微型桩设计.doc

摘要：微型桩系通过一定的方法或手段在地基中先成孔，再在孔中下入设计所要求的钢筋笼和注浆用的注浆管，经清孔后在孔中投入一定规格的石料或细石砼.关键词：微型桩 设计微型桩系通过一定的方法或手段在地基中先成孔，再在孔中下入设计所要求的钢筋笼和注浆用的注浆管，经清孔后在孔中投入一定规格的石料或细石砼，再用水泥浆液替代出孔中的水（投细石砼时无此工序）进行压力注浆所形成的直径为90300 mm 的同径或异径的桩。微型桩复合地基是由桩间改良后的土与注浆微型桩桩体组成的人工“复合地基”。按照注浆微型桩的施工工艺，注浆微型桩在最后成桩前要进行静力压浆，并进行稳压工作，这样原来桩壁与周围土层接触不好的地方就会被强行压入的水泥浆强制充填，从而使桩侧与桩周土体接触良好。同时在水泥浆的水解、水化作用，粘土颗粒与水泥水化物的作用、碳酸化作用下，更增强了注浆微型桩与其桩周土之间胶结力，从而提高了注浆微型桩桩周土的摩阻力。通过静力压浆后，大部分浆液会被压入到桩间土体的孔隙中去，在一定的压力下，浆液会沿阻力最小的方向流动，并充填于桩间土体中的空隙中，使密度增大，地基土的承载力提高。这对于人工填土和砂性土尤为明显。根据我们对已有工程的实践资料分析后认为，经注浆微型桩处理后的地基桩间土的强度一般会提高10%30%。由于注浆微型桩桩体的变形模量远远大于桩间土的变形模量，这样当注浆微型桩与周围土体共同承担上部基底应力时，基底应力会向注浆微型桩桩体集中，静载荷试验资料表明，仅占承压板面积约10%的微型桩承担了总荷载的50%60%，而占承压板面积约90%的桩间土仅承担了总荷载的40%50%。因此，注浆微型桩降低了基底下一定深度范围内土层中的附加应力，从而也就减小了持力层内可能产生的大量压缩变形。此外，注浆微型桩对桩间土也能起侧向约束作用，限制桩间土的侧向位移。对于一定的基底应力而言，注浆微型桩承担的基底应力份额大了，其桩间土所承担的基底应力份额自然减小，这样一来，地基土的承载力自然也就提高了。一、微型桩的优点及应用微型桩直径一般在150mm300mm，桩长不超过30米，布置形式有各种排列的直桩和网状结构的斜桩。30年代由意大利F.lizzi首创，美国于40年代开始使用微型桩，发展十分迅速。我国于1981年开始研究，1985年在上海第一次使用。与其它地基加固或基础托换方法相比微型桩具有以下优点：1、所需施工场地较小，一般平面尺寸为0.6m1.8m，净空高度为2.12.7m即可施工；2、施工时噪音和振动小，施工也较方便；3、压力注浆使微型桩与地基土紧密结合，桩和墙身连接成一体；4、施工时桩孔孔径小，因而对基础和地基土几乎都不产生附加应力，施工时对原有基础影响小；也不干扰建筑物的正常使用；5、能穿透各种障碍物，适用于各种不同的土质条件；6、桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。由于微型桩具有以上优点，近年来随着我国加固改造业的兴起，应用越来越多。目前，微型桩主要应用于以下几个方面：（1） 建筑物增层及改造；（2） 地基不均匀沉降事故中的基础托换；（3）岸（基坑）边及地下洞室土方建筑物的基础托换。我公司在微型桩的推广应用上取得了较多成功的经验。例如：沙头角保税区员工配餐中心等都曾得以成功的应用，也积累了不少关于复合地基设计与施工的宝贵经验。二、主要项目施工工艺及其技术要求微型桩的施工一般按以下工序进行：成孔清孔安放钢筋笼注浆成桩。1、定位和校正垂直度：桩位偏差应控制在20mm以内，直桩的垂直度偏差应不超过1%，斜桩的倾斜度应按设计要求作相应调整。 、成孔：采用地质钻机成孔。钻孔时可采用泥浆护壁或清水护壁，下套管成孔。钻孔到设计标高后清孔，直至孔口泛水为止；钻机经改造后，桩孔距建筑物墙（柱）边最近可为350mm，必要时也可采用斜孔。、吊放钢筋笼和注浆管：分步吊放钢筋笼，节间钢筋搭接焊缝长度不小于10倍钢筋直径（双面焊），预留钢筋段长度不小于35（为主筋直径）。注浆管可采用直径20mm铁管，直插孔底。施工时应尽量缩短吊放和焊接时间。、填灌碎石：碎石应用水冲洗后，计量填放，填入量应不小于计算体积的（0.8）0.9倍，碎石粒径一般为1025mm。在填灌过程中应始终利用注浆管注水清孔。、注浆：宜采用能兼注水泥浆和砂浆的注浆泵，最大工作压力应不小于1.5Mpa，二次注浆。注浆时应控制压力，使浆液均匀上冒，直至泛出孔口为止。、拔注浆管、移位：拔管后按质检要求在顶部取砼制成试块，然后填补桩顶砼至设计标高。2、 微型桩施工如出现缩颈和塌孔的现象，应将套管下到产生缩颈或塌孔的土层深度以下。3、微型桩施工时应防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失的现象。微型桩的额定注浆量应不超过按桩身体积计算的三倍，当注浆量达到额定注浆量时应停止注浆。可采用跳孔施工、间歇施工和增加速凝剂掺量等措施来防止上述现象。三、微型桩的设计：（一）、基本资料与要求1、岩土工程勘察资料：按照国家标准岩土工程勘察规范(GB50021-94)的要求整理岩土工程勘察报告和图表；对场地的不良地质现象（如滑坡、崩塌、泥石流等），要有明确的判断、结论和防治方案；地震设防区要按设防烈度提供液化地层的相关资料；提供基桩设计要求的各种参数值（如桩周土摩阻力、桩端土承载力、密度、内聚力c，内摩擦角值等）；判断地下水的类型，并提供地下水的相关资料；在可能的情况下，提供现场或附近类似的基桩工程经验资料。2、拟建建筑物的相关资料：这些资料包括：建筑物的总平面布置图，建筑物的结构类型、荷重以及对沉降的敏感性，建筑物的安全等级，抗震设防烈度和建筑(抗震)类别。3、拟建建筑物与周围环境的有关资料：建筑场地的平面图，包括交通设施、高压架空线、地下管线和地下构筑物的分布；相邻建筑物的安全等级、基础形式和埋深；水、电及有关材料的供应情况；周围建筑物及边坡的防振(震)、防噪音的要求；泥浆排泄、弃土情况。（二）、微型桩的设计在设计中首先要评价建筑场地土的工程性能，选用并确定设计计算模式，确定复合地基或单桩的承载力，最后布置桩位，并绘出施工图。树根桩作为承重桩时，单桩容许承载力可采用下述方法确定： 、单桩荷载试验。、参考同类工程资料。、查阅上海市标准地基基础设计规范DBJ1189，桩侧摩阻力取规范大值。1、桩径设计根据不同的工程条件、结构要求、地质特征选用不同的桩径，桩径一般为90300 mm。2、桩长设计对于按刚性桩理论进行设计的注浆微型桩，其桩长设计应满足2个条件：一是满足单桩承载力的要求；二是满足进入相对较好持力层的要求。对于按复合地基理论进行设计的注浆微型桩主要是要满足复合地基承载力的要求，但不宜将桩端置于软弱土层上，以免日后沉降偏大。3、桩身配筋设计(1)对于受水平力较小的桩，可按配筋率0.40%0.65%配筋。(2)钢筋笼外径宜小于设计桩径4060mm。主筋保护层的厚度不小于30 mm。(3)主筋规格一般有310，312，314，118，212，418，416 mm等几种，箍筋可采用6.5 mm、间隔200350 mm的形式。4、其它设计要点(1)桩身材料的强度，按复合地基理论进行设计的桩，其强度以不小于10 MPa为宜；按刚性桩理论进行设计的注浆微型桩一般不宜小于20 MPa。(2)注浆压力以0.53.0 MPa为宜，砂性土和杂填土可小于0.5 MPa，若对地基承载力有较高的要求，压力可适当大些。(3)浆液的配比，水灰比可取 0.55:1.00，0.60:1.00，0.65:1.00，0.70:1.00，0.80:1.00；外加剂可用Na2SiO3、FDN(减水剂)、CaCl2等。对作为承重桩的树根桩，宜注水泥砂浆，配比为水：水泥：砂=0.5：1.0：0.3（重量比），砂粒粒径不宜大于0.5mm。(4)注浆量，取充盈比K为1.52.0，砂性土和杂填土取高值，粘性土取低值。桩径300mm时，注浆量可取75Kg/m。（三）、微型桩的计算1、单桩承载力的计算（方法一）Par=Up/Kqili式中Par-单桩容许承载力（kN）；Up-桩周长（m）；qi-第i层土层极限摩擦力（KPa）,可取上海市标准地基基础设计规范DBJ1189表6.2.2中的大值；li-第i层土层的桩长度（m）；K-安全系数，一般可取2，对沉降有特殊要求的托换工程，可适当增大。当桩尖进入硬土层且进行端部扩径时，可计入桩端承载力。扩径长度应不小于2.5倍桩径，桩端容许承载力为：Pae=Apqp/K，式中 Pae-单桩容许桩端端承力（KN），不应超过单桩容许承载力的1/3；Ap-桩端扩径截面积（m2）；qp-桩端土层极限端承力（KPa）；参见上海市标准地基基础设计规范DBJ1189；K-安全系数，取值同上。设计微型桩桩身强度时，桩身砼轴心抗压强度应满足下式要求：fc（23）Pa/Ap式中 fc-桩身砼轴心抗压强度（KPa）；Pa-单桩容许桩承载力（KPa）；Ap-桩身截面积（m2）；桩身砼标号不小于C15级。2、单桩承载力的计算（方法二）Rk=dHfsi+Apqp(1)Rk=Rsk(2)式中：Rk为单桩承载力(kN)；d为注浆微型桩直径(m)；H为有效桩长(m)；Ap为桩的横截面积(m2)；fs为桩周土摩阻力(KPa)；为强度折减系数，取0.500.65；Rsk为桩身材料的室内抗压强度值(kN)；qp为桩端土承载力标准值(kPa)。一般情况下取土的极限摩阻力为1540 kPa，软土取低值，砂性土和杂填土取高值。由(1)，(2)式得出的Rk值，在设计选用时应取其中的低值。我们也曾从土体的受力和抗剪强度方面去分析注浆微型桩的破坏形式，并认为注浆微型桩的破坏形式有两种：一种是桩体受压后，其周围的土体受压达到屈服极限，土体发生剪切破坏而导致注浆微型桩破坏；另一种是注浆微型桩发生刺入性破坏，亦即注浆微型桩受力后发生显著沉降而破坏。但推导出来的公式计算较为复杂，且准确性与(1)式的计算结果差异不大。因此，我们认为用(1)式比较简单，且它为专业人员所熟悉，其计算结果也较符合实际。3、复合地基承载力的计算一般情况下，复合地基的承载力应通过复合地基静载荷试验确定。当有类似工程实践经验时，也可按下式估算fsp=Rk+(A-Ap)fskA(4)式中：fsp为复合地基承载力(kPa)；A为单桩所占的单元加固面积(m2)；Ap为单桩断面积(m2)；fsk为桩间土的承载力，可视加固的具体土层选取，由于注浆对桩间土产生了加固作用，一般可取天然土的承载力(即为勘察报告中天然地基承载力)的1.11.3倍，对砂性土和杂填土取高值，对软弱土取低值；为桩间土承载力折减系数，桩端为软土时，取0.61.0，桩端为硬土层时，取0.10.5，若不考虑桩间土的作用时(按刚性桩计算)，取0。4、注浆微型桩复合地基的沉降计算注浆微型桩复合地基的沉降包括两部分：一是复合地基本身的压缩变形(沉降)；二是复合地基下未处理的下卧层的沉降。这两部分沉降之和即为整个复合地基的最终沉降。对于复合地基本身的压缩变形(沉降)，现无较理想的计算方法，据几十组静载荷试验资料与近10栋已有建筑物的沉降观测资料分析，这部分的沉降可据上部结构荷重的大小、桩的长度以及桩身强度等因素按经验取1025