桩基优化设计（第15页）资料.docVIP

2桩基优化设计2.1桩基设计优化原则确保桩基础工程质量前题下,为使工程造价达到最省方便施工缩短施工周期满足环境要求的桩基优化设计须遵循以下原则:1)基桩质量可靠性原则各类桩型的质量可靠性分析:在深厚饱和土层中,以人工挖孔灌注桩与预制桩型为优,这二类桩型中前者质量可靠性最优,既没有沉桩挤土对环境影响,且施工质量可控性最好;预制型桩的制桩按桩质量可控性也很好,但施工沉桩挤土对环境及已沉入土中的工程桩有一定影响质量较可靠的桩型有沉管灌注桩及钻孔灌注桩型,沉管灌注桩沉桩挤土对桩的质量及邻周环境影响严重,而钻孔灌注桩一般造价较高,且孔底沉渣及桩周泥皮对桩的承载力值影响很大,尤其是水下砼灌注质量控制须特别严格,在离地表15米深度范围桩体砼质量,往往因导管内砼自重压力不能有效置换导管内砼及孔壁泥皮,导管拔出砼面的几率较高,砼受泥浆混入离析而强度大幅度降低,有的桩静载荷试验不到设计极限强度的一半就破坏,另外泥浆对环境污染也不能忽视所以选择桩型应根据环境条件及施工的可能性,以质量可靠为优选原则2)KN承载力值的工程造价最低原则各类桩的材质预制或就地灌筑施工工艺桩径桩长等均与经济性有关,不能单纯用单位立方体砼承载力值,或单位承载力桩体所用材料量来表示经济性指标所谓经济性主要体现工程造价,满足工程要求主要取决于桩的承载力值,所以优化设计指标只能用单位KN承载力所用的工程费用来表示选择工程造价最低为原则3)桩承载力水平均衡原则同一建(构)筑物各承台下桩的承载力水平相差不宜太大,否则会产生相邻承台下桩的差异沉降,对于差异沉降敏感的框架结构因次应力导致梁柱裂缝,差异沉降过大裂缝开展会产生结构安全问题,要使桩的承载力水平接近首先对上部荷载(设计荷载组合R或标准荷载组合Ra)进行统计,选择适宜桩的承载力值,部分承台通过适当调整桩长和桩径,使桩的承载力水平接近4)对邻近环境不良影响最小的原则没有环境影响地段根据上部荷载的要求,桩的极限承载力值3000-6000KN的工程,优先选用质量可靠的预制钢筋砼桩(预应力管桩钢筋砼预制桩);桩的极限承载力值小于1000KN可选用沉管灌注桩桩端大头型扩底型沉管灌注桩或薄壁预应力管桩;极限承载力值在1000-3000KN宜选用钢筋砼空心方桩或预应力管桩,这些桩型经优化分析具有经济性和质量可靠性施工工艺选择上,根据桩的极限承载力值小于4000KN宜用静压沉桩,大于4000KN宜用锤击沉桩局部存在环境影响地段在局部存在环境影响的工程宜采用以下措施减少或消除沉桩施工对环境影响:a.挖防挤沟:沟底深度为被影响建(构)筑物基底以下0.5米,一般不宜超过2.5米,用清水护沟即可b.钻孔防挤桩孔:单列排列桩孔间距2-4d(d为桩孔直径),视重要性选择桩孔间距,桩孔直径一般0.6米,桩孔深度8-15米,原泥浆水护壁即可c.沉桩施工采用取土植桩:一般不宜采用钢管取土成孔,因钢管取土会产生拔管时因真空负压产生缩孔,造成土体大面积扰动,宜采用护壁泥浆状态的钻孔植桩,钻孔直径比工程桩径小5公分,钻孔深度一般10-15米,可在要求保护范围施工d.设置监测点:包括保护建(构)筑物,地面沉降和水平位移深层土体位移,根据监测数据调整沉桩程序,控制日沉桩根数等上述措施根据重要性可采用单项措施或多项联合应用,采用上述措施后可按2.1.1选用相关桩型对环境影响大或易引起民事纠纷地段该地段不宜采用挤土桩型,或当设计要求单桩极限承载力值大于6000kN,应采用钻(挖)孔灌注桩,该桩型工程造价最高,对施工队伍的素质和质量控制要求高,如何降低造价只有使单桩承载力值提高,减少桩数建议:a.钻孔灌注桩孔底压浆:适用条件,桩端持力层土性为砂性土砾砂碎石类土的钻孔灌注桩孔底压浆,可使桩的承载力值提高15-50%b.钢管护壁干取土机械人工挖扩注灌桩;适用条件,硬-可塑粘土粉质粘土持力层,单桩极限承载力值为1000-2500KN采用钢管护壁干取土挖扩灌注桩c.钢管护壁干取土人工嵌岩灌注桩:适用条件,桩穿越土层为软土,且岩层埋深小于40米,可采用钢管护壁干取土人工嵌岩灌注桩变断面钻孔灌注桩:适用条件,当桩长范围内有多层性质较好的稳岩土层组合时,可采用特制钻具(如偏心钻头)在性质好的土层顶部或底部(抗拔)扩大桩的断面,形成多节支盘桩体,充分发挥和改良土层的承载能力,获得较大的的基桩承载力,但此项工艺技术在宁波地区尚未运用,有待探讨2.2桩基础设计优化措施优化设计要达到的目的:即在满足工程安全和质量要求的前题下,尽可能降低工程造价其中,包含用材量施工可能性机械设备能力施工速度技术的可靠性等要达到此目的,必须根据上部结构荷载对桩承载能力的要求选择与地质条件相适应的最佳桩型,使基桩的承载力值达到最大,桩的数量最少所以选择的优化桩型选定后如何使桩的承载力值提高成为主要因素提高单桩承载力值须根据地质条件承载力值的大小选定的桩型等因素,分析提高桩端阻力可能性及提高桩侧阻力的条件,选择提高单桩承载力值的实施方案优化措施主要是扩大桩身的比表面积(侧表面积与体积之比),提高桩端承载力和改良桩周土体的承载能力2.2.1提高桩侧摩阻力措施宁波地质条件多为深厚软土地层,桩的类型多为摩擦型桩(摩擦桩和端承摩擦桩),提高桩的侧摩阻力使桩的承载力值提高具有积极和重要的意义分别叙述如下:1)预制槽板组合H型桩:由图2.1可知桩的侧表面积尽可能达到最大,使桩的侧摩阻力得到充分发挥,即使桩端持力层较薄,亦可使承载力值达到最大,宁波六中及孔浦多层住宅采用预制槽板组合H型桩,经测试和工程应用取得很好的效果该桩型是浙江省建筑设计研究院宁波市机电工业设计研究院合作的科研项目,获浙江省科技进步三等奖浙江省建设科技进步二等奖,适用条件:桩的极限承载力值小于1000KN,桩穿越土层没有良好持力层,仅存在0.5-1米厚的薄粉细砂层,桩长8-12米也可用于复合桩基设计和应用2)异型截面沉管灌注桩:(见图2.2),在沉管灌注桩的钢模管的端部焊接一定长度铁件,可焊三边或四边,呈均匀的三凸边或四凸边截面,使桩的侧表面积增大,其焊接铁件的长度约1米左右,主要达到提升钢模管时凸边满足护壁土体作用,使砼充填凸边留出的空间,形成异型截面沉管灌注桩型施工工法及质量控制同沉管灌注桩,由于凸边的空间较小,要求砼充填密实,则砼宜采用流动砼,要求水灰比不变,掺入适量高效减水剂,使砼流动性增大,一般可用坍落度控制,宜采用坍落度为16-18厘米,选静压震拔沉桩工艺凸边均为素砼,钢筋仍同相同钢模管的沉管灌注桩,使单位体积砼的侧表面积增大,桩的承载力值提高,使KN承载力的砼量降低,达到降低工程造价的目的3)预应力管桩钢筋砼空心方桩:(附件2)预应力管桩及钢筋砼空心方桩均以最少的材料(砼)使桩的侧表面积达到最大的桩型,已在工程中得到广泛的应用,取得了较大的经济效益和社会效益,为工程建设作出了大的贡献,尤其是预应力管桩成为我市工程建设的主桩型4)水泥土技术:水泥土主要是加固桩周土体,使桩的侧摩阻力提高,可采用注浆加固土体,也可水泥搅拌土体加固,最有效的方法:水泥搅拌桩中心插钢筋砼预制小桩,一般用600-700水泥搅拌桩中心插200200钢筋砼方桩,如果桩端有薄层持力层,桩的极限承载力值可达600-800KN,也可在中心插400薄壁预应力管桩,桩的极限承载力值值可达1000KN,对于多层砖混结构建筑是可选择的经济方案,桩的侧表面积可按水泥搅拌桩径的0.9倍取用,工程应用时尚须进行静载荷试验,根据试验结果修正计算参数方可应用见图2.32.2.2提高桩端支承力的措施:1)沉管灌注桩:静压沉管扩底沉管灌注桩:(附件3)根据砼的可塑性,在持力层面静压挤扩,扩大桩端面积,使桩端支承力提高数倍,桩的承载力值大幅度提高,该技术是国内首创,自1981年开发成功至今上万幢建筑应用该技术,取得了明显的社会效益和经济效益,该技术已推广到福建云南等省基本建设高潮来临后,因施工工艺繁杂而逐渐停止使用成桩工艺见图2.4,扩大头型状见图2.5适用条件:桩穿越土层为饱和软土,离地表10-15米有薄粉细砂层,厚度1-2米,在粉细砂层层面扩底,也可用于粘土粉土持力层预制大头型沉管灌注桩:(附件4)该技术由杭州引进平底大头型沉管灌注桩技术,结合宁波的地质条件,发展为平锥度大头型,凹底大头型及十字尖平底大头型沉管灌注桩,见图2.6a该技术适用条件同,仅宁波市区已有数百幢建筑用此桩型,因大头型预制桩靴在沉管过程严重扰动桩周土层,使桩的侧摩阻力下降,目前在工程中此桩型很少应用地质条件适宜时该技术优势仍然明显,如江南春晓住宅群即采用预制大头型沉管灌注桩型十字尖平底大头型桩见图2.6b 图2.6b3)震动扩底沉管灌注桩:采用全震动桩机,在钢模管端部焊接同管径的扩底装制,见图2.7,该装制设有比钢模管径略大的外管,长度0.5-1米通过链杆连接,端部有四瓣活动尖板,当闭口时将钢模管沉入设计深度,在钢模管内注满砼,震动拔管至扩底高度(1.2-1.5米)过程链杆将活瓣打开,砼充填模管上拔的空间,然后钢模管沉入原标高,沉管过程通过链杆将活瓣关闭,将砼挤向桩周围,反复多次沉拔即形成扩大头,外管长度由外管与土的侧摩阻力控制,使活瓣有效关闭为原则该技术仅作过工艺性试验,尚未在实际工程中应用,所以未作进一步试验证实,不能在工程中应用这里提供开发创新的思路,供同仁继续完善,逐渐成为成熟技术双模管震动扩底沉管灌注桩技术在宁波食品展销楼工程应用,取得了很好的效果,5-1层粘土层为持力层,桩径500,扩大头为1200,单桩极限承载力值2000KN工程竣工至今已十年余,未产生异常情况2)干取土扩底灌注桩:(附件5)钢管护壁干取土人工挖扩灌注桩:该技术为建设部重点推广技术,编号98010,获浙江省建设科技进步一等奖,适用条件:桩穿越土层为软土地层,桩端持力层为可塑-硬塑粘土或粉质粘土最小桩径为700,最大扩底直径为3d(d-为桩径),为非挤土型桩,桩的极限承载力值1500-2500KN,可解决人工挖孔桩穿越淤泥或泥炭层可靠扩壁问题和安全问题,可替代人工挖孔及人工扩底工艺设计时根据最大轴力控制的设计荷载组合或标准荷载组合,可采用调节扩大头直径,使桩的承载力水平接近,桩端持力层端阻值可按预制桩的端阻值0.7取用,因桩端人工挖扩存在应力释放问题,端阻力尺寸效应系数按JGJ94-94规范表5.2.9-2取用,钢管护壁干取土人工挖扩灌注桩成桩工艺见图2.8,取出土体柱见图2.9钢管护壁干取土人工嵌岩灌注桩:钢管护壁干取土嵌岩灌注桩成桩工艺类同2)舟山岙山石油储备基地五个十万立方米油罐基础采用钢管护壁干取土嵌岩灌注桩,满载注水试验结果,基础几乎没有沉降,节省了近千万元投资,加快了建设工期,取得了大的社会效益和经济效益,计划还有数十亿元投资业主要求用钢管护壁干取土嵌岩灌注桩适用条件:桩穿越土层为软土地层,岩层离地表最大深度不超过35米,最小桩径800,中等风化岩层可用风镐人工凿岩,微风化岩层采用爆破嵌岩,岙山基地均采用爆破嵌岩,桩的承载力值大于2000KN3)钻孔型灌注桩: 钻孔扩底灌注桩:(附件6)钻孔扩底灌注桩采用专用扩底装置进行扩底施工,即完成钻孔成桩孔后提出钻杆装好扩底装置,然后将已安装扩底装置逐渐张开过程切削土层,形成扩底直径,见图2.10,可有效提高桩端阻力,宁波房地局大楼即采用钻孔扩底灌注桩,经检测桩的承载力值提高20%,节省了工程造价适用条件;桩端持力层土为粘土粉质粘土(不适宜砂土和砾碎石类土),最小桩径为600,扩底直径为2d(d-桩径),桩端土的端阻力计算参数按钻孔灌注桩端阻值参数提高30%选用,因2d直径范围70%面积孔底没有沉渣,清孔残留沉渣在占30%面积的中心部位预承力钻孔灌注桩:(附件7)所谓预承力即在钻孔灌注桩的底部有一个向上的顶升力,在桩承受荷载前桩周存在向下的侧摩阻力,当承受荷载时产生向上摩阻力平衡,当上部荷载增大,桩恢复一般桩的受力机理,该另增加的力即为预承力该力由桩底预埋的预承包由于注浆将预承包鼓大,挤密持力层的土性,甚至扩大支承面积,产生向上的顶升力,使桩承载力值提高实施工艺:在钻孔灌注桩的桩孔内,放置预承包与钢筋相连骨架,预承包在钢筋骨架连接处设有2毫米厚的软胶板,防止砼包住预承包,插入导管,浇筑水下砼,拔出导管即为桩体,待砼强度达50%,进行高压注浆,预承包逐渐鼓大,根据预承包最大鼓大体积0.95的水泥浆量注完终止注浆过程桩体上抬量检测一般2-3毫米,桩的承载力值可提高40-60%,适用条件:持力层为砂土粉土粉质粘土及粘土,桩长10-25米最适用根据宁波水产冷库工程应用至今已达12年,沉降量极小见图2.11此技术是国内首创,详见预承力钻孔灌注桩的特性及工程应用一文钻孔灌注桩桩孔底压浆:A工程实例a.波特曼中心(东港大酒店综合楼)正在建造中的波特曼中心采用钻孔灌注桩孔底压浆工艺,由设计试桩确定桩径及承载力值,大部分试桩因加载能力之故未至极限值(1)工程地质条件及计算参数工程地质条件及计算参数见表1,桩端持力层选择为-3层,粉砂砾砂层,工程地质条件及计算参数汇总表 表1土层编号-1-2-1-2-3-4345-1-2-37-1-2-3土的名称杂填土粉质粘土淤泥粘土淤质粘土淤泥质粉质粘土粉质粘土粘土粉质粘土粉质粘土粉质粘土粘土粉质粘土含粘土粉砂粉砂粉砂砾砂土层厚度(m)1.41.221.39.62.122.310.72.34.83.944.24.85.1钻孔桩(kPa)qsik261318161822215436404568758085qpk1400150018002000注:所列土层厚度为499#试桩的钻孔柱状图提示的土层厚度(2)静荷载试桩结果见图3桩号桩长(m)最大加荷(KN)回弹率(%)桩顶累计下沉量(mm)52857.48979087.5518.6336957.77979073.2321.74桩号桩长(m)最大加荷(KN)回弹率(%)桩顶累计下沉量(mm)14357.01254087.7111.5557057.01254090.9314.1232157.01254077.1216.6549961.01254088.9618.5726861.01254059.2522.87(3)分析波特曼中心共作9根柱的静载荷试桩,3根桩径为800,桩长5757.7m其中57#桩加载至7920KN时桩顶下沉量为11.82mm稳定,加载至8580KN,即出现桩顶急速下沉至40.08mm,说明此桩已达极限,测得累计回弹率21.59mm,回弹率53.87%,另2根桩均加载至9790KN,桩顶下沉量为18.63mm及21.76mm,未出现第二拐点,6根桩的桩径为1000,桩长为5761m,其中49#桩加载至9900KN,桩顶累计下沉量为12.53mm,因故终止试桩未考虑统计之外,其余5根试桩均加载至12540KN,桩顶下沉量11.5522.87mm,曲线吻合性好离散性小,而且均未达极限,未出现第二拐点,说明还有一定潜力根据94桩基规范统计分析,800钻孔灌注桩Ruk=9200KN,1000钻孔灌注桩Ruk12540KN,与估算极限承载力标准值,800 R uk=6600KN,1000 Ruk=8500KN对比,钻孔灌注桩孔底压浆后的承载力值分别提高39%及47.5%b.嘉和中心(宁波嘉和房地产开发公司)嘉和中心主要围绕桩端持力层选择考虑变形因素,选择13层土为桩端持力层,根据地质条件8层粉砂砾砂层厚度为15.922.4m,土性力学指标优于13层土,而施工超长钻孔灌注桩存在质量进度及工程造价问题,探求8层土作为桩端持力层可能性问题,进行设计试桩及钻孔灌注桩孔底压浆与未压浆桩的对比试桩,通过静载荷载试桩结果,孔底压浆后桩的极限承载力标准值提高近一倍,效果显著尤其是土性指标最优的8层土的厚度有20m左右,是宁波市区范围难以得到的有利条件,大大优于波特曼中心地质条件中包括土性指标和土层厚度,也优于中农信及华联的地质条件(1)地质条件:见表2地质条件及计算参数汇总表 表2土层编号13-13-2456-16-27-17-2891011-111-2121314-2土的名称杂填土淤泥质粉质粘土粉砂粘土粉质粘土砂质粉土砂质粉土粉质粘土粉质粘土粉砂粉质粘土粘质粉土粉质粘土粉砂粉质粘土含粘土砾砂强风化泥质粉砂岩土层厚度(m)1.74.2012.821.30.46.201.17.80.76.73.617.20.811.20.54.00.73.415.922.42.27.51.88.81.510.10.34.60.67.00.211.80.43.3钻孔桩(kPa)qsik103226504044325460565250565476qpk30003000(2)桩端持力层为8层土,共四根试桩1000钻孔灌注桩孔底压浆与未压浆桩对比,静载荷试桩结果Q-S曲线见图4(3)桩端持力层为13层土,1000钻孔灌注桩孔底压浆与未压浆桩对比静载荷试桩,结果见图5(4)分析根据静载荷试桩结果可得以下结论:8层土为桩端持力层,1000桩长54.455m四根钻孔灌注桩,孔底压浆与未压浆静载荷试桩静载荷试桩结果汇总表 表3试桩号注浆否最大加载或极限值(KN)桩顶下沉量(mm)回弹率(%)19#注浆1500016.7880.920#注浆1500017.7384.622#未注浆600024.6821#(1)未注浆360021.4421#(2)注浆1500016.9362.66注:21#桩第一次试桩未注浆,第二次注浆后再试桩结果见表3,从试验结果可知,压浆桩的极限承载力值均大于15000KN,未压浆桩的承载力值仅为压浆桩承载力值的50%25%13层土为桩端持力层同桩径同桩长的钻孔灌注桩,11#桩为孔底压浆,3#桩和6#桩未压浆,进行静载荷对比试桩,11#桩加载至15400KN时,桩顶下沉量48.69mm,继续加载试桩加载至20400KN终止加载,累计桩顶下沉量104.22mm,取桩的极限承载力标准值Ruk=15400KN3#桩及16#桩,加载荷载至7000KN时,桩顶下沉量分别为18.27mm及36.57mm,加载荷载至8400KN时,桩顶下沉量38.9mm及58.17mm,桩的极限承载力标准值Ruk=8400KN,也证明孔底压浆是未压浆的灌注桩承载力值提高近1倍8层土与13层土作为桩端持力层,根据静载荷试桩结果对比,按桩顶加载至15000KN时,按13层土为桩端持力层的桩顶累计下沉量48.69mm,8层土为桩端持力层累计桩顶平均下沉量17.26mm,按13层土为桩端持力层的桩顶下沉量是8层土为桩端持力层桩顶下沉量的2.8倍,说明13层土为桩端持力层的建筑物沉降量大于8层土的桩端持力层关于超高层建筑的变形验算问题变形验算取决于桩端下各层土的高压固结模量的取值问题,因穿越土层无法取出完整的土样,所以室内高压固结压缩模量无法从实验室得到借助原位测试标贯检测,超深钻孔标贯的钻杆自重的修正又大大超出修正范围,Es只有人为假设来计算沉降量,其正确性如何本文不作评述对照欧洲及发达国家对建筑的沉降变形有严格的控制时按Q-S曲线中S=3mm对应的荷载作为桩的承载力特征值,(按变形控制桩承载力值)一般可不需沉降变形验算按8层土为持力层Q-S曲线中S=3m对应荷载为Ra=55007500KN,作为本工程桩承载力特征值,而13层作为持力层Ra=4000KN,如果放宽采用曼苏考富曼建议按S=5mm对应荷载作Ra时,则8层土持力层Ra=70008800KN,13层土为持力层Ra=5700KN另一方法可用类比法:调查现有工程的沉降量来确定,宁波华联二号楼主楼25层,总高99.5m,采用800钻孔灌注桩,桩端进入8-1层有效桩长42m(未孔底压浆),95年12月第一次沉降观察,至98年5月第34次观测累计最大沉降量28mm最小沉降量14mm宁波中农信35层,总高117.5m筒体结构地下二层,采用1000钻孔灌注桩8-2层为持力层有效桩长48m,93年12月开工,94年9月进行沉降观察,96年12月25日竣工,实测累计最大沉降29mm,最小13mm,本市正在建造的超高层52层,也是采用8层作为桩的持力层,因未取得有关资料仅供参考综上所述采用8层土为持力层是可靠的合理的,且经济性也好B钻孔灌注桩孔底压浆的桩承载力值估算探讨灌注桩孔底压浆由加强灌注桩体质量和加固孔底沉渣的技术措施,逐渐发展为提高桩的承载力值的有效工艺,实践证明孔底压浆后承载力值可提高50%以上,有的可达一倍,在工程设计中需要有一个成熟的估算公式,目前条件尚不成熟,为此提出以下估算公式方案进行探讨a.按注浆园球按扩底桩计算模式ni=1Ruk= U qsik hi + pmpADqpkU 桩的截面周长(m)qsik qpki层土层极限侧阻力与极限端阻力(kPa)hii层土层的厚度(m)0.8Dp端阻力尺寸效应系数 砂类土碎石土p=()D注浆加固土体园球直径(m)mp加固土体的厚度修正系数 10m厚为0.5 510m厚度插入取值AD加固园球水平投影面积(m2) 估算实例:波特曼中心369#桩,静载荷试桩结果Ruk9790KN d=0.8m V=1.5m3 稍密砂砾土n=0.4 qpk=2000kPaVnD=6( +d2 / 4) = 2.94m0.8Dp=()=0.648mp=0.4 AD=D2 / 4=6.79m2ni=1U qsik hi = 5812KN(见附表)Ruk = 5812 + 0.6480.46.792000 = 9332KN9790KN波特曼中心499#桩 静载荷试桩结果Ruk12540KNd=1m V=1.8m3 n=0.4 qpk=2000kP可计算出D=3.165m p=0.632 mp=0.4 AD=7.87m2ni=1U qsik hi = 7265KNRuk = 7265 + 0.6320.47.872000 = 11244KN15000KNd=1m V=1.8m3 密实粉砂砾砂n=0.3 qpk=3000kPa可计算出D=3.165m p=0.632 厚度10m mp=0.5 AD=7.87m2ni=1U qsik hi = 5038KNRuk = 5038 + 0.6320.57.873000 = 12500KN15000KNb.按提高桩端土计算模式ni=1 Ruk = U qsik hi + npADqpknp桩端土端阻力提高系数(与注浆加固土体形成园球体的水平投影面积A有关)np=(D2/4)/2.5例:波特曼中心,369#桩 D=2.94m AD=6.79m2 np=2.716 A=0.5m2 qkp=2000kPaRuk = 5812 + 2.7160.52000 = 8528KN波特曼中心499#桩D=3.165m AD=7.87m2 np=3.148 A=0.785m2 qkp=2000kPaRuk = 7265 + 3.1480.7852000 = 12211KN嘉和中心20#桩D=3.165m AD=7.87m2 np=3.148 A=0.785m2 qkp=3000kPaRuk = 5038 + 3.1480.7853000 = 12451KNc.二种估算模式的对比假设估算桩检测结果为极限值(实际未达到尚有潜力),对比结果见表3方法 桩项目静载荷试桩按扩底桩估算按提高桩端土估算波369#波499#嘉20#波369#波499#嘉20#波369#波499#嘉20#极限承载力值(KN)979012540150009332112441250085281221112451差值(KN)000-458-1296-2500-1262-329-2549误差(%)1001001004.6810.3316.6712.892.6216.99二种估算方法最大误差率为16.99%,最小误差2.62%,实际上两家勘察单位提供的计算参数误差很大,波特曼中心,侧阻力参数大于嘉和,所以还不能反映估算模式的正确性钻孔灌注桩孔底压浆是国内成熟技术,我市2003年逐渐开始应用主要原理:钻孔灌注桩成桩后在桩端部注入水泥浆,使桩孔底沉渣由水泥浆液胶结,由于高压注浆,浆液加固桩端持力层,如持力层为砂性土砾砂碎石类土效果最佳,因渗透性好的浆液渗入砂砾砂碎石类土的孔隙,胶结为低标号砼,类似岩层,使桩的端阻力大幅度提高,同时部分浆液沿桩壁上升,使桩的侧摩阻力提高根据东港新建大楼和坤和集团公司新建大楼钻孔灌注桩孔底压浆后的静载荷试桩结果,孔底压浆后桩的承载力值可提高30-50%4)预制型桩:预制桩孔底注浆钢筋砼预制小方桩中内埋设注浆管,采用硫磺胶泥接桩,接口设有上下注浆管联通的装置,下节桩端设有出浆口防堵装置,可用于基础托换加固,复合桩基设计和工程应用见图2.12,在宁波沥青制品厂加固工程和镇海某综合楼按复合桩基设计的工程应用取得了良好的效果该工程建筑面积8000平方米,框架结构,因场地上空有高压线,不宜用大型桩机施工,唯一的钻孔灌注桩型可施工,但造价昂贵地质资料显示,没有良好持力层,离地表20米处有碎石土,厚度0.7-2米,采用钢筋砼筏板基础与锚杆桩共同作用的复合桩基建筑物建成使用至今3年,沉降量8-12厘米已稳定,变形小的是持力层厚0.7米区域采用了桩底注浆措施,持力层厚约2米的区域未注浆锚杆桩变形较大,这一例子说明注浆锚杆桩效果显著,该工程获钱江杯预制空心方桩人造持力层桩:对于荷载不大的多层建筑,浅部为均质软土,在离地表近处有略好的薄层硬土,通过方桩中心园孔分批填入碎砖瓦砾,用2t重锤夯击,在硬土薄层面上人工堆积碎砖瓦砾厚2-3米,与硬土薄层组成人造持力层密实碎砖瓦砾等建筑垃圾具有强的吸水功能,夯击过程不会形成橡皮土现象,形成密实的较厚持力层,见图2.13该技术是建设部重点科技推广技术(编号98011),不同的是桩身由灌注桩修正为预制空心方桩, 是经济性显著的桩型3,桩基优化实例3.1桩基设计优化原则确保桩基础工程质量前题下,为使工程造价达到最省方便施工缩短施工周期满足环境要求的桩基优化设计须遵循以下原则:3.1.1桩基可靠性原则各类桩型的质量可靠性分析:在深厚饱和土层中,以人工挖孔灌注桩与预制桩型为优,这二类桩型中前者质量可靠性最优,既没有沉桩挤土对环境影响,且施工质量可控性最好;预制型桩的制桩按桩质量可控性也很好,也是较可靠型桩,但施工沉桩挤土对环境及已沉入土中的工程桩有一定影响质量较可靠的桩型有沉管灌注桩及钻孔灌注桩型,沉管灌注桩沉桩挤土对桩的质量及邻周环境影响严重,而钻孔灌注桩一般造价较高,且孔底沉渣及桩周泥皮对桩的承载力值影响很大,尤其是水下砼灌注质量控制须特别严格,在离地表15米深度范围桩体砼质量,往往因导管内砼自重压力不能有效置换导管内砼及孔壁泥皮,导管拔出砼面的几率较高,砼受泥浆混入离析而强度大幅度降低,目前城市强制性规定采用商品砼,钻孔桩的质量有大幅度提高,所以钻 孔桩型也列入较可靠性桩型所以选择桩型应根据环境条件及施工的可能性以质量可靠为优选原则3.1.2工程造价最低原则各类桩的材质预制或就地灌筑施工工艺桩径桩长等均与经济性有关,不能单纯用单位立方体砼承载力值,或单位承载力桩体所用材料量来表示经济性指标所谓经济性主要体现工程造价,满足工程要求主要取决于桩的承载力值,所以优化设计指标只能用单位KN承载力所用的工程费用来表示选择工程造价最低的桩型再结合最不利的荷载组合单柱最大轴压力进一布桩,分析单项工程桩基础造价选常工程造价最低原则3.1.3柱下桩的承载力水平接近原则桩基础不仅考虑柱下桩的承载力值大小还须考虑同一建(构)筑物各承台下的桩的变形协调,如果桩的承载力水平相差过大,如计算须1.95根桩,按二桩布桩,计算须2.1根桩,一般均按三桩布桩设计,单柱轴压力仅差7%而桩的承载力差达50%,相邻承台下桩基础出现差异沉降,对于差异沉降敏感的框架结构或框剪结构出现较大的次应力,导致梁柱出现裂缝差异沉降过大使裂缝开展,也会产生结构安全问题,要使桩的承载力水平接近首先对上部荷载(设计荷载组合R或标准荷载组合Ra)进行统计,选择适宜桩的承载力值,部分承台通过适当调整桩长和桩径,使桩的承载力水平接近3.1.4邻近环境影响最小的原则 没有环境影响地段根据上部荷载的要求,桩的极限承载力值30006000KN的工程,优先选用质量可靠的预制钢筋砼桩(预应力管桩钢筋砼预制桩);桩的极限承载力值小于1000KN可选用沉管灌注桩桩端大头型扩底型沉管灌注桩或薄壁预应力管桩;极限承载力值在1000 3000KN宜选用钢筋砼空心方桩或预应力管桩,这些桩型经优化分析具有经济性和质量可靠性施工工艺选择上,根据桩的极限承载力值小于4000KN宜用静压沉桩,大于4000KN宜用锺击沉桩 局部存在环境影响地段在局部存在环境影响的工程宜采用以措施减少或消除沉桩施工对环境影响:a.挖防挤沟:沟底深度为被影响建(构)筑物基底以下0.5米,一般不宜超过2.5米,用清水护沟即可b.钻孔防挤桩孔:单列排列,桩孔间距2-4d(d为桩孔直径),视重要性选择桩孔间距,桩孔直径一般0.6米,桩孔深度8-15米,原泥浆水护壁即可c.沉桩施工采用取土值桩:一般不宜采用钢管取土成孔,因钢管取土会产生拔管时因真空负压产生缩孔,造成土体大面积扰动,宜采用护壁泥浆状态的钻孔植桩,钻孔直径比工程桩径小5公分,钻孔深度一般10-15米,可在要求保护范围施工d.设置监测点:包括保护建(构)筑物,地面沉降和水平位移深层土体位移,根据监测数据调整沉桩程序,控制日沉桩根数等上述措施根据重要性可采用单项措施或多项联合应用,采用上述措施后可按选用相关桩型 对环境影响大或易引起民事纠纷地段该地段不宜采用挤土桩型,或当设计要求单桩极限承载力值大于6000KN,应采用钻(挖)孔灌注桩,该桩型工程造价最高,对施工队伍的素质和质量控制要求高,如何降低造价只有使单桩承载力值提高,减少桩数建议:a.钻孔灌注桩孔底压浆:适用条件,桩端持力层土性为砂性土砾砂碎石类土的钻孔灌注桩孔底压浆,可使桩的承载力值提高50-70%b.钢管护壁干取土机械人工挖扩灌注桩;适用条件,硬-可塑粘土粉质粘土持力层,单桩极限承载力值为10002500KN采用钢管护壁干取土挖扩灌注桩c.钢管护壁干取土人工嵌岩灌注桩:适用条件,桩穿越土层为软土,且岩层埋深小于40米,可采用钢管护壁干取土人工嵌岩灌注桩 变断面钻孔灌注桩适用条件,当桩长范围内有多层性质较好的稳岩土层组合时,可采用特制钻具(如偏心钻头)在性质好的土层顶部或底部(抗拔)扩大桩的断面,形成多节支盘桩体,充分发挥和改良土层的承载能力,获得较大的基桩承载力,但此项工艺技术在宁波地区尚未运用,有待探讨3.2桩型优化选择与工程造价计算实例:根据实际工程,某高层的地质勘探报告提供各层土的土性指标及地质剖面结合建筑物传给基础的最大轴压力按桩的质量可靠性原则,选择预应力管桩及钻孔灌注桩型作如下分析:(见图123) 图1 (某高层平面图) 图2(柱最大轴压力平面图)图例：预应力管桩钻孔灌注桩p钻孔灌注桩桩底后注浆图3(各类桩平面布桩图)3.2.1桩型优化选择 分析依据 a.中国冶金集团成都勘察研究院岩土工程勘察中间报告详勘b.宁波华茂置业高教园区P3地块,选择一栋建筑物进行施工图设计的以最大轴压力控制标准荷载组合的最大轴压力(包括墙体)c.市场可接受最低报价:预应力管桩由浙东水泥制品(管桩厂)报价,PHC600(110)每米单价174元/m,沉桩:30元/ m;PHC550(100)每米价147元/m,沉桩:25元/m钻孔灌注桩由水电二处报价,600800平均价900元/m3桩底压浆由宁波大学地基处理中心报价,平均每根桩注入水泥量1.5t,平均每根(包括水泥)1500元/根 工程量计算a. 各类桩计算特征值: 预应力管桩Ra(KN)有效桩长(m)600228043.5550200343.5500175043.5 钻孔灌注桩Ra(KN)有效桩长(m)800203044700171044600140944 钻孔灌注桩底压浆Ra(KN)有效桩长(m)800400044700320044600250044 b. 每根桩的工程价计算 预应力管桩(按44米)单价(元/根)600(110)8976550(100)7568 钻孔灌注桩(按44.5米)单价(元/根)800201317001541360011324 钻孔灌注桩底压浆(包括15元/m埋管费)单价(元/根)800222757001767060013584 c.承台工程量计算按3d桩距,扣除底板按1.4米承台高计算,每个承台工程量(按独立承台初步计算): 各类桩布桩设计(见布桩设计平面)图1根据柱下桩的承载力水平接近原则,确保建筑物的变形协调,采用相同桩型不同桩径,使桩的承载力水平接近各类桩布桩见下表:桩型与桩径二桩承台(个)三桩承台(个)五桩承台(个)六桩承台(个)承 台工程量(m3)预应力管 桩6008124421255048钻孔灌注 桩8001244428.5700460012钻孔桩底注浆800824070020600122各类桩工程造价计算桩 型桩造价(万元)承台造价(万元)总 价(万元)预应力管桩110.39212x0.075=15.97126.36钻孔灌注桩275.50428.5x0.075=32.14307.64钻孔桩底注浆163.20240x0.075=18.00181.203.3技术经济分析3.3.1桩每KN承载力工程造价对比桩 型单桩工程价(元)特征值Ra(KN)KN承载力值(元/KN)对比(%)600管桩897622803.93739.70550管桩756820033.77841.10800钻孔桩2013120309.917100.00700钻孔桩1541320127.66077.20600钻孔桩1132414098.03681.00800钻孔桩注浆2227540005.56956.10700钻孔桩注浆1767037354.47145.10600钻孔桩注浆1358429304.63646.70从桩的每KN承载力须投资金额对比,预应力管桩占绝对优势,以800钻孔桩为基数对比,预应力管桩相当于800钻孔桩投资的39.1%41.1%,可节省工程造价1.771.43倍钻孔灌注桩在桩底注浆后相当于800钻孔灌注桩的45.1%56.1%,可节省工程造价1.210.78倍从单桩每KN承载力造价对比分析预应力管桩为最优桩型,选择最优桩还须与工程实际布桩设计方可知其效果为此尚须进行多桩型布桩设计后进行对比分析3.3.2单项工程多桩型工程造价对比本布桩设计均按桩的承载力水平接近,通过不同桩径调节(布桩设计见图)桩型桩基础总价(万元)对比(%)每平米建筑工程桩造价(元/)每平米建筑工程桩基础造价(元/)预应力管桩126.3641.0778.8590.27钻孔灌注桩307.64100.00196.78219.28钻孔桩注浆181.2058.90116.57129.42 注:建筑面积按14000计算列出桩的每平方米价及桩基础每平方米价,主要是为开发商提供可对比的造价指标(因开发商根据已建相似建筑物对比参考)从单项工程多桩型布桩设计经济对比可知预应力管桩相当于钻孔桩基造价的41.07%,可节省投资1.43倍,而钻孔灌注桩底注浆因单柱轴压力偏小,且高承载力不能达到有效发挥,所以经济指标不如预应力管桩,适用于25层以上的高层建筑3.3.3技术分析 预应力管桩KN承载力造价与单项工程总造价分析占绝对优势可节省成倍的工程造价,且是属可靠型桩型,但还存在以下问题: a.根据地质条件宜用锤击沉桩,锤击噪音振动对邻周环境有一定影响 b.预应力管桩抗侧向水平力(土压力)能力差,本工程有地下室的工程如沉桩程序或基坑土方开挖或基坑支护工程位移,均为使桩产生大的位移,基至会折裂和折断 c.预应力管桩为挤土桩,沉桩挤土对土体扰动,使c.值降低,增加基坑支护费用d.因持力层起伏而管桩长度不能任意调节,会出现较多的凿桩,对桩体质量影响及增加与承台连接的费用 钻孔灌注桩及桩底注浆钻孔桩,经济分析不如预应力管桩,但存在以下优点: a.钻孔桩属非挤土型桩,原状土不受扰动,基坑支护费用可适当降低 b.基坑支护结构位移影响小,因钻孔桩抗侧向水平力能力大,可有效减少施工程序及土体位移对桩质量影响 c.可任意调节桩长 d.但存在以下缺点:泥浆对场地和邻周环境影响目前商品砼对桩质量有大幅度提高,但水下砼浇筑过程如稍不慎会产生严重质量事故3.4结论1. 综合技术经济分析,本工程优化桩型为预应力管桩2. 钻孔灌注桩底压浆因单柱轴力偏小,高承载力不能有效发挥,宜用于25层以上的高层建筑3. 先分析单项工程确定本工程的主桩型,具体结合工程有可能出现另类桩型,如前荷载小的多层,及广场地下室的抗浮桩等,另作分析选用4宁波软土桩基础变形协调概念设计上部结构基础与地基共同作用变形协调问题列入强制性条文,目前因没有成熟计算模式及分析软件,通常在工程设计中运用概念设计达到变形协调在高层建筑与多层框架建筑中有相当比例的上部结构刚度相对较弱,如一般高层建筑的结构类型有框剪框筒及剪力墙结构,通常采用桩筏桩箱基础均匀布桩或独立承台梁板式底板及沿剪力墙与承台布桩等,建成后其沉降呈盆形分布,桩顶反力呈马鞍形分布多层建筑通常采用独立承台桩基的框架结构,因承台下桩的承载力水平差异,相邻承台存在差异沉降,致使框架结构出现次应力导致裂缝产生在同一整体大面积基础上建有多栋高层和裙房,因高层与裙房的桩承载力水平差异悬殊,产生差异沉降等本文论述的变形协调概念设计主要是控制承台下桩的承载力水平接近,调整筏板下桩土刚度来实现4.1概念设计的理念4.1.1传统设计理念宁波高层建筑绝大部分采用摩擦型桩的桩筏基础,长期以来沿用传统理念设计,主要满足:(1)桩的总承载力大于总荷载,桩基础的形心与荷载重心重合;(2)布桩大体均匀,独立承台桩筏按柱下荷载布桩;(3)沉降量及倾斜满足规范要求;(4)筏板厚度满足抗冲切要求,板厚随建筑层数和高度按比例增大这些均按静力学和结构学角度出发满足安全可靠的基本要求,如何达到变形