载体桩之设计体会.doc

载体桩之设计体会2010年第11期煤炭工程载体桩之设计体会杨军,张伯林,崇燕(中煤国际工程设计研究总院(北京华宇工程有限公司),北京100120)摘要:论文通过工程实例,简要介绍了载体桩的成桩工艺,分析了载体桩的受力机理:充分利用了地下较硬土层和钢筋混凝土桩的强度,有效提高了地基承载力;根据建筑物的安全等级,建筑场地情况和结构形式合理选用载体桩,必将产生较好的经济,社会和环境效益.关键词:载体桩;填充料;被加固土层中图分类号:TU473.1文献标识码:B文章编号:16710959(2010)11_()02l_()21概述桩基础是最常用的一种深基础,当浅层土质不良,采用浅基础无法满足结构对地基强度,变形,及稳定性方面的要求,且又不适宜采用地基处理措施时,往往需要采用桩基础.因此,如何选择合理的桩基方案,对于保证安全,节约投资,降低造价起着举足轻重的作用,这就要求设计人员熟悉桩基的分类,认真做好桩基的方案.以前在工程设计中普遍使用了灌注桩,钢筋混凝土预制桩等,随着岩土和建筑材料研究的不断深人,桩的类型不断增加并被验证,已普遍使用到实际工程中.例如钢筋混凝土管桩,载体桩等,更加丰富了桩基类型的选择.下面,通过实际工程谈谈载体桩设计的一些体会.2基础方案的选择在矿井的设计中,会根据各地区建筑材料的供应情况,建筑规模,功能特征,对差异变形的适应性,场地地基和建筑物体型的复杂性选择不同的基础形式.在塔然高勒矿井办公楼的设计中,经过方案比选,最后采用了载体桩的基础形式.该工程为五层钢筋混凝土框架结构,基础落在1层素填土上,不能作为建筑物的天然地基持力层,更不能满足承载力要求,需要进行地基处理.经过与岩土工程勘察部门研究,提出两个方案:振冲碎石桩复合地基方案;采用载体桩.针对这两个方案进行了论证,首先,当地比较缺水,矿井建设期间没有凿井,生活和工程用水基本要到较远的地方去买.其次,本地区为高原侵蚀性丘陵地貌,岩石较少.鉴于振冲碎石桩复合地基方案要大量用水和碎石,发生的材料和人工费用均较高,决定采用载体桩方案.载体桩方案与振冲碎石桩复合地基方案相比较具有优质,环保,节约,高效的特点.1)该桩型具有桩基的承载特性,可采用承台梁直接将上部结构荷载传递到桩基上,建筑物基础结构形成式简单,经济.2)单桩竖向承载力高,是同等普通灌注桩承载能力的35倍.可通过调整施工控制参数调节单桩的承载能力.3)施工工艺简单,施工质量易控制.施工中,无需场地降水,基坑开挖等工序,减少了工程量,缩短了工期.施工速度快,安全文明.4)该技术可消纳大量的建筑碎砖,混凝土块等,变废为宝,保护环境.在施工过程中,具有无污染,低噪声等特点.是一项具有创新性的先进技术,是发展循环经济的重要措施之一.5)适用范围广泛,尤其对浅部具有相对较好土层,表层杂填土较厚时,其优势更为明显.3载体桩的受力原理载体桩指由混凝土桩身和载体构成的桩,是一种全新的施工技术,它改变传统的地基基础处理观念,选择下部层位稳定,土性较好的土层作为被加固土层,以桩端土体为研究对象,利用35kN的柱锤冲击成孑L,对周围土体进行挤密加固,当沉管到设计标高后,对桩端进行连续填料,夯实操作,并用三击贯入度作为控制指标,再填以干硬性混凝土,使桩端以下深度为35m,直径为23m区域内的土体得到最有效的加固挤密,形成自内到外依次由于硬性混凝土,填充料,挤密土体组成的载体,如图1所示.该桩与其它桩型的最大区别在于它不是通过桩身形状,桩径,桩端面积的改变来提高承载能力,而是利用重锤对填充料进行夯实挤密,挤密区土体受到很大夯击能量后缓慢释放,对侧向周围影响土体施加侧向挤压力进行有效加固挤密.收稿日期:201007一o9作者简介:杨军(1973一),男,山东滕州人,高级工程师,1995年毕业于中国矿业大学工民建专业,现任北京华宇工程有限公司矿山工程二所副所长.2l煤炭工程2010年第l1期软弱土层被加l州土层持力上层图1载体构造示意图4载体桩的计算4.1验算竖向力作用下载体桩竖向承载力1)荷载效应标准组合:竖向力作用下:尺o,偏心力作用下还应满足:1.2Ra.其中,为相应于荷载效应组合标准时,作用于任一根载体桩桩顶的竖向力,kN;为相应于荷载效应标准组合时,偏心竖向力作用于承台顶时载体桩桩顶所受的最大竖向力,kN;Ra为单桩竖向承载力特征值.2)地震作用效应组合:竖向力作用下:1.25Ra,偏心力作用下还应满足:一1.5Ra.其中,为地震作用效应和荷载效应标准组合下,每根载体桩的竖向力,kN;为地震作用效应和荷载效应标准组合下,载体桩上的最大竖向力,kN.4.2水平力作用下,基桩水平承载力尺式中相应于荷载效应标准组合时,作用于任一根载体桩桩顶的水平力,kN;R单桩水平承载力特征值.4.3单桩竖向承载力特征值的确定R.=Q/K式中q载体桩单桩竖向极限承载力,kN;安全系数,取K=2.4.4载体桩基沉降计算s=0pP.对于独立承合基础:.F十G一ydA一2(0+Bo)qsialp.厂对于墙下布桩条形承台的基础:F+G一ydB02glpoB+2式中s桩基最终沉降量;.沉降计算经验系数;p0对应荷载效应准永久组合时压缩土层顶部的附加压力,kPa;n桩基沉降计算范围内所划分的土层数;22,一载体桩基沉降计算面至第i层土,第i一1层土底面的距离,m;,载体桩基础底面(或沉降计算面)计算点至第i层,第i一1层土底面深度范围内附加应力系数;E桩基沉降计算范围内第i层土的压缩模量;桩侧阻力特征值;A承台面积,m;承台埋深,m;F一相应于正常使用极限状态时,荷载效应准永久组合下作用于承台顶面的竖向力,kN;F相应于正常使用极限状态时,荷载效应准永久组合下上部结构传递到承台梁上单位长度的竖向力,kN/m;G承台和承台上土的单位长度上自重标准值,kN/m.5载体桩的检测载体桩竖向静载荷试验宜采用慢速维持荷载法,当作为工程桩验收时也呵采用快速维持荷载法进行试验.施工完毕后,根据施工单位提供的施工过程中桩身质量有关资料,对载体填充料,夯填混凝土量,每击灌入度,三击灌入度进行了严格检查,均符合规范要求.采用静载荷实验的方法对单桩竖向承载力进行了检测,满足设计要求的单桩承载力.经过严格的检测,本工程的载体桩符合规范要求.6结语载体桩技术关键之处主要有三点:扩大了桩端的承载面积;桩身承受的集中荷载能过复合载体的分层扩散作用,消除了桩端的应力集中现象,将桩端的应力水平逐层降低至天然土体能够承受的程度,从而改善了土体的受力状态,提高了桩的承载能力;在夯扩复合载体的过程中,对其所在的土层进行了有效地加固挤密,显着地改善了原状土层的土性.呈层状分布的,由不同材料组成的复合载体连同其周围被挤密的土体,形成了深层复合地基,其承载能力较原状土体的承载能力有较大幅度的提高.从受力原理分析,混凝土桩身相当于传力杆,载体相当于无筋扩展基础.该技术充分利用了