■地基工程 翘 2015丘 福建地区复杂地基的桩基设计 李浩 (厦门市房屋安全鉴定所,福建厦门361004) 摘要针对福建地区的复杂地基,对运用的各种主要桩型进行了比对和分析,结合工程实践,分别根据不同地质条件, 采用不同桩型,从工程的设计、施工、经济适用等方面进行了研究,为地基与基础工程的设计与施工提供一定的参考价值。 关键词福建地区;复杂地基;地质条件;桩基设计 0引言 近年来,随着福建地区城市建设的迅速发展,工程建设 规模越来越大,各种高层、超高层建筑不断涌现,采用天然地 基上的浅基础已无法满足地基基础设计承载力和变形的要 求,必须要进行地基处理,或采用桩基础将上部荷载传至深 部持力土层,这对地基与基础工程有了更高的要求。本文针 对福建地区复杂的地质情况,通过对各种主要桩型进行比对 方便、造价经济。 1.3各种桩型在福建地区的运用比对 随着桩基施工技术的突飞猛进,桩型的设计也推陈出 新,各种不同类型的桩型在工程建设上得到广泛应用。在福 建地区应用较多的主要桩型有:预制桩、沉管灌注桩、人工挖 孑L灌注桩、冲\钻孑L灌注桩等。 1.3.1预制桩 和分析,结合工程实践,对不同地质条件的结构,采用不同桩 型进行设计,从工程的设计、施工、经济适用等各方面进行研 究,为地基与基础工程的设计与施工提供一定的参考价值。 传统的预制混凝土方桩在福建地区并未得到广泛的应 用,其主要原因是由于其持力层残积土层变化太大,以及残 积土中孤石的影响,使预制方桩的预制长度难于预估,沉桩 完后往往造成截桩量太大,进而浪费太多。 1桩基在福建地区的应用 1.1福建地区工程地质情况 福建地区处于沿海地带,又有较多的山区,工程地质条 件较为复杂。其地貌类型大致有:海成滩涂(临海地段)、丘陵 预应力高强}昆凝土管桩(PHC)是目前福建地区广泛应 用的桩型。PHC管桩桩身混凝土强度达80MPa,配有预应力 混凝土钢棒,具有较强的抗压强度和较好的抗弯强度;此外, 各种直径的桩都有不同抗压、抗弯和抗拉强度的多种型号管 桩可供选用,设计者可根据地质情况和上部荷载选用不同型 号的桩,设计十分灵活。 1.3.2沉管灌注桩 随着近年来高层建筑的大量涌现,小直径沉管灌注桩 地带(内陆地段)。其土层分布概况一般如下: (1)杂填土:一般有1~2.5m,由砂性土、粘性土及碎石、砖 瓦砾等建筑垃圾组成; (2)淤泥或淤泥质土(临海地段):厚度达10~30m,为高压 缩性土,流塑状态,力学性能较差; (3)粘性土:有残积粘性土、坡积粘性土、冲积粘性土等, 其厚度不一,起伏很大,且常见大小不一的孤石; (4)基岩:大多为花岗岩,承载力较高,分别从全风化一强 风化~中风化。 1.2桩基运用的分析 (直径一般小于500mm)由于存在单桩承载力不高、桩身质量 不稳定等缺点,应用范围受到很大的,已越来越不能适 应现代建筑发展趋势对桩基础的技术要求。现在普遍采用大 直径锤击沉管灌注桩,其管径一般为qb 560 700mm,采用能 量较高的柴油锤沉管,并振动拔桩。 南于福建地区土层起伏很大,这样的地质条件给基础设 计造成了较大的难度。当上部结构层数不多,竖向荷载不大 时.呵将残积土或强风化花岗岩作为天然地基持力层;桩基 为了在小直径沉管灌注桩中寻求更高的承载力,沉管夯 扩灌注桩曾经起了一定的作用。实践表明,福建地区的花岗 岩残积土具有较高的承载力和可夯性,桩的深度不大时,采 用花岗岩残积土作为桩端持力层的无靴沉管夯扩桩,其夯扩 础有比较大的整体性和刚度,能承受更大的竖向和水平荷 载,能适用高、重、大的建筑物对地基的要求,所以当上部结 构层数多,荷载较大时,可采用桩基础。设计时,应根据不同 的地质条件,采用不同的桩型,以求达到设计安全可靠、施工 效果良好,可获得较高的承载力和较好的经济效益。但设计 时应考虑到残积土层强度的差异,沉管夯扩桩的单桩承载力 取值不宜过高。随着城市的发展,对噪音的控制日益增强。因 ・46・ 第3期(总第167期) 翘 此,采用锤击和振动沉管的沉管灌注桩因噪音问题也受到使 用并逐渐被PHC管桩取代。 1.3.3人工挖孔灌注桩、冲\钻孔灌注桩 人工挖孔灌注桩、冲、钻孔灌注桩是福建地区高层建筑 最常用的桩型。人工挖孔桩承载力高,无需机械施工、无噪 声、无振动、无大量泥浆排放、每吨混凝土承载力的工程费用 较低,故在工程上应用很广。但当出现淤泥层厚度大、降水难 度大、持力层埋深大等情况时应选用别的桩型。此外,人工挖 孔桩施工的不安全因素较多,因而,进行人工挖孔桩施工时 一定要注意施工安全,务必采取必要的施工安全措施。 冲\钻孔灌注桩无挤土作用,用钢量比较省,进入持力层 的深度不受,桩长可随持力层的埋深而调整,可作成大 直径的桩,在福建地区也得到了广泛地应用。不过,冲\钻孔 灌注桩在施工时易发生塌孔、缩径、沉渣,在水下浇捣混凝土 时质量不易控制,故使用冲\钻孔灌注桩作为桩基时应一定 要注意保证施工质量。 2工程实例分析 2.1实例一 2.1.1工程概况 晋江锦绣广场6#~9#,2008年3月设计,主体结构为 地下1层,地上18层,框剪结构。地质条件,以lO—lO剖面为 例,示意图如图1所示。 中 qp,=8000 图1桩身示意图 2.1.2桩基设计分析 根据地质条件分析,上部荷载较大,而且有较厚的填土, 场地有大小不一的孤石面层,不具备天然地基基础,不具备 预制桩和沉管灌注桩的条件,因为孤石很难挖除,不宜做人 工挖孔桩。设计采用冲孔灌注桩,使桩身穿透孤石进人中风 化花岗岩层。 2.1.3单桩承载力计算 按GB50007—201 1《建筑地基基础设计规范》计算。 地基工程一 桩端嵌入完整的硬质岩石中,单桩竖向承载力特征值按 照下式估算: Ro=q A (1) 式中:g 。为桩端岩石承载力特征值,中风化花岗岩g = 8000kPa;A 为桩身横截面面积。 设计中混凝土强度应满足桩的承载力设计要求,桩轴心 受压时,桩身强度应符合下式要求: Q≤ (2) 式中:Q为相当于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设 计值 为混凝土轴心抗压强度设计值; 为工作条件系数, 预制桩取0.75,灌注桩取0.6~0.7(水下灌注桩或长桩时用低 值)。当d=650时,R .—"iT ×0.65 ×8000=2655kN ‘. R ×1.25=3318kN Q;A =旱×0.65 ×14.3×0.65=3037kN 综合考虑单桩承载力和桩身强度控制,取3000kN设计值。 当d分别取750、900、1100时,相应的单桩承载力、桩身 强度和实际所取设计值如表1所示。 表1单桩承载力设计值 kN d 单桩承载力计算值桩身强度计算值实际设计值 按JGJ94—2008《建筑桩基技术规程》,确定大直径桩( d≥800ram)单桩竖向承载力标准值时,应记人桩侧阻力及尺 寸效应系数进行复核,可按下式计算: Q =Q +Q =LL暑 日 + —g f4 (3) 式中.-q,*为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;9 为桩 径为800mm的极限端阻力标准值; 和 分别为大直径桩 侧阻、端阻尺寸效应系数。 基桩的竖向承载力设计值为: R=Q , =(Q k+Q ), p 设计取最不利钻孔,以可记入侧阻力的土层较薄的 ZK59孔为例: d=900时 R ̄(Qsk+Q , =[(56×1.65+60 X 1.05+100×1.2+130×0.8) ×0.9+ 丁'IT×0_92 ̄16000]×( ) × =6756kN>5088kN d=l100时 R=lQ Q =[(56×1.65+60×1.05+100×1.2+130×0.8),丌×1.1+ }×1.12×16000]×(鲁 11412kN>8600kN ・47・ ■地基工程 翘 在施工中顺利解决了成桩的困难。补桩时,因本工程以 桩身强度控制,且为端承桩,可不考虑桩距的要求。 2-2实例二 2.2.1工程概况 惠安东南园一期北苑8#楼,主体为地上12层框剪结 构。地质资料为上面有厚度不一的残积土,其下为层面起伏 较大的全风化花岗岩层和呈碎块状的强风化花岗岩层,以 l0一l0剖面为例,桩身示意图如图2所示。 ;, 1 图2桩身示意图 2.2.2桩基设计分析 根据地质条件分析,由于土层层面起伏较大,若采用预 应力混凝土管桩,桩端持力层将不在同一岩层中;场地不宜 进行机械化施工,而且土层中无含水量大于70%的淤泥,无 砂层,强风化花岗岩层面较浅,地下水埋藏较深,降水不多, 对周同建筑物无影响。综合分析,设计采用人工挖孔桩,同时 用扩大头可达到较高的承载力,既经济又可加快施工进度, 只要加强施工时的安全措施即可。 2.2-3单桩承载力计算 按照JGJ94—2008{建筑桩基技术规程》,各直径桩径和扩 大头时,单桩承载力设计值如下表2所示。 表2 加扩大头时单桩承载力设计值 2.3实例三 2.3.1 【程概况 集美后溪孙坂路西南侧安置房,主体为l8层框架剪力 墙结构。地质条件,以孑L 70为例,从上而下分别为:①素填 土,厚2.0m;②粗砂,厚5.0m;③圆砾,1.5m;④残积砂质粘 土,厚4.0m;⑤全风化花岗岩,厚3m。 2.3.2桩基设计分析 根据地质条件分析,地下水位很高,不宜采用人工挖孔 桩(不易降水,易塌孔),因有很厚的粗砂,不宜采用冲孔灌注桩 (易塌孔),不宜采用大直径灌注桩,桩身质量不易保证。考虑穿 ・48・ 2015生 越较厚的砂层拔管困难,设计采用静压预应力管桩。 用直径500mm,壁厚125mm管桩现场试压,能按设计要 求进入持力层全风化花岗岩层。但在大面积施工过程中,由 于砂层的不断挤密,造成沉桩困难,现场分析后,采取如下措 施: (1)采用直径350的引孔机先进行引孔,N- ̄I,压。 (2)在引孔机也无法沉桩时,改用锤击沉桩。 (3)锤击沉桩出现断桩现象时,加设锥形钢桩尖,调整落 距(由2.4m调整到1.6m),重锤轻打,经现场不断探索,最终 解决了沉桩难题,并保证了施工进度。 3结论 根据以上实例分析,总结如下: (1)在土层为残积土(且无孤石)作为桩端持力层时,建筑 物层数不多可采用小直径沉管灌注桩;当桩的沉度不大时, 采用夯扩桩,效果更好,可获得较高的承载力和较好的经济 效益。 (2)在土层为残积土,全风化花岗岩(土层中无孤石)为桩 端持力层时,可采用预应力高强混凝土管桩ff'Hc),通过静压 或锤击以达到较高承载力。 (3)当土层中无含水量大于70%的淤泥,地下水丰富且厚 度超过1.5m的砂层,或不宜进行机械化施工,其他桩型不能 满足设计要求的场地,净桩长不超过20m时,可采用人工挖 孔桩。其桩端持力层为强风化花岗岩,可采用扩底,扩底应满 足相应规定。 (4)当需较高的单桩承载力,土层内有孤石,桩端持力层为 强风化或中风化花岗岩时,采用泥浆护壁冲孔灌注桩可取得 较为满意的效果,但其显著缺点是泥浆对周围环境的影响。 参考文献 [1】朱炳寅,等.建筑地基基础设计方法及实例分析【M】.中国 建筑工业出版社,2013 【21王国培,PHC管桩在桩基工程中的应 ̄ltgg[J].福建建材, 2010,(3):57—58,8l 【3]赵艳秋,鲍育明.某高层住宅桩基设计及检测U1.建筑结构, 2003,(1 1):27—29,31 l4】毕成,张玉明.复杂软土地基中桩基设计g+ClJ1..x-:lk建筑, 2008,(38):738—740 【5】周颖,陈宏立.软土地基地区桩基设计实例分析U】.工业建 筑,2010,(35):624—625 [6】林树枝,黄明辉.厦门市建筑桩基应用现状与几点看法UJ. 福建建设科技,1999,(4):3-4 作者简介:李浩,男,1982年出生,硕士研究生,工程师。