预应力混凝土管桩基疑难大全.ppt

建筑桩基技术规范JGJ94-2008 常用桩型及有关疑难 解析 2010.042010.04 目录 一、人工挖孔嵌岩桩 1、概述 2、竖向受压承载力性状 3、工程桩检测 4、某工程案例解析 二、预应力混凝土管桩 三、后注浆灌注桩 四、地下水与抗浮设计 五、两类共同作用与变刚度调平设计 六、桩基础的抗震设计（液化土中的桩基设计） 七、常见问题释疑 二、预应力混凝土管桩 随着施工技术发展和经验积累，近些年管桩从沿海软土地区向内陆非软 土地区蔓延，由低烈度区向高烈度区蔓延。同时也出现了不少工程事故，设 计及施工应掌握其中原理并积累相关经验以有利于该桩型的发展。 1、按挤土程度分类 与混凝土灌注桩比较，预应力管桩无泥皮、沉渣，从这个角度讲， 其单桩竖向承载力应比灌注桩高，但管桩是挤土施工，不可避免的扰动原状 土、使地下水渗流变化、破坏整个场地原有的应力场，使之失衡，从而导致 诸多工程问题。由于挤土效应这是管桩工程事故较多的原因之一。因此有必 要根据挤土程度分类： （1）挤土桩：闭口管桩 （2）部分挤土桩：开口管桩，引孔施工的管桩 （3）非挤土桩 一般而言，（1）如果选择管桩，那么在有条件的场地（地区）应使 用部分挤土桩（2）用大口径空心桩（3）长桩，这能较大程度上减少挤土效 应；同时在一定程度上保留了管桩侧摩阻力和端阻力较灌注桩高的优点。 挤土量的比较 2、挤土施工场地土的影响 挤土施工将在引发场地土在施工期间发生以下变化： （1）扰动原状土体。对于高灵敏度的软土，可能破坏土体结构； （2）饱和软粘土中引起较高超孔隙水压力，对周围设施产生不利影响； （3）改变场地渗流规律。大面积挤土施工当沉桩速率过快将改变原有渗 流规律，使得水压力发生变化。 （4）土体偏离原位，朝场地外扩展，同时场地隆起。 土体位移及引发的破坏 3、场地土变化对桩基础沉降及承载力的影响 桩基础工程中是通过考察桩基承载力、沉降量以及施工期间土体位移 来评价桩型选择的合理性，因此可以将场地土变化对桩基础沉降、承载 力及施工期间对周围环境的影响称为挤土效应。 （1）挤土对桩基试桩承载力的影响 突变型（桩端脱空）陡降型 预应力混凝土管桩的静载荷试验Q-s曲线多数（除桩端嵌岩以 外）呈现陡降型的特征，这与（1）预应力管桩应用的场地多为软 土有关（2）可能与桩直径较小有关。 预应力混凝土管桩竖向抗压承载力的计算及说明 当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定敞口预应力混凝 土空心桩单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算： 此公式计算基于以下假定 （1）土体未扰动，桩与土体紧密接触，故侧摩阻力较泥浆护壁的高。 （2）桩端与持力层紧密接触，土塞效应方能发挥。 （3）未计入土体再固结形成的侧摩阻力增强效果。 挤土恢复的时效性是双刃剑。随着时间推移，场地土恢复稳定，但这个时 间可能长达一至数年。在这个过程中虽然侧摩阻力增加，但是沉降也在增加。 设计提高基桩承载力那么桩数将减少，导致实际总沉降增加；同时由于再固结 可能导致承台底脱空，那么荷载全部由桩承担，也可能额外增加沉降。 土的名称土的状态qskqpk l9930 (压实)填土2230 淤泥1420 淤泥质土2230 黏性土流塑IL12440 软塑0.750.92646 中密0.75e0.946669501700140021001900270025003400 密实e306688 预应力混凝土管桩qsk,qpk 土的名称土的状态qskqpk l9930 细砂稍密10306688 中砂中密15307495 粗砂中密153095116 砾砂稍密51511613860009500900010500 圆砾、角砾中密、密 实 N63.510160200700010000950011500 碎石、卵石中密、密 实 N63.5102003008000110001050013000 全风化软质岩301016024060009000 强风化硬质岩N63.510220300700011000 （2）挤土对桩基沉降的影响 建筑物关注的是桩基长期沉降量。沉桩结束后，孔隙水压力逐渐 消散，土体再固结，建筑物随之下沉；对于土层分布比较均匀的场地 ，再固结在平面内较均匀，将不增加建筑物两点间差异沉降，但对建 筑物总沉降产生较大影响。 饱和土中采用预制桩 （不含复打、复压、引孔沉 桩）时，应根据桩距、土质 、沉桩速率和顺序等因素， 对按等效作用分层综合法计 算的沉降乘以1.31.8挤土 效应系数，土的渗透性低， 桩距小，桩数多，沉桩速率 快时取大值。 天津某工程沉降实测资料 住宅，地下1层，地上9层，异形柱剪力墙结构，预应力管桩。上图为竣工时沉降。 Smax=39mm 住宅，地下2层，地上27层，剪力墙结构，灌注桩后注浆。上图为竣工时沉降 。Smax=17mm 上面两栋楼位于同一小区。虽然桩基础提供了等效的承载力，但沉降差别 相当大。可见荷载量大并不是产生大沉降量的主要因素，主要还是挤土效应。 4、减小挤土效应的措施 （1）设计措施：增大基桩的最小中心距 土类与成桩工艺 排数不少于3排且桩数不 少于9根的摩擦型桩桩基 其他情况 非挤土灌注桩3.0d3.0d 部分挤土桩3.5d3.0d 挤土 桩 非饱和土4.0d3.5d 饱和黏性土4.5d4.0d 钻、挖孔扩底桩2D或 D+2.0m(当D2m) 1.5 D或 D+1.5m(当D2m) 沉管夯扩 、钻孔挤 扩桩 非饱和土2.2D且4.0d2.0D且3.5d 饱和黏性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d （2）施工措施： 1）可用预钻孔来减少排土量。预钻孔孔径可比桩径（或方桩对角线）小50 100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，宜为桩长的1/31/2； 通常预钻孔深度范围内地基土体内的超孔隙水压力可减小40%50%，地 基变位可减小30%50%。 2）应设置排水措施，如袋装砂井或塑料排水板，可提高土的在施工期间的压 缩性。袋装砂井直径宜为7080mm，间距宜为1.01.5m，深度宜为10 12m；塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同； 其目的是改善地基土的排水特性，加快孔隙水压力的消散，防止砂土液化。 3）可在沉桩区内外开挖地面防震沟或应力释放孔，并可与其他措施结合使 用。防震沟沟宽可取0.50.8m，深度按土质情况决定； 可减小浅层土体的挤土效应，对于深基坑效果有限。 4）管桩施工不能抢工期。应限制每天的沉桩数量（即打桩速率），合理安 排沉桩流程，使得超孔隙水压力能及时消散； 在软黏性土中，沉桩速度过快，不但显著增加水压力、地基土变位，还 可使得邻近土体剪切破坏。施工顺利则影响水力梯度的大小和方向。实测表 明，地基变位方向与沉桩施工方向一致。 5）沉桩结束后，宜普遍实施一次复打，使桩端置于持力层上，能充分发挥 桩端土体承载力，还可随时间增长； （3）基坑开挖 1）基坑开挖前应对边坡支护型式、降水措施、挖土方案、运土路线及堆土位置 编制施工方案，若桩基施工引起超孔隙水压力，宜待超孔隙水压力大部分消散后 开挖。 2）基坑施工顺序宜先深后浅。场地土允许的地区应先开挖基坑，后沉桩。 3）挖土应均衡分层进行，对流塑状软土的基坑开挖，高差不应超过1m。 4）挖出的土方不得堆置在基坑附近。 5）机械挖土时须避开桩位，行进路线须避开桩位且距离桩位一定距离，否则应 采取其他措施确保基坑内的桩体不受损坏。 （4）施工监测 1）对于挤土预制桩和挤土灌注桩，施工过程均应对桩顶和地面土体的竖向和水 平位移进行系统观测；若发现异常，应采取复打、复压、引孔、设置排水措施及 调整沉桩速率等措施。 2）沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。 （5）预应力管桩施工常见问题及处理措施 1）平面偏位，桩身完整性为I、II类。 措施：处理承台。尤其对一柱一桩和二桩的情况。（见武汉某工程实例） 2）桩身开裂，对水平承载力有影响。 措施：（a）灌芯（b）补桩（！）。（见唐山某项目） 3）桩端未到设计标高（桩长未满足设计要求）。 措施（a）预钻孔（b）保留该持力层。 处理类似问题应着眼于对承台 和上部结构的影响： （a）承台内力与原设计不同； （b）建筑物沉降可能不均匀。 4）沉桩终压力与设计不符 （沉桩终压力Rsm与极限承载力Quk关系按地区经验较为真实）。 终止压力与土层分布特性密切相关，应注意当地土层分布特点。 （a）（b） （c） 规范：最大压桩力不宜小于设计的单桩竖向极限承载力标准值，必要时 可由现场试验确定，可根据地区静压经验确定。 5、预应力管桩的桩身承载力与施工工艺系数 计算模式计算模式 (1) (1) 当桩顶以下当桩顶以下5d 5d螺旋式箍筋间距螺旋式箍筋间距 100mm100mm时时 NN c c f f c cA A psps+0.9f +0.9f y y AA s s (5.8.2-1) (5.8.2-1) (2) (2) 当桩身配筋不符合以上规定时当桩身配筋不符合以上规定时 NN c c f f c cA A psps (5.8.2-2) (5.8.2-2) 混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩cc =0.85 =0.85； 考虑到预应力钢筋对混凝土的预加应力，实际取考虑到预应力钢筋对混凝土的预加应力，实际取cc = =0.70.70.0.7 75 5；（ 见新编见新编预应力管桩规程预应力管桩规程），当前按图集），当前按图集预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩 取值（取值（0.70.7）即可。）即可。 6、预应力管桩的水平承载力（双控：位移和抗弯承载力） （1）按位移控制预估： （2）单桩水平静荷载试验：根据配筋率确定取值方法。 大配筋率由位移控制，取6或10mm位移对应荷载的75%。 小配筋率由桩身抗弯强度控制，取临界荷载的75%。 （3）位移满足前提下，验算桩身抗剪承载力 建筑工程中的预应力管桩基础，在水平荷载作用下计算位移较小，可认为 水平承载力有桩身承载力控制，主要指桩身抗弯承载力。 通常基桩在水平荷载作用下以弯曲破坏为主，因此仅验算抗弯承载力即可； 当需要验算空心截面的抗剪承载力，混凝土结构设计规范无明确规定。 7、剪力墙下布置预应力管桩要点 （1）剪力墙下布桩与承台设置 对于钢筋混凝土剪力墙下布桩的问题，应重点把握以下几点： 1）应尽量做到剪力墙下布桩。剪力墙自身具备极大抗弯刚度，可视为承台； 2）地震作用下剪力墙承受巨大的倾覆弯矩，因此在较长的墙肢两端应布 置基桩，如图； 3）多层剪力墙结构未设置地下室时，考虑钢筋锚固和施工方便以及局部受压的 问题，宜设置条形承台梁，如图（a）。 4）多层剪力墙结构设置地下室时，若采用墙下布桩，则抗水板常取 200250mm，此时可参考图（a）设置条形承台梁；当抗水板厚达400mm时， 则可在墙下设置暗梁（图（b）。 5）高层剪力墙结构，常因基础埋深要求设置地下室且由于要承受基底反力，筏 板厚度不小于400mm，此时按图（b）设置暗梁即可。 （a） （b） 剪力墙下条形承台梁构造 （2）短肢剪力墙下布桩的合理化建议 上部结构采用短肢剪力墙而又不能墙下布桩，按荷载重心与桩群形心 重合的原则，工程中常常形成类似图（a）的布桩模式，致使承台的抗冲 切承载力、抗剪切承载力以及弯矩计算都极为困难。 （a）未优优化设计设计 工程师在进行结构设计时即应当预见到这种情况，从而采取有效措施。 1）选择承载力更大的桩型。根据调查发现，出现上述不利情况的多数采用 预应力管桩，管桩桩长有限，承载力低，需要桩数多，桩距要求也大，自 然无法做到墙下布桩。因此选择灌注桩，增加桩长，再用后注浆提高承载 力，自然能墙下布桩，如图（b），严格的说此时荷载重心与桩群形心并不 重合，但由于结构刚度参与及承台基桩变形协调后，会重新获得平衡。 实践证明，这种方式也具有更好的经济性。 2）按复合桩基设计。当地基土质较好，可考虑按复合桩基设计（c），如 15层的剪力墙结构，总荷载225kPa，地基土承载力特征值140kPa，承台效 应系数取0.6，那么可减少桩数37%，原5桩承台可按3桩承台设计即可，此 时筏板厚度应满足冲切承载力要求。 （b）加大基桩承载力 （c）按复合桩基设计 3）补充墙肢，使原结构墙肢加长，便于墙下布桩。对于无地下室的短肢剪力 墙结构，可以在地面以下至承台底面高度范围加设墙体，将独立墙肢联系起 来如图（d），兼具承台梁的作用，由于这类梁高通常达1.52m，具有较大 刚度，完全可以作为承台使用，按连续深梁计算即可，一般此类深梁按构造 配筋均可满足要求。多数情况下短肢剪力墙结构会设置地下室，则可延长墙 肢，留出洞口如图（e），仍然可以墙下布桩，一般地下室高约2.53m，而 悬臂部分1.21.5m，按悬臂深梁分析；多数按构造配筋即可。 （d）连连接墙墙肢（无地下室） （e）延伸墙墙肢（有地下室） 短肢剪力墙墙的布桩桩 8、桩端封口的必要性 预应力管桩桩端持力层土体可能因渗水而影响承载力： (1)原为非饱和土，因含水量增加而降低承载力。当桩较长 时承载力以桩侧摩阻力为主的，这种不利效应影响较小。 (2)桩端持力层为粉、细砂时，