大埔县公安局技侦培训楼人工挖孔桩基础设计.pdf

文章编号: 10045716(2001)043302中图分类号: tu 473. 1 文献标识码 :b 大埔县公安局技侦培训楼人工挖孔桩基础设计 曾飞马,赖建勋,谢迈增 (梅州市建筑设计院 广东 梅州 514021) 摘 要:本工程人工挖孔桩选择卵石砾砂层为持力层,通过精心的勘察、 设计和检测,承载力和沉降变形都满足要求,为 本地区此类工程的应用提供了一个比较成功的实例。 关键词:人工挖孔桩 嵌岩桩 方案选择 持力层 沉降计算与观测 1 工程概况 本工程地处大埔县城中心地带,地面以上13层,半地下室一 层,总高50. 1m ,半地下室为车库,上部为办公场所,总建筑面积 约8300m 2。 上部结构为框架剪力墙体系, 采用tbsa计算程序 计算,按6度三级抗震构造设防;基础采用大直径人工挖孔桩,桩 端持力层为卵石砾砂层。 该工程于1998年2月动工,次年6月封 顶, 2000年8月通过竣工验收,使用情况良好。 2 工程地质资料 根据当地几个有代表性的工程实例,均发现各个场地内存 在3 6m 厚度不等的卵石砾砂层,各土层自上而下依次为: (1)杂、 冲填土:层厚约1. 31. 5m; (2)粘土:层厚约4. 67m,呈可塑状 , f k= 240kpa; (3)粉质粘土:层厚约0. 31. 5m,呈软塑 可塑状 , f k= 206kpa; (4)卵石砾砂土:层厚36m,密实,主要由漂石、 卵石、 圆角 砾和各级粒径的砂组成,砾石含3060% ,砾径一般 12m,本层未揭穿。 3 基础设计 3. 1 基础方案选择 高层建筑基础方案持力层的确定,对结构设计来说是极其 重要的一环,应根据上部结构情况、 建筑物场地周边环境、 工程地 质、 施工条件、 整体性等因素综合考虑确定。本地区常用基础型 式如下: 3. 1. 1 天然地基基础方案 本工程上部结构传给地基的平均压力为315kpa,如果选择 第2土层即粘土层作持力层,该层承载力标准值fk= 240kpa,经 修正后设计值可达约290kpa,不能满足承载力要求,而且该建筑 场地地基主要受力层范围内存在的多种土层层厚差异较大,容 易导致不均匀沉降的加大,因此,排除采用天然地基基础方案。 3. 1. 2 锤击灌注桩基础方案 由于该场地地处城区中心地带,人口密集,打桩带来的噪音 将对周围环境造成很多不良影响,因此,建设单位要求尽可能不 要采用该类型桩基方案。 表1 各土层物理学指标表 土层 编号 土层名称 层厚 (m) e es (m pa) qs (kpa) qp (kpa) fk (kpa) 备注 1杂冲填土1. 31. 5 2粘土4. 67. 00. 806. 3701200240 3粉质粘土0. 31. 50. 756. 1601000206 4卵石砾砂土3. 06. 015. 21323100800 5砂质粘性土0. 53. 20. 5511. 1861500335 6砾质粘性土4. 67. 70. 5012. 3931800400 7强风化岩层12本层未揭穿 边上附加荷载q按100kn?m 2。考虑静水压力。 计算结果,基坑下7. 5m处的最小安全系数km in1. 253 1. 2,即深度约18cm以上均属危险滑动区。从滑动面影响地面稳 定的范围为基坑外延约32m。 因此,必须设置支护结构才能开挖。 根据土层特性及环境条件,采用内外支撑挡土结构均不现实,只 能采用悬臂式支护结构,建议采用地下连续墙或切线桩,入土深 度,按主动土压力,静水压力,地面附加荷载与被动土压力的平衡 条件确定。墙断面或桩径大小、 配筋量按最大弯矩确定(假设墙 或桩为刚体,主动土压力及被动土压力均按三角形分布计算)。 计算结果,桩的入土深约28m即进入中粗砂层底部,桩径400即 可。由于采用地下连续墙或切线桩支护,深度11m以上的淤泥渗 透性弱,可在坑内明排水。 5 结论 主楼打桩100根,桩的尺寸为80039m,均进入含砂质粘 土碎卵石层2m ,采用反循环法成孔,水下灌注,砼标号c30,经静 载试验,其单桩承载力均在40000kn以上,裙楼部分桩尺寸为 60029m,桩端进入含粘性土圆角砾层1. 0m ,其单桩承载 力约2000kn。 基坑开挖前,四周设置50028切线桩两排,开挖过程中 未出现地面变形或位移,采用明排水施工。据了解,主楼34层于 1993年6月封顶,观测的沉降量约1. 8cm ,且均匀。 以往该地区20层以上建筑,均以中 微风化花岗岩作桩端 持力层,本工程34层以碎卵石层作桩端持力层属首例。 总第71期 2001年第4期 西部探矿工程 w est_ ch i na explora t i on en gi n eer i n g seriesno. 71 july 2001 3. 1. 3 钻孔灌注桩基础方案 一般情况下,钻孔灌注桩桩端持力层大都应选择中、 微风化 岩,才能充分发挥其单桩承载能力大的优点。据了解,在此之前, 该县城高层建筑和单柱轴力较大的建筑均采用持力层为中风化 岩的钻孔灌注桩基础(包括省级设计单位设计的工程 ), 但由于本 工程中、 微风化岩层埋深较深,强风化岩层较厚,如果采用中风化 岩作持力层,桩长至少需35m ,且穿越强风化岩层的工作量很大, 按广东省92定额估算(以下同 ), 基础工程造价约102万元,两台 钻机施工工期约需50天。显然,造价较高,工期较长。 3. 1. 4 人工挖孔桩基础方案 人工挖孔桩以其施工设备简单、 质量容易保证、 场地条件要 求低、 无噪音、 无污染、 造价低廉等优点,被广泛应用于各类型多、 高层建筑和其它结构物的基础,其问世已逾百年。通常人工挖孔 桩多为嵌岩桩,但遇到岩层较深的情况,必然带来桩身长、 桩径 大、 钢筋笼粗长、 施工难度加大、 工程造价增加等结果,而本工程 地质情况有个明显的特点,即中、 微风化岩层埋深较深,达35m 以上,中间存在一层较厚的卵石砾砂层,地下水丰富,穿越该层时 施工难度大,容易出现流沙、 塌孔等安全和质量事故。为此,我们 提出了一个设想,即选择卵石砾砂层为持力层,在该层上方粉土 层内扩大头,以增大桩端与持力层的接触面积,提高桩的承载能 力。经过与本院专家的反复论证,认为在满足承载力和沉降变形 要求的条件下是可行的,并根据有关资料介绍,国内已有不少成 功的实例。通过估算,基础工程造价约68万元,由于挖孔可同时 进行,且挖孔深度平均仅为 8m (原地面起算 ), 可大大缩短工期。 综上所述,很显然,持力层为卵石砾砂层的人工挖孔扩底桩 方案技术可行,工期短,经济效益明显,因此确定其为本工程的基 础方案。 3. 2 基础设计 采用4种桩径,桩长5m,考虑到桩长较短,忽略桩侧阻力的 有利作用,偏安全地取单桩承载力设计值见表2。 表2 单桩承载力设计值 桩径d扩大头d单桩承载力设计值(kn) 100018002036 140022003041 160024003618 180028004925 框架柱采用单、 双桩承台,剪力墙采用五桩承台,桩承台的抗 弯、 抗剪、 抗冲切、 构造等均满足规范要求。 3. 3 沉降计算 根据工程地质资料,采用北京理正软件设计研究所编制的 “理正桩基cad” 软件进行沉降计算,沉降计算点布置见图1,最 终沉降量计算值展开图见图2。从计算结果可以看出,建筑物沉 降较为均匀,沉降差和倾斜值都在规范允许范围之内。 4 桩的检测与沉降观测 4. 1 桩的检测 经检测部门抽检,桩承载力和成桩质量均达到有关规定要 求,定为合格桩。 4. 2 沉降观测 为了掌握桩基在建筑物施工过程中和竣工后的沉降情况, 验证设计参数及监视建筑物的安全,对该工程进行了沉降观测, 图1 沉降观测点布置图 从1998年7月到2000年8月,历 时2年整,实际沉降量展开图如图 3; 1、4点的沉降时程曲线如图4。 5 结束语 5. 1 从沉降观测结果可以看出, 建筑物各观测点的沉降较为均匀, 其沉降差及倾斜值均在规范允许 图2 沉降计算值展开图 (单位mm) 范围之内,实际 沉降量与计算沉 降 量 也 比 较 接 近。从沉降时程 曲线可以看出, 建筑物沉降在主 体封顶、 装修完 成后趋于稳定, 这与规范规定的 “一般建筑物在 施工期间完成的 沉降量,对于砂 图3 实际沉降展开图 (单位:mm) 土可以认为其最 终沉降量已基本 完成” 相符。 5. 2 基础部分 实际造价为65. 3 万元,与钻孔灌 注桩比较,节约 资金36. 7万元, 幅度达36% ,且 工期短,施工简 单,无污染,无噪 图4 沉降时程曲线 音,有着显著的经济和 社会效益,特别是对于 贫困落后地区来说,工 程造价的大幅降低更具 实际意义。 5. 3 的基础设计没有 沿用当地习惯做法,而 是根据具体的工程地质 条件,在充分的理论依 据的基础上,合理地选 择桩基及其持力层方 案,通过明确的概念设 计和精确的计算,达到 了设计创新