屬于土建特種結構,一定程度上控制工程的建設進度,在設計和施工方面都具有特殊性。而煙囪基礎是整個煙囪設計中主要的組成部分。由于煙囪屬于長柔懸臂結構,在風荷載、地震荷載及煙囪筒身的附加彎矩作用下,作用于煙囪底部的彎矩值是相當大的,往往數倍于煙囪底部的豎向力。因此,煙囪基礎力計算主要由偏心荷載作用控制。高大構筑物的基礎若產生很小的轉動,將會引起嚴重的后果,為此,基礎設計不容忽視,在煙囪的基礎設計中,常見的基礎形式有剛性基礎、鋼筋混凝土板式基礎和鋼筋混凝土殼體基礎等。當淺層地基土質不良,采用淺基礎不能滿足承載力強度和地基變形要求時,則可以采用樁基礎。
1選型
煙囪樁基礎的承臺平面一般為圓形或環形,樁的平面布置應以承臺平面中心點為圓心,呈放射狀布置。但承臺平面究竟選用圓形還是環形.需根據具體情況選擇相應形式。
2樁基礎的受力分析
在一般情況下,地基應包括的計算內容為:① 基礎底面壓力,包括軸心荷載作用下的基礎底面壓力和偏心荷載作用下的基礎底面壓力;②變形驗算,包括基礎最終沉降量和基礎傾斜值。由于煙囪的特殊結構形式,煙囪基礎底面壓力計算主要由偏心荷載作用控制。偏心荷載作用下基樁的豎向力計算公式如下:
式中—偏心荷載作用下的基樁的最大豎向力設計值;
— 作用于樁基承臺頂面的豎向力設計值;
— 樁基承臺和承臺上土自重設計值;
— 作用于樁基承臺底面通過群樁形心軸的彎矩設計值;
— 樁基承臺底面群樁對形心軸的抵抗矩;
— 樁基中的樁數。
根據上式可以發現,抵抗矩對于的大小起關鍵作用。越大,就越小,尤其較大時更為明顯。。因此,在煙囪樁基礎設計當中,如何合理布置樁位,充分發揮樁基礎的作用,便成為樁基礎設計的關鍵。
煙囪樁基礎設計中,樁的平面布置一般是以煙囪中心點為圓心呈m道圓環狀布置,所以W的計算公式如下:
式中— 由里往外數第i道圓環上樁的個數;
—由里往外數第i道圓環的半徑;
—圓環的總道數。。
從上式中可以看出,在m和總樁數確定的情況下,外側圓環半徑越大,其上的樁越多,則越大;相反,越小。并且,對于的貢獻效率,離圓心近的內環上的樁,要明顯低于離圓心遠的外環上的樁,圓心上的樁對于W的貢獻效率為零。也就是說,離圓心較近的樁,主要對提供豎向承載力方面作出貢獻,而對抵抗彎矩方面貢獻不大。根據上述特點,在設計樁基礎時,樁要盡量遠離煙囪的圓心,應優先考慮將樁基礎布置成環形。環形樁基礎不僅經濟合理,而且可減小承臺本身及其上覆土的自重,同時由于避開了基礎中部的高溫區,可減小基礎的溫度應力。
3樁基礎的布置
當樁基礎單樁承載力較大時,進行豎向軸心荷載和偏心荷載的樁基計算時,較少的樁即可滿足,使得樁基礎布置成環狀成為可能,此時,樁基礎應優先布置成環狀。因為環形樁基礎的整體幾何特性與受力特性相一致,能充分發揮單樁承載力高的優勢;當樁基礎單樁承載力不是很高時,即使軸心受壓計算也需要相當多的樁,按環狀布置根本擺放不下,樁基礎及基礎承臺只能按圓形擺放。此時,由于樁基礎中樁的數量往往由偏心受壓計算決定,樁的數量較多,導致靠近煙囪中心部位的樁無法充分發揮全部承載力。同時,圓形樁基礎承臺尺寸很大,導致承臺混凝土量相對環形承臺增加很多。且按圓板模型受力計算時,由于圓板半徑很大,導致配筋量很大。綜合而言,樁基礎及基礎承臺按圓形擺放勢必要造成經濟上的很大浪費。在這種情況下,如無地質條件、技術條件等限制,建議加大樁的直徑或增加樁的長度,以提高單樁承載力,按環狀形式布置樁基礎和樁基承臺,往往能降低許多成本,取得良好的經濟效益。
4結語
在煙囪樁基礎設計中,常采用的樁的形式為鋼筋混凝土灌注樁和預制樁。灌注樁主要采用沉管灌注樁和鉆孔灌注樁,預制樁主要采用混凝土方樁和預應力混凝土薄壁管樁。在選取煙囪基礎樁的形式時,應與整個工程項目全盤考慮.并應盡量采用統一形式的樁,以便于樁的制作和施工。
煙囪樁基礎的布置和構造應符合《建筑樁基技術規范》JGJ94—94和《建筑地基基礎設計規范》GB50007 2002中的相應要求。
環形樁基礎布置樁時需注意:
1)樁布置的環數不宜過多,否則會造成基礎承臺尺寸過大,增加鋼筋用量。但環數也不宜少于兩道,當環數少于兩道時,樁群的整體性較差。一般來說,樁的截面尺寸較小時,布置2~4道環為宜;樁的截面尺寸較大時,布置成2~3道環為宜。由于樁的環數主要根據總樁數和樁的截面尺寸來確定,所以在設計時,設計人員可通過調整單樁承載力和樁的截面尺寸及樁的形式,來調整樁的環數,以達到較為合理的布置形式。
2)樁的平面布置應以煙囪的形心為圓心,對稱地分布在煙囪環狀豎壁的兩側,并應遵守內疏外密的原則。。
3)樁間距不可過小,需滿足樁基規范中樁的最小中心距的要求。樁間距也不可過大,應控制在6倍樁徑的范圍內,以便滿足群樁的整體性要求。
4)各道環上的樁數宜以4的倍數或偶數為佳,這樣樁排布時易于均布整齊。在進行承臺設計時,樁基礎承臺應具有較大的剛度,以保證群樁的協調工作。承臺的平面尺寸及厚度可參照環板和圓板基礎的尺寸要求。樁頂嵌人承臺內的長度不應小于50mm,樁身主筋伸人承臺錨固長度不應小于30d(d為主筋直徑),對于抗拔樁基不應小于40d。煙囪樁基礎承臺應進行抗沖切和抗彎計算,可采用簡化計算方法,按一般的環形或圓形基礎求出承臺底平面的地基反力,再參照板式基礎的計算方法進行抗沖切和抗彎計算。
參考文獻:
[1] JGJ 94—94,建筑樁基技術規范[s].
[2] GB 50007—2002,建筑地基基礎設計規范[s].
[3] 牛春良,主編,煙囪工程手冊.中國計劃出版社.
關鍵詞:靜壓樁;施工質量;影響因素;處理方法
中圖分類號: O213.1 文獻標識碼: A 文章編號:
靜壓樁基礎施工是通過靜力壓樁機的壓樁機構,以壓樁機的自重和機架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。這種方法具有低噪音、低振動、低沖擊力、沉樁精度高、樁身拉應力小等優點,并且可以在壓樁施工中測定壓樁阻力,適應今后巖土工程的發展和要求;同時壓樁樁型一般選用預應力管樁,該樁作基礎具有工藝簡明,質量可靠,造價低,檢測方便的特性。兩者的結合便大大推動了靜壓管樁的應用范圍,使之有望成為今后樁基發展的主流。
1.壓樁機理
沉樁施工時,樁尖刺入土體中使原狀土的初應力狀態受到破壞,造成樁尖下土體壓縮變形,土體對樁尖產生相應阻力,隨著樁貫入壓力的增大,當樁尖處土體所受應力超過其抗剪強度時,土體發生急劇變形而達到極限破壞,產生塑性流動或擠密側移和下拖,在地表處,粘性土體會向上隆起,砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力,土體主要向樁周水平方向擠開,使貼近樁周處土體結構完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用,也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響,此時,樁身必然會受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗,當樁頂的靜壓力大于沉樁時,這些抵抗阻力將樁繼續刺入下沉。反之,則停止下沉。
壓樁時,地基土體受到強烈擾動,樁周土體的實際抗剪強度與地基土體的靜態抗剪強度有很大差異。隨著樁的沉入,樁與樁周土體之間將出現相對剪切位移,由于土體的抗剪強度和樁土之間的粘著力作用,土體對樁周表面產生摩阻力。當樁周土質較硬時,剪切面發生在樁與土的接觸面上;當樁周土體較軟時,剪切面一般發生在鄰近于樁表面處的土體內。粘性土中隨著樁的沉入,樁周土體的抗剪強度逐漸下降,直至降低到重塑強度。砂性土中,除松砂外,抗剪強度變化不大,各土層作用于樁上的樁側摩阻力并不是一個常值,而是一個隨著樁的繼續下沉而顯著減少的變值,樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用,其值可占沉樁阻力的50~80%,它與樁周處土體強度成正比,與樁的入土深度成反比。
2.壓樁工藝
靜壓樁工藝流程主要有場地處理,定位和放樣,安置樁基并經行對中和調直,壓樁,接樁和再壓樁,送樁等。
在進行場地處理時,必須清除施工區域內的障礙物,必須對土地進行壓實,以滿足靜壓樁機械設備的行走;在定位放樣時,樁位標記必須明顯;在安置樁基時,必須做好對中和調直工作,使樁尖對準樁位;在壓樁過程中,要將樁夾緊,讓應力施加到夾持器上,通過樁身和夾持器的摩擦力傳遞壓力;接樁通常在下一節樁壓到露出地面1m左右時進行。
3.終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成后,土體中孔隙水壓力開始消散,土體發生固結強度逐漸恢復,上部樁柱穴區被充滿,中部樁滑移區消失,下部樁擠壓區壓力減小,這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實踐看,粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大,在某些土體固結系數較高的軟土地區,靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍,但是粘性土中的短樁,土體強度經一段時間的恢復,摩阻力雖有提高,但因樁身短,側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大,最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念,一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等,主要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關,但兩者也有一定的聯系。
4.工程質量的影響因素
由于靜壓樁基礎施工工藝要求高、工序較多,有很多影響其質量的因素,但從影響的大小和程度來看,主要包括以下幾個方面:
4.1樁身上抬
靜壓樁可以認為是一種擠土式樁,在場地樁數量較多,樁距較密的情況下,時常后壓的樁會對已壓的樁產生擠壓上抬,特別對于短樁,很易形成吊腳樁。樁身上抬除了靜載沉降偏大外,對樁而言可能會把接頭拉斷,樁尖脫空,同時大大增加對四周樁的水平擠壓力,導致樁傾斜偏位。
4.2引孔壓樁
為了防止樁間的擠土效應太大,或土質太硬而使樁身較短,施工中往往采用引孔壓樁的工藝,即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔,深度是樁長的(2/3~1)L,然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓,中間間隔時間不宜大長,否則孔內積水,一是會軟化樁端土,待水消散后孔底會留有一定空隙;二是積水往樁外壁冒,削弱了樁的側摩阻力。對于較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象,施工完成后孔底積水使土體軟化,使承載力達不到設計要求。
4.3樁端封口
當樁尖有縫隙,封口不實而存在縫隙,地下水就會在壓力作用下使樁外的水通過縫隙進入樁管內腔,若樁尖附近的土質是泥質土,遇水易軟化,這將直接影響樁基礎的承載力。
4.4樁端開裂
由于目前壓樁機越來越大,對于較硬土質,管樁有可能仍然壓不到設計標高,在反復復壓情況下,管樁樁身橫向產生強烈應力,如果樁還是按常規配箍筋,樁頂混泥土抗拉不足開裂,產生垂直裂縫,為處理帶來很大困難;另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進入硬持力層,中間沒有經過渡層,此時樁機油壓迅速升高,樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂。
4.5基坑開挖
隨著靜壓樁技術的引進,在高層建筑基礎施工中,基坑開挖是不可避免的。基坑開挖時,應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的,先打樁后開挖應考慮對稱均勻,如在中間開挖把土堆在周圍,就會造成四周和中心的土體高差懸殊,同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷。
4.6地質構造
一些工程地段往往會在地質斷裂破碎帶上,如果在這些地方采用靜壓樁方法,由于受到地質構造影響,破碎帶將造成地下水軟化持力層的不良作用,在壓樁時,雖然能夠滿足壓樁的樁長和終壓力要求,而靜載時樁基礎會出現不合格的狀況。
5.施工中的處理方法
5.1壓樁工藝要求
在壓樁較多、較密的情況下,施工前合理安排壓樁的順序,同一單體建筑物一般要求先壓場地中央的樁,后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁,后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用,但對承受水平荷載的基礎要慎重。
5.2樁端封口要求
對于樁端封口,焊接質量要求與端板間無間隙、錯位,保證焊縫飽滿,無氣孔存在。施焊對稱進行,焊拉時間控制得當,焊接完成后自然冷卻15分鐘左右方可施打,因為高溫焊縫遇水后變脆,容易開裂。
5.3接樁工藝要求
目前接樁方法有焊接法和漿錨法,在接樁時,上節樁必須對準下節樁,保證位置正確,然后進行焊接或漿錨。
5.4進行中的施工要求
在施工過程中,應時刻注意保持樁的軸心受壓,若產生偏移,應及時調整;當樁接近設計標高時,不可過早挺壓;按要求進行測壓,并注意保養、檢修和標定儀器,以減小誤差。
6.結語
靜壓樁的沉樁機理非常復雜,與土質、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距、施工順序、進度等有關,有待進一步研究。其在基礎施工中,可以有效的節約材料和保證施工質量,但必須充分考慮各種影響施工質量的因素,制定詳盡合理的施工方案,以滿足施工要求。相信隨著工程實踐的不斷豐富,靜壓樁基礎施工質量能夠得到進一步的保障。
參考文獻:
[1]張永濤,靜壓樁工程質量的管理與控制[J],產業與科技論壇,2009年03期
關鍵詞:樁基礎 建筑工程 軟土地基 處理方法 施工技術
Abstract: With the continuous development of China's economic level and urban construction, the construction industry has gradually become a pillar industry in China's economic construction. Building foundation and infrastructure is an important part of the building, carrying the upper structure down loads, foundation and foundation is an important factor to affect the structural safety and construction performance. This article briefly describes several soft foundation, and elaborated on the construction and application technology of pile foundation in soft soil foundation treatment and precautions.
Keywords: pile foundation, construction works ,soft ground,approach, construction technology
中圖分類號:TU74文獻標識碼:A 文章編號:
正文:
1.軟土地基簡介
由淤泥、淤泥質土、雜填土或其他高壓縮性土構成的地基土統稱為軟土。軟土特點是天然含水量大、壓縮系數高、孔隙比大、強度低,并具有觸變性、流變性等特殊的土力學性質。由軟土構成的軟弱地基就是軟土地基。軟土地基工程利用條件較差,地基土體抗剪強度低,強度增長緩慢。在有荷載作用的情況下,地基土體具有容易變形,變形速率大且承載力低,沉降不均勻,沉降量大等不良工程性質。如果對軟土地基添加附加荷載,孔隙比較大的軟土可以逐漸排出孔隙水,同時使孔隙比變小,逐漸產生固結變形。通過附加荷載的作用,土體超靜孔隙水壓力的擴散速度加快,土的有效應力增加,能夠使土體提前完成沉降或提高沉降速度。
2.常見的軟土地基處理方法
軟土地基工程利用性差,在荷載作用下容易發生變形,造成結構整體沉降或局部不均勻沉降,導致結構的損壞,建筑物的使用性能及安全性能不能滿足要求。因此,在軟土地基上修建建筑物的時候,必須提前進行地基處理,采取切實可行的技術措施,提高地基土的承載能力,保證建筑的安全性能和使用性能。常見的軟土地基處理方法有以下幾種:
2.1 換填土層法
換填土層是將建筑物基礎底面以下一定深度范圍內的淺層軟弱土或工程性質不良的土體挖去,回填砂、碎石、灰土、粉煤灰、水泥土等無侵蝕性的散體材料,提高土體排水性能,加速軟土層的排水固結。在施工過程中,不同土層應該層層鋪筑,鋪筑厚度要滿足規范要求,層層夯實。墊層可以增強持力層的承載力,通過半剛性、剛性墊層的應力擴散作用,提高地基承載力,減小地基的沉降量。
2.2深層擠密法
深層擠密法是通過擠密或振動施工范圍內的軟土,擠密樁周的松軟土層,使土層密實,擠密過程中回填砂、碎石等,形成承載能力較高的砂樁、碎石樁等。砂樁、碎石樁與樁間土形成復合地基,從而提高地基土體強度,減小地基的沉降變形,提高地基承載力。
2.3樁基礎處理法
當軟弱土層厚度較大,大面積處理不便時,可在軟土地層中進行打樁,對地基土體進行加固處理。樁基礎是在施工時是將鋼筋混凝土樁打入(預制樁)或灌注入(鉆孔樁)土中,由樁和樁間土層一起組成復合地基,承載上部結構傳遞下來的荷載作用,保證了建筑物的安全使用。
2.4排水固結法
軟土地基承載能力不足的一個主要原因就是含水量過高,土體強度不足。要想解決軟土地基沉降和穩定問題,一個有效措施就是排水固結法。排水固結主要是通過布置砂墊層、塑料多孔排水板等,增加土體排水能力。設置塑料多孔排水板等構成軟土地基表層或內部形成水平或垂直的排水通道,形成集中排水的結構體系,加速孔隙水的排出使土固結和強度增長,提高地基土的穩定性和堅固性,從而保證建筑結構的安全性。
3.樁基礎在軟土地基處理中的應用
3.1 樁基礎特點
在實際工程中,當地基軟土層較厚,建筑物上部結構荷載較大,而且建筑物要求圍護結構等不允許出現裂縫,對沉降量限制要求比較嚴格的情況,一般采用樁基礎。樁基礎具有承載能力高,減少土方工程量,節省基礎材料,沉降量小,而且一般不會出現地基不均勻沉降等特點,而且施工工期較短,在保證建筑物安全的前提下,還能縮短建筑工期,降低建筑成本。樁基礎包括承臺和樁群兩個主要部分。
圖1-1樁身結構圖
樁在平面上可以根據實際地質情況排成若干排,各個單樁依靠設于樁頂承成整體,在承臺上再修筑上部結構,將承臺以上的上部結構的荷載,通過承臺相對均勻地分配給各根樁,再由樁傳給深部良好地基持力層中,這樣就能更好的保證建筑物在軟土地基上的安全性能和使用性能。
3.2樁基礎施工注意事項
鋼筋混凝土樁可以分為預制樁和灌注樁兩類,二者施工方法不同。樁基礎是由樁和承臺兩部分組成的,在地基進行樁基鉆孔時,因為軟弱地基土鉆進時容易發生坍塌現象,所以開始時應減慢速度,適當控制進尺。在深部粘土和沙礫及風化巖中鉆進時,土體強度明顯增加,較硬的土層會引起鉆頭跳動,容易出現鉆桿擺動較大和傾斜,在出現坍塌以及冒漿等現象以后,必須立即停止鉆進,采取增加孔內水位、灌注水泥漿等有效補救措施,才可以繼續施工。為了保證孔壁穩定性,孔口內泥漿的高度應當高出地下水位不少于50cm,并經常檢查護樁的樁位和孔位以及垂直度是否正確。鉆進過程中,在保證孔洞泥漿高度穩定的情況下,應該連續鉆進,不能中途無故挺鉆。如果發生機械故障等特殊情況,不能連續鉆進時,孔內泥漿仍要保持循環,防止孔內泥漿沉淀,發生塌孔現象。
預制樁在施工時,必須提前定貨加工,樁身尺寸必須符合設計和規范的要求。預制樁的強度必須達到設計強度的100%以后才能進行沉樁施工,有時還要根據實際情況適當增加養護期。沉樁過程中,或樁在堆放、起吊、運輸過程中,應當避免樁身彎曲過大,要及時觀察樁身強度及地下有無障礙物等,避免發生樁身斷裂。樁頂成樁質量和沉樁施工機具選擇,對沉樁過程也有很大影響,由于樁頂強度不夠及鋼筋網片不足,容易發生樁頂碎裂,所以應當加強施工準備時的檢查。沉樁過程中還要保證打樁機底盤水平,避免發生樁身傾斜。由于場地不平、不垂直、樁尖在地下遇見硬物等原因所造成。接樁焊接要嚴格按工藝操作規定執行,連接處表面清理干凈,保證接樁的質量。
3.3樁基礎發展前景
天然軟土地基上的淺基礎一般不能滿足建筑物整體穩定要求,樁基礎可以減少建筑物不均勻沉降,有較高的承載力和穩定性,可以有效解決地基承載能力不足的問題。樁基礎是軟土中的主要基礎形式,巨大的剛度把荷載較均勻的傳給下部各支撐,具有較高的承載能力和能夠抵御復雜荷載的工程性質。樁基礎上部結構的形式應根據荷載的大小與性質,施工與使用要求及材料供應和施工條件等確定。
在軟土地基中優先使用樁基礎,通過調整基礎面積,減少基礎埋深,增強上部結構的整體剛度和均勻對稱性,減輕荷載。并適當加大樁徑,提高鋼筋混凝土保護層厚度和澆筑質量,相對減少鋼筋籠直徑;為避免遇到坍塌,傾斜,縮樁等問題,應合理設置沉降縫,加強基礎的整體性和剛性。使地基處理與基礎和上部結構之間做到整體的協調統一,實現承載力高,投資較少,效果較好的雙贏。
4.結束語
建筑的地基與基礎是建筑物的重要組成部分,承載了上部結構傳遞下來的各種荷載作用,地基與基礎是影響建筑結構安全和建筑使用性能的重要因素。應當綜合考慮建筑物所處的地形、地質、水文、氣候等自然環境條件,根據工程地質條件,選擇與建筑物上部結構相適應的基礎類型并進行經濟且安全的軟土地基的處理,才能充分發揮地基、基礎的重要作用,才能實現地基基礎與上部結構較緊密地配合,提高建筑物的安全性能。
參考文獻:
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樁偏差的控制和處理。
【關鍵詞】樁基礎單樁承載力靜載荷試驗樁長細比
1、樁的類型及樁基礎的形式
1.1 樁的類型
(1)按傳力及作用性質分,可分為端承樁和摩擦樁。
(2)按樁的功能分,有受壓樁、橫向受荷樁、抗拔樁、錨樁、護坡樁等。
(3)按樁的制作和施工方法,可以分為預制樁和灌注樁。常用的預制樁有鋼筋混凝土樁,木樁,鋼樁等。常用的灌注樁有沉管式灌注樁和鉆孔灌注樁等。
(4)按成樁時樁對基礎的擾動影響可分為非擠土樁、部分擠土樁、擠土樁。
1.2 建筑樁基礎的形式
(1)樁柱基礎
樁柱基礎即柱下獨立基礎,可采用一柱一樁或一柱數樁基礎。為了加強基礎結構的整體性,特別是提高其抵御水平荷載的能力,在各個樁柱基礎之間通常設置拉梁相互連接,或將地下室底板適當加強。樁柱基礎是框架結構或含有部分框架結構(例如框剪結構、框筒結構等)高層建筑的一種造價較低的基礎型式,有較嚴格的適用條件。單樁的柱基一般只適應于端承樁,群樁的柱基多用于摩擦樁的情況。
(2)樁梁基礎
樁梁基礎是指框架柱荷載通過基礎粱(或稱承臺梁)傳遞給樁這種形式的樁基礎。沿網軸線布置一排或多排樁,樁頂用剛度很大的基礎梁相連,以便將柱網荷載較均勻地分配給每根樁,它比僅靠拉梁相連的樁柱基礎具有較高的整體剛度和穩定性,在一定程度上具有調整不均勻沉降的能力。一般說來,樁梁基礎主要適用于端承樁的情況。
(3)樁墻基礎
樁墻基礎是指剪力墻或實腹筒壁下的單排或多排樁基礎。剪力墻可看作特殊的深度,以其巨大的剛度足以把荷載較均勻地傳給各支承樁,無須再設置基礎梁。
(4)樁筏基礎
當受地質或施工條件限制,單樁的承載力不高,而不得不滿堂布樁或局部滿堂布樁才足以支承建筑荷載時,常通過整塊鋼筋混凝土板把柱、墻(筒)集中荷載分配給樁。沿襲淺基礎的分類習慣將此板稱為筏,故這類基礎為樁筏基礎。筏可做成梁板式或平板式。樁筏基礎主要用于軟土地基上的簡體結構、框剪結構,以便借助高層結構的巨大剛度來彌補基礎剛度的不足。不過,若為端承樁基,則可用于框架結構。
(5)樁箱基礎
樁箱基礎系由底板、頂板、外墻和若干縱墻內隔墻構成的空箱結構把上部荷載分配給樁,由于其剛度很大,具有調整各樁受力和沉降的良好性能,因此在軟弱地基土上建造高層建筑時較多采用基礎型式。它適用于包括框架結構在內的任何結構型式。采用樁箱基礎的框剪結構高層建筑可達百米以上的高度。
一般認為,樁箱基礎是一種可以在任何適合于樁基的地質條件下建造任何結構型式的高層建筑的“萬能式樁基”。不過這并不是說它在任何情況下都合適,這里關鍵是造價。樁箱基礎是各種樁基中造價最高的,因此必須在全面的技術經濟分析基礎上再做出選擇。
2、樁基礎設計若干問題分析
2.1單樁豎向承載力的確定
樁基礎設計在確定樁的類型后,應根據建筑樁基的安全等級、荷載效應及地質條件確定單樁的豎向承載力。單樁的豎向極限承載力是指單樁在豎向荷載的作用下達到破壞前或出現不適于繼續承載的變形時所對應的最大荷載,它取決于樁身材料強度和地基土對樁的承載力,一般由地基土對樁的承載力控制,但對于超長樁、端承樁和樁身質量有缺陷的樁可能由樁身材料強度控制。
單樁豎向承載力依據《棗筑樁基技術規范JGJ94―94》規定,應按下列原則確定:一級建筑樁基應采用現場靜載荷試驗并結合靜力觸探、標準貫入等原位測試方法綜合確定;二級建筑樁基應根據靜力觸探、標準貫入、經驗參數等估算并參考地質條件相同的試樁資料綜合確定,當缺乏可參照的試樁資料或地質條件復雜時,應由現場靜載荷試驗確定;三級建筑樁基如無原位測試資料時,可利用承載力經驗參數估算。
2.2樁基的靜載荷試驗
目前的樁基礎設計過程,往往受到時間的約束首先根據地質報告提供的參數確定單樁承載力設計值,根據這個估算的單樁承載力直接進行樁基礎設計并施工,等工程樁施工結束后再挑選試樁進行靜載荷試驗。這個過程具有相當的不科學性,如結果符合估算要求,則皆大歡喜,否則因工程已施工完畢補樁也會很困難。且有時因地質報告有出入會給施工中帶來相當的不便。這里主要有兩個問題,下面舉例來說明。一是根據地質報告提供的樁周土摩擦力標準值及樁端土承載力標準值由規范JGJ94―94計算的場區單樁承載力標準值,這是一個經驗數值,不宜直接采用。近幾年來通過各類樁基礎中試樁及工程樁的檢測,發現絕大多數樁的實際承載力均大于計算值,有些相差幅度較大,因此按試樁獲得的實際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎將產生巨大的經濟效益。其二是當場地不均勻或地質報告數值有偏差的情況下,不進行試樁而直接按地質報告進行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費。樁基礎設計過程中靜載荷試驗是一個十分重要的環節。因為此項工作質量直接影響到樁基形式、樁規格和樁人土深度的確定,同時也對施工難易有密切影響。通過科學試驗,取得準確數據,能使設計方案更加合理、可行和經濟,遠遠超過縮短工期所獲得的效益。
2.3樁長細比的合理確定
樁基礎設計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎設計產生重大的影響,合理的樁型、樁長選擇將產生巨大的經濟效益。一些設計者在工程設計中仍以長細比來控制樁長或樁徑,造成工程樁的不必要的浪費。長細比限值主要是為了保證樁身不產生壓屈失穩,以及考慮施工條件的要求,對于端承樁因有一較堅硬的不變形的持力層,在樁頂豎向荷載的作用下,樁身若過于細長,可能會像壓桿一樣出現失穩破壞。而對于摩擦型樁,樁身應力向下衰減,且樁會隨著荷載加大而產生沉降,不會產生壓屈失穩,所以不需考慮長細比的限制。隨著高層建筑的發展,超長樁及長樁應用廣泛,而長細比限值制約了長樁的使用。根據我國的實際情況,迄今為止尚未發現質量正常的低承臺樁在使用過程中出現壓屈失穩的例子,所以規范不再提長細比的要求了。但具體應用中如遇到樁周土軟弱或可液化,或8度以上地震區的情況,當樁身強度控制設計時,仍應慎重對待,可按相關規范驗算樁身壓屈。
2.4 樁偏差的控制和處理
樁基施工中對樁的偏差必須嚴格控制,特別是對于承臺樁及條形樁,樁位的偏差都將產生很大的附加內力,而使基礎設計處于不安全狀態。對于樁位偏差主要控制兩個方面,其一是豎向偏差,根據JGJ94―94第7.4.12條我們控制樁頂標高的允許偏差為-50~+100mm,但實際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務及損失。當樁頂標高高于設計標高,則需要劈樁,特別對于預應力管樁等空心樁來說,樁頂有樁帽劈樁既困難又不經濟,而當樁頂標高低于設計標高時,又需要補樁頭,這既影響工期又浪費金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴格控制樁頂標高,盡可能地使工程樁標高同設計一致,特別是施工過程中必須考慮到樁在卸載后的回降量,否則不加考慮則每根樁都將高于設計標高。而我們設計人員在設計過程中對施工誤差亦應有所考慮,設計中可以考慮2mm左右的偏差容許,這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁,這在實踐工程中具有相當的可操作性,避免了大量不必要的工作。其二則是樁位的水平偏差。根據JGJ94―94第7.4.11條控制各樁位偏差,施工過程中發現樁位偏差較大則應及時補樁處理。這里針對4~16根承臺的樁基,JGJ94―94規范第7.4.11條中規定允許偏差為1/3樁徑或1/3邊長,而根據GB50202―2002第5.1.3條則規定允許偏差為1/2樁徑或邊長。這顯然是矛盾的。在實際過程中很容易與施工驗收方產生不同的理解,因此在設計過程中可以明確樁位偏差允許值所執行的標準。當然樁位偏差滿足規范或設計要求僅僅代表樁基本身驗收合格,而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎高度損失,必須另行處理。對于樁偏心可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決,這在實際工程中需針對具體情況相應處理。
參考文獻: