减少沉降桩在厂房桩基础上的应用.doc

减少沉降桩在厂房桩基础上的应用一、 概述软土地区有不少建筑(构筑)物由于沉降太大而需要采用桩基础，但按照现有桩基础的设计规范，桩基础的用桩数量完全由建筑物的荷重所决定，因此当一旦决定采用桩基础的设计方案时，设计出的桩数往往是多的，基础造价极为可观。然而，近年来各国的研究成果均表明，对于天然地基强度尚能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况，可以采用少量的桩以减少沉降，也就是说，采用少量的桩就可以达到减少沉降的作用。这种应用少量桩来减少基础沉降的设计一般称为减少沉降桩、疏桩或蠕变性桩。上海某厂主厂房工程位于上海近郊。该厂房为五层钢筋混凝土框架结构，局部六层。由于沉降太大，基础采用桩基础。在最初的设计中采用上海市地基基础设计规范方法，桩基础共设计236根桩。后来改用减少沉降桩理论对该桩基础重新设计，使实际用桩数大幅度减少，设计桩数调整至138根，并按此进行桩基施工。在该工程的建造过程中对沉降进行了观测，其值在厂房结构竣工时只有46 MM，完全达到设计目的。本文介绍该工程的设计和工程实践。二、 工程简况主厂房为五层钢筋混凝土框架结构，局部六层。厂房的长度和宽度分别为 5264x 2510 M。根据地质勘探报告，主厂房地区存在较好的硬表土层，其承载力基本上可以满足厂房荷载的要求，可以作为浅基础的持力层。但在浅部硬土层的下面存在较厚的下卧软士，按照上海市地基基础设计规范中给出的浅基础沉降计算方法对沉降进行验算，其沉降值达到550 MM以上，(见图 l)，超过规范所容许的沉降范围，因此不能完全采用浅基础。图1沉降与用桩数量的关系曲线为了将沉降减少到规范所容许的范围内，设计院决定采用桩基础。根据上海市地基基础设计规范及实际地质条件，设计采用300x300 MM钢筋混凝土预制桩，桩长21米，独立承台桩基，总桩数为236根。该套设计图于 l996年6月6日完成。应用减少沉降桩理论重新设计桩基础(一)理论方法简介从浅基础到采用桩基础，尽管能将沉降减下来(见图1)，但造价同时也增加较多。为了尽可能降低造价，设计人员与我们讨论研究，决定采用减少沉降桩理论对桩基础重新进行设计。仍然采用300x300x21000钢筋混凝士预制桩，但认为单桩承担的荷载比常规桩基础中承担的荷载大，其值可表示为：P桩=Pu式中， Pu为单桩极限承载力， 为实际单桩发挥承载力的程度系数，从理论上来说，应=1，但在设计时可取=0.75。减少沉降桩基础按以下方法计算：S =Sl+S2，式中，Sl为桩所承担的荷载所引起的沉降，S2为由条基所承担的荷载所引起的土的压缩变形。Sl = P桩 IRs ( 3El2nd)式中，d为桩的等效直径，n为桩数，Rs为群桩沉降系数，I为单桩沉降系数，E12为桩长范围内的士压缩模量的平均值，为考虑桩端士强度及基础平面形状的影响而作的沉降修正系数。S2的计算可直接按规范方法进行， 具体计算时可采用上海地基基础规范中提供的浅基础沉降计算方法。(二)桩数与沉降的关系曲线按照以上方法对本工程的桩基础进行用桩数量与沉降之间的关系的计算， 其结果如图1所示。 由该图可见，如果不采用桩基础，总沉降值将达到550 MM以上，远远大于规范允许的沉降值范围。由图中曲线还可见，采用桩基础后，沉降减少明显，尤其在用桩数量较少的范围内采用桩对减少沉降的作用十分有效，而当用桩数量超过一定值时沉降减少的幅度就变得很小，表明在用桩数量超过一定值时再增加桩数实际上已对减小沉降没有多大的作用。沉降曲线开始变得平缓的初始点是一个临界值，超过该临界值再增多桩数对于减少沉降的作用已不甚明显。由图1可以看到，对于本工程这个临界值约为70根桩。(三)减少沉降桩基础的设计本工程的减少沉降桩基础的设计过程和方法简述如下：1选择桩型由于原桩基础设计后设计院已出图给建设单位和施工单位，并已开始制桩，因此重设计时仍然采用原设计的桩型及尺寸。2确定单桩极限承载力按照上海市地基基础设计规范估算得到单桩的极限承载力为：Pu = 675KN3根据各柱底部荷载布桩，荷载大的柱下布置二根庄，荷载小的柱下布置一根桩，共计布置72根桩。4确定各轴线条基宽度根据地质勘探报告提供的持力土层的地耐力初步确定桩条基的宽度，确定方法如下：按轴线计算上部柱传下的总荷载，为 Ni计算该轴线桩所承担的总荷载， 为 mP桩 ( m为该轴线上的桩数)计算该轴线条基所承担的总荷载， 为 NimP桩由此即可计算条基的宽度。本工程总的条基面积为560 m2。5地基持力土层强度验算在减少沉降桩理论中桩主要用于作为减少沉降的措施，荷载则主要由条基持力土层承担，因此需要验算该持力土层的强度，而桩实际上承担的一部分荷载则视为安全储备。但由于采用桩来减少基础沉降，因此在确定地基持力土层的强度时不再需要考虑下卧软土层产生的大沉降问题为此可以根据地质勘探报告中提供的士工指标计算持力土层本身的强度。本工程共采用了以下几种强度计算方法：(1)上海市地基基础设计规范方法(2) R14(3)普朗德尔( Prantl)公式(4)太沙基公式(5)普朗德尔瑞斯纳( Prantl Reissner)公式(6)卡柯公式在上述诸公式中， (5)与(6)公式是美国基础工程手册所推荐的。我国推荐(2)公式。本工程的地基持力土层的强度取公式(l)，(2)及(5)的平均值，其值为：R= 136.5 KPa经强度复核，上述确定的条基面积满足强度要求。6计算基础沉降按照72根桩及相应的条基础面积，采用前述沉降计算方法计算基础沉降。计算结果为最终沉降值为130 MM左右，满足设计上的要求。三、 大楼施工及沉降观测结果大楼自1996年 l1月开始打桩施工，至次年10月结构竣工。施工期间，由施工单位对大楼基础沉降进行了测量。共埋没了 15个沉降观测点，见图2所示。在图2中的沉降标旁的括号内也同时给出了工程竣工时各测点的沉降实测结果，由该图可见，各点沉降的差异很小，至竣工时基础的总(平均)沉降为46 MM，与预估值接近。图2沉降观测点布置及竣工时各测点的实测沉降值 根据上海以往的桩基沉降特性来推算，本建筑物的最终沉降不会超过120 MM。由此可见，本工程的基础是绝对安全的。四、 结束语本厂房工程应用减少沉降桩理论对桩基础重新进行设计，