人工挖孔灌注桩和墩基础设计比较

人工挖孔灌注桩和墩基础设计比较人工挖孔灌注桩和墩基础设计比较 人工挖孔灌注桩和墩基础是设计人员在设计中常常用到的基础形式 这两种 基础形式在概念 设计 受力机理等方面到底有些什么区别和联系却没有进行过 对比和分析 本文仅从两者的以上几方面进行一些初步的探讨和对比 然后通过 一个工程设计实例举例进行说明 1 1 人工挖孔灌注桩和墩基础的定义和受力机理人工挖孔灌注桩和墩基础的定义和受力机理 所谓墩基础是指 长度大于 3m 直径不小于 800mm 且长度与墩身直径比 小于 6 或长度与扩底直径的比值小于 4 的独立刚性基础 墩身有效长度不宜超过 5m 人工挖孔灌注桩顾名思义是一种以人工挖孔位施工方式的大直径灌注桩 其 桩身直径 800mm 桩长不宜大于 40m 也不宜小于 6m 桩长度小于 6m 的按 照墩基础考虑 桩长度虽然大于 6m 但桩长度 L 与扩底直径 D 之比小于 3 的 仍然按照墩基础进行设计 由此可见桩和墩基础从构造上是以长度是否大于 6m 长度 L 与扩底直径 D 之比是否大于 3 来区分的 从地基变形破坏机理上看两种基础是有区别的 从概念上说 中 小直径桩 特别是摩擦桩地基的受力主要是由于土的剪切滑动 大直径 包括扩底 桩的 Q S 曲线是缓慢变形的 其变形主要是土的体积压缩 所以在墩基础设计中 地 基承载力采用小直径桩的端阻力值往往偏大 采用天然地基承载力特征值进行深 度往往偏小 所以在墩基础的设计中一般采用修正后的地基承载力特征值或按抗 剪强度指标确定的地基承载力这种承载力的差别直接与桩径 或扩底直径 相关 桩的扩底直径越大越接近天然基础的承载力和破坏机制 这一点可以从大直径 桩承载力计算中看出 2 2 人工挖孔灌注桩和墩基础的设计计算方法对比人工挖孔灌注桩和墩基础的设计计算方法对比 对大直径 d 800 干作业桩竖向极限承载力标准值按下式计算 根据桩的类型不同 是否对土有挤密作用 是否对土有扰动 其基础的承载 力也是不同的 以成都地区中密卵石地基为例 混凝土预制桩的极限端阻力标准 值可达到 8000 9000kpa 而沉管灌注桩只能达到 6400 8000kpa 钻 冲 孔灌注桩只能达到 2000 2500kpa 人工挖孔灌注桩一般能达到 3500 5000kp a 对于大直径扩底人工挖孔灌注桩 如果桩长不是很长 其承载力一般由桩端 阻力提供 桩侧阻力所提供的承载力很小 几乎可以忽略 这是因为 扩底段及 其上 2m 范围内不可计入桩侧阻力 这样能够计入侧阻力的桩长实际上就很少了 以成都该项目为例 实际桩侧阻力占总的桩承载力的百分比不足 2 完全可以 忽略 这样桩的极限承载力计算可以简化为下式 如果假设桩底扩大头面积和天然地基基础底面积相等 这样天然基础与桩基 础的承载力的比较可以简化为地基承载力的比较 值得注意的是 天然地基承载力计算公式中 上部荷载使用的是标准值 地 基承载力使用的是特征值 而桩基承载力计算公式中 上部荷载使用的是设计值 地基承载力使用的也是设计值 如果近似的认为上部荷载标准值与上部荷载设 计值之间的比值关系 k1大概为 1 25 1 30 之间 不考虑结构的重要性系数 这 样天然地基承载力与桩基承载力的比较可以简化为下列两系数之间的比较 即 比较a b二者的差别即可看出天然地基和大直径桩基的差别 也就是未经提 高的墩基础承载力与大直径桩基础承载力的比较 在众多参考资料和设计实例中 设计墩基础时使用了 1 1 1 2 的提高系数 即考虑墩基础为界于桩与天然基础 之间的一种基础形式 考虑其承载力的适当提高 3 3 工程实例对比工程实例对比 现在以成都高新技术产业开发区人民法院审判法庭综合楼及成都高新技术产 业开发区检察院综合楼基础设计为例 我们可以比较两种基础计算上的差别和联 系 以下是两种基础在不同的扩底直径下的承载力对比 根据地质报告 成都地 区地质条件基本情况 以中密卵石层为桩端持力层 中密卵石层的极限端阻值为 3800kpa 天然地基承载力特征值fak为 550 kpa 不考虑地基的宽度修正 仅 考虑地基的深度修正 该项目有地下室 埋深约为 12 8m 设地下水位约为室外 地面以下 2m 这样修正后的地基承载力特征值fa约为 1118 kpa 即 a 值为 11 18 kpa b 值可按公式 9 计算 其中 p可按表 2 取 sp取 1 65 k1取 1 25 表 3 两种地基承载力的对比 a kpa 118 1 21 51 82 02 2 扩底直径 D m 1463 21358 31278 21234 11195 5 b kpa 2 52 83 03 23 4 1145 61103 21078 11055 11034 0 可以看出 对于大直径桩与墩两者的承载力差别不大 而对于小直径的桩与 墩两者的承载力差别就比较大了 而且直径越小差别越大 表面上看 桩端承载 力比天然地基的承载力大很多 但是由于大直径桩承载力的折减 两者的差别减 小 这种差别也随直径的加大而越来越小 也就是说 随着桩直径的加大 其受 力性能越来越与天然基础相接近 这从理论上也是合理的 而随着直径的减小 基础的受力则越来越接近于桩 与天然基础的受力机理差别就显现出来了 事实 上 墩基础和天然地基也有一定的差别 墩基础