浅谈桩基础设计

时间日期：2009-4-14 已被阅读次：[7831]

佛山市南海城乡建筑设计有限公司周宜潭

　　[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，城市中各类建筑物拔地而起。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，适用于各种不同建筑物的基础。管桩常用直径为φ300～φ600，既可以作为单层建筑物的基础，又可作为高层、超高层建筑物的基础，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。尤其是在建筑物密集的地方优势明显，因为在建筑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。
　　最初设计的指导思想是：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，不仅要保证建筑物的结构安全，而且要使设计经济合理。
　　参考文献
　　[1]《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15－31－2003）.
　　[2]《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15－22－98）.
　　[3]《建筑地基基础施工及验收规程》（DBJ15－201－91）.

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