建設(shè)工程教育網(wǎng) > 建筑文苑 > 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) > 正文
2006-05-21 17:08 青川 【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城市中各類高層建筑拔地而起,作為高層的基礎(chǔ)部分往往在整個(gè)建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。而高層基礎(chǔ)往往采用樁基礎(chǔ),因此,如何選擇合理的樁基礎(chǔ)形式,對于保證安全,節(jié)約投資、降低造價(jià)起著舉足輕重的作用。這就要求我們設(shè)計(jì)人員對每個(gè)建筑物的勘察報(bào)告進(jìn)行仔細(xì)分析,選擇一個(gè)最優(yōu)化的基礎(chǔ)方案。筆者就以下幾方面對樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中值得注意的問題進(jìn)行探討。
一.樁基設(shè)計(jì)中靜載荷試驗(yàn)的重要性
目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程,往往受到時(shí)間的約束首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計(jì)值,根據(jù)這個(gè)估算的單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并施工,等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。這個(gè)過程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性,結(jié)果符合估算要求,則皆大歡喜,否則因工程已施工完畢補(bǔ)樁也會(huì)很困難,且有時(shí)因地質(zhì)報(bào)告有出入會(huì)給施工中帶來相當(dāng)?shù)牟槐。這里主要有兩個(gè)問題,下面舉例來說明。一是根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的樁周土摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值由規(guī)范JGJ94-94計(jì)算的場區(qū)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值,這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,不宜直接采用。近幾年來筆者通過各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實(shí)際承載力均大于計(jì)算值,有些相差幅度較大,因此按試樁獲得的實(shí)際承載力將會(huì)比按勘察報(bào)告估算的承載力來布置基礎(chǔ)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。例如,筆者曾設(shè)計(jì)過蘇州工業(yè)園區(qū)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(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告擬采用 D500的預(yù)應(yīng)力管樁,樁長20m,按JGJ94-94公式5.2.8估算單樁承載力設(shè)計(jì)值約為1400kN,而我要求進(jìn)行的3根破壞性試樁顯示實(shí)際單樁承載力可達(dá)1850kN,整整比估算值提高了30%左右,實(shí)際工程樁設(shè)計(jì)就采用試驗(yàn)值進(jìn)行,為甲方大大節(jié)省了投資。其二是當(dāng)場地不均勻或地質(zhì)報(bào)告數(shù)值有偏差的情況下,不進(jìn)行試樁而直接按地質(zhì)報(bào)告進(jìn)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(fèi)。例如唯亭某五層商住樓,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告采用10m 長的預(yù)制方樁,樁徑400x400,單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值約為1350kN,采用靜力壓樁,實(shí)際施工中幾乎每根樁都壓至2000kN而未達(dá)到預(yù)定深度,而此時(shí)已達(dá)到預(yù)制樁的樁身強(qiáng)度,故施工過程中每根樁都采用了劈樁,在時(shí)間金錢上都造成了巨大的浪費(fèi)。經(jīng)過靜載荷試驗(yàn)未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高的工程樁均達(dá)到了設(shè)計(jì)承載力,也就是說設(shè)計(jì)上如先進(jìn)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(chǔ)設(shè)計(jì)過程中靜載荷試驗(yàn)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)榇雾?xiàng)工作質(zhì)量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定,同時(shí)也對施工難易有密切影響。通過科學(xué)試驗(yàn),取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù),能使設(shè)計(jì)方案更加合理、可行和經(jīng)濟(jì),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過縮短工期所獲得的效益。
二.樁基設(shè)計(jì)中樁型、樁長設(shè)計(jì)的重要性
樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對樁型及樁長的合理選擇均會(huì)對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大的影響,合理的樁型、樁長選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。筆者在“昆山華地”住宅設(shè)計(jì)中,開始由于考慮時(shí)間原因(有現(xiàn)成的D400預(yù)應(yīng)力管樁),甲方要求采用D400的預(yù)應(yīng)力管樁,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告采用樁長L=16m,單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值為850kN,預(yù)算基礎(chǔ)部分造價(jià)約為160元/m2,在整個(gè)住宅造價(jià)中占了相當(dāng)大的比例。在其后的設(shè)計(jì)中,筆者樁長不變,結(jié)合當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),將樁型改為250x250的預(yù)制鋼筋混凝土小方樁,單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值約為600kN.預(yù)制小方樁在當(dāng)?shù)氐氖┕r(jià)才約50元/m,而預(yù)應(yīng)力管樁的單價(jià)約為100元/m.采用小方樁后預(yù)算造價(jià)約為90元/m2,綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯?梢娺x擇合理的樁型,將對工程的造價(jià)產(chǎn)生巨大影響。同樣樁基設(shè)計(jì)中對樁長的選擇也至關(guān)重要,在某一高層住宅樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,根據(jù)勘察報(bào)告采用D500預(yù)應(yīng)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(shù)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(shù)量相當(dāng),但我們分析一下由此而相對應(yīng)的筏板設(shè)計(jì),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(jīng)濟(jì)效益明顯。因此,我們設(shè)計(jì)人員在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(gè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大的影響,當(dāng)然我們也應(yīng)考慮施工可行性等多方面因素。
三.關(guān)于樁偏差的控制和處理
樁基施工中對樁的偏差必須嚴(yán)格控制,特別是對于承臺(tái)樁及條形樁,樁位的偏差都將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力,而使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處于不安全狀態(tài)。對于樁位偏差我們主要控制兩個(gè)方面,其一是豎向偏差,根據(jù)JGJ94-94第7.4.12條我們控制樁頂標(biāo)高的允許偏差為-50~+100mm,但實(shí)際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務(wù)及損失。當(dāng)樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高,則需要劈樁,特別對于預(yù)應(yīng)力管樁等空心樁來說,樁頂有樁帽劈樁既困難又不經(jīng)濟(jì);而當(dāng)樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),又需要補(bǔ)樁頭,這既影響工期又浪費(fèi)金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高,盡可能地使工程樁標(biāo)高同設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)高。而我們設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中對施工誤差亦應(yīng)有所考慮,筆者建議針對目前的施工質(zhì)量,設(shè)計(jì)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(shí)踐工程中具有相當(dāng)?shù)目刹僮餍裕苊饬舜罅坎槐匾墓ぷ。其二則是樁位的水平偏差。根據(jù)JGJ94-94第7.4.11條控制各樁位偏差,施工過程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)樁處理。這里針對4~16根承臺(tái)的樁基,JGJ94-94規(guī)范第7.4.11條中規(guī)定允許偏差為1/3樁徑或1/3邊長,而根據(jù)GB50202-2002第5.1.3條則規(guī)定允許偏差為1/2樁徑或邊長。這顯然是矛盾的,在實(shí)際過程中很容易與施工驗(yàn)收方產(chǎn)生不同的理解,因此筆者強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過程中可以明確樁位偏差允許值所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。另外,對于小直徑樁(D≤250)筆者強(qiáng)調(diào)必須對其偏位進(jìn)行嚴(yán)格控制而不應(yīng)按上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),筆者建議對承臺(tái)樁可控制70mm;而對于條形承臺(tái)則區(qū)分垂直于條形承臺(tái)方向50mm,平行于承臺(tái)方向?yàn)?0mm,當(dāng)然這些要求必須在施工前予于明確。當(dāng)然樁位偏差滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求僅僅代表樁基本身驗(yàn)收合格,而對于由此引起的承臺(tái)整體偏心或基礎(chǔ)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(tái)剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決,這在實(shí)際工程中需針對具體情況相應(yīng)處理。
四.施工中特殊情況處理
樁基施工由于地層的不可知性,經(jīng)常會(huì)遇到很多異常情況,這就要求我們根據(jù)具體的情況,仔細(xì)分析,采用妥善的方法去解決各類問題。
1)樁基達(dá)到其極限承載力而無法壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高。這里可能存在兩種情況,其一是地質(zhì)報(bào)告有誤,樁實(shí)際承載力大于計(jì)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(chǎn)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(chǎn)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(jī)械,要避免抬機(jī)等現(xiàn)象出現(xiàn);另外可以采取引孔,設(shè)置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。當(dāng)然壓樁時(shí)必須注意壓樁力應(yīng)控制在樁身極限強(qiáng)度范圍以內(nèi),且應(yīng)注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。
2)樁基施工時(shí)壓樁力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)承載力。蘇州閶胥公寓小高層住宅采用18m長D400預(yù)應(yīng)力管樁,根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告單樁承載力設(shè)計(jì)值為650kN,進(jìn)行工程樁試打時(shí)連續(xù)4根樁的最大壓樁力均僅為300kN,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)承載力。我們仔細(xì)分析了勘察報(bào)告認(rèn)為報(bào)告所提供的各土層特性基本準(zhǔn)確,而從周邊其他工程的地質(zhì)報(bào)告也證明勘察報(bào)告無誤,因此我們分析可能由于壓樁機(jī)械的壓樁速度偏快,而土層的粘聚力又偏小,故壓樁時(shí)樁將土直接剪壞,引起壓樁力偏低,隨著時(shí)間土能恢復(fù)固結(jié)。在15天后進(jìn)行的試樁,證明我們的判斷準(zhǔn)確,試驗(yàn)承載力滿足設(shè)計(jì)要求。這一點(diǎn)也從側(cè)面強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)行靜載荷試樁的重要性。
3)樁基靜載荷試驗(yàn)不合格。某工程由于時(shí)間限制,甲方要求試樁與工程樁同時(shí)進(jìn)行,待試樁滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時(shí)進(jìn)行靜載荷試驗(yàn),結(jié)果三組試樁有一組滿足設(shè)計(jì)要求而另外兩組試樁均在小于設(shè)計(jì)承載力時(shí)產(chǎn)生破壞。這就讓我們從設(shè)計(jì)、施工和試驗(yàn)等各方面去分析這兩組試樁,但經(jīng)過與周邊工程比較及現(xiàn)場施工試驗(yàn)記錄分析,均未發(fā)現(xiàn)特殊情況,即不存在施工,試驗(yàn)中的失誤。筆者對第一組合格試樁的情況進(jìn)行了比較,終于發(fā)現(xiàn)后二組試樁本身的停歇時(shí)間已夠,但周邊的其余工程樁施工在試驗(yàn)前2天才完成,完全有理由認(rèn)為是因?yàn)楣こ虡妒┕r(shí)將試樁周邊的土破壞而沒有固結(jié),影響了試樁的承載力。于是等工程樁停歇時(shí)間也滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時(shí)再次對2根試樁進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn),結(jié)果與我們判斷完全一致,試樁均滿足設(shè)計(jì)要求。這一實(shí)例告訴我們影響試樁結(jié)果的因素有很多,我們在工程實(shí)踐中對各種情況一定要仔細(xì)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(fèi)。
4)管樁裂縫處理。預(yù)應(yīng)力管樁以其強(qiáng)度高,制作周期短,比預(yù)制樁節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)中受到普遍應(yīng)用,但其也存在受剪能力差的不足之處。在工程實(shí)踐中,由于垂直度偏差或擠土等原因經(jīng)常會(huì)使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質(zhì)量。在昆山某一工程中由于場地天然地面標(biāo)高較低,在樁施工前場地回填了約2m左右的土,而施工中又未對上述情況采取合適的措施,使壓樁機(jī)械在施壓進(jìn)行過程中對樁產(chǎn)生了不均勻的側(cè)壓,施工結(jié)束后發(fā)現(xiàn)局部樁位產(chǎn)生了側(cè)偏,經(jīng)小應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)這些管樁都不同程度地產(chǎn)生了裂縫,如何處理顯得相當(dāng)關(guān)鍵。我們對偏差資料經(jīng)過分析歸類后,對于垂直度偏差小于0.5%的管樁,管壁基本無裂縫,我們認(rèn)為承載力應(yīng)不受損失,故在增加了一組試樁證明承載力滿足設(shè)計(jì)條件后不再進(jìn)行處理。而對垂直度偏差大于0.5%的管樁,可以認(rèn)為管壁均已產(chǎn)生裂縫,承載力已受影響,我們對此類樁采用了先糾偏再進(jìn)行灌芯處理,使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞,經(jīng)最終靜載荷試驗(yàn)證明是切實(shí)可行的。因此我們在管樁的實(shí)際施工中一定要注意垂直度的控制,因?yàn)楣軜兜目辜裟芰^差,很容易破壞而引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
樁基工程是一繁重而復(fù)雜的過程,我們設(shè)計(jì)人員一定要考慮到每一個(gè)環(huán)節(jié),統(tǒng)籌兼顧,從各方面使之合理化。好的設(shè)計(jì)不僅僅是要保證建筑物安全,更要使設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理。
1、凡本網(wǎng)注明“來源:建設(shè)工程教育網(wǎng)”的所有作品,版權(quán)均屬建設(shè)工程教育網(wǎng)所有,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、鏈接、轉(zhuǎn)貼或以其他方式使用;已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,且必須注明“來源:建設(shè)工程教育網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
2、本網(wǎng)部分資料為網(wǎng)上搜集轉(zhuǎn)載,均盡力標(biāo)明作者和出處。對于本網(wǎng)刊載作品涉及版權(quán)等問題的,請作者與本網(wǎng)站聯(lián)系,本網(wǎng)站核實(shí)確認(rèn)后會(huì)盡快予以處理。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載之作品,并不意味著認(rèn)同該作品的觀點(diǎn)或真實(shí)性。如其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用,請與著作權(quán)人聯(lián)系,并自負(fù)法律責(zé)任。
3、本網(wǎng)站歡迎積極投稿。