关于桩基础设计选型的一篇文章.doc

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关于桩基础设计选型的一篇文章

“厦门海沧嘉崧花园”基础设计

厦门“海沧花园”项目位于厦门市海沧区，南侧为海沧大道，北侧为已建住宅区，西临滨湖北路，东侧为扬福滨海商住中心。

拟建建筑主塔楼为5栋32层、高度99.9m的住宅楼，设有一层六级人防地下室。

上部结构为纯剪力墙结构，基础形式初定为桩基础。

根据工程地质勘察报告，可供选择的桩型有三种：

1、冲钻孔灌注桩。

2、大直径沉管灌注桩。

3、高强预应力管桩。

究竟采用哪一种桩型，设计单位和业主进行了充分的讨论，业主也邀请了工程界的专家进行了论证，最终确定采用桩型为PHC500-125-A型的高强预应力管桩为桩基础型式，施工方法为锤击法。

下面以主塔楼为对象，具体介绍该项目桩基础设计的有关内容：

（一）地质情况：

　　拟建场地位于海沧，原为滩涂地，后经围海填方整平，地面较平坦，地面高程4.58m～6.05m；本工程的地质勘探已由中建东北设计研究院完成；根据地质报告，场地土层分布如下：

①素填土：

粘性土、中粗砂组成，厚2.80～9.40m，尚未完成自重固结，fak=80kpa，全场分布。

②淤泥：

饱和流塑，全场分布，厚6.90～13.50m，fak=50。

③粘土：

可塑，均匀性一般，全场分布，厚0.60～12.4m，fak=200kpa。

④淤泥质土：

饱和、软塑～流塑，半数钻孔有分布，层厚0.50～6.40m，fak=75kpa。

⑤1花岗岩残积土：

可塑～硬塑、以粘性土为主，工程性能一般，场地中局部分布，层厚2.0～11.10m，fak=250kpa。

⑥⑤2辉绿岩残积土：

可塑～硬塑，以粘性土为主，工程性能一般，场地大部分地区有分布，与⑤1交互分布，层厚0.80～11.40m，fak=250kpa。

⑥1全风化花岗岩：

岩芯呈土状，主要成分为石英、长石及闪长石风化物，为极软岩，岩体基本质量为V级，层厚1.70～7.20m，fak=350kpa。

⑥2全风化辉绿岩：

主要成分为辉石及长石风化物，为极软岩，系岩脉穿插风化而成，岩体基本质量为V级，层厚0.80～11.40m。

⑦1砂砾状强风化花岗岩：

砂工状结构，主要成分为石英、长石、闪长石及其风化残留物，岩芯呈砂土状，岩体结构破碎，属极软岩～软岩，岩体基本质量为V级，工程性能良好，层厚1.80～9.10m。

⑦2砂砾状强风化辉绿岩：

岩性及组成与⑦1稍有差别，层厚0.60～12.4m，工程性能良好，与⑦1类似的力学结构。

⑧1碎块状强风化花岗岩。

⑧2碎块状强风化辉绿岩。

⑨1中风化花岗岩。

　　　未钻穿

⑨2中风化辉绿岩。

　　　未钻穿

（二）地下水：

勘察期间为雨季，对场地水位影响较大，场地初见水位埋深为0.20～3.30m，场地混合稳定水位埋深0.60～3.60m，相当于黄海高程1.86～4.85m。

地下水位年变化幅度为1.0～2.0m，地质报告建议年最高水位取室外设计地坪下0.5m考虑。

场地地下水对弱（微）透水层中的混凝土结构具弱腐蚀性，在长期浸水条件下，对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，在干湿交替条件下，对钢筋砼结构中的钢筋具强腐蚀性；对钢结构具中等腐蚀性。

（三）地震效应和场地土类别：

拟建4＃、5＃楼场地为Ⅲ类，其系均取Ⅱ类。

厦门海沧抗震设防裂度为七度，设计地震组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15s，设计特征周期4＃、5＃楼为0.45s，其余为0.35s。

本场地无饱和和砂土和粘土分布，不考虑液化问题。

（四）基础选型分析：

本工程地上三十二层，建筑高度为99.9m，地下一层为平线结合的地下室。

按照《地基基础设计规范》GB50007－2002，本工程地基基础设计等级为甲级。

依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94，桩基础安全等级为一级，桩基重要性系数r0＝1.1。

根据工程地质勘察报告，可供选择的桩型有三种：

a、冲钻孔灌注桩。

b、大直径沉管灌注桩。

c、高强预应力管桩。

究竟采用哪一种桩型，设计单位和业主进行了充分的讨论，业主也邀请了工程界专家进行了论证，最终确定采用桩型为PHC500-125-A型的高强预应力管桩为桩基础型式，施工方法为锤击法。

下面就桩基础的选型过程进行了总结。

该桩型的选型综合了设计、施工、检测等各方面专家的意见，主要论证的内容包含以下几个方面：

①地下水、土的腐蚀性。

②基础承台下部有8～13m的淤泥层。

③“挤土效应”。

④成桩质量和施工的难易程度。

⑤经济性指标。

下面分别从以上五个方面进行论述。

1、地下水、土的腐蚀性：

根据地质报告，本工程地下水地砼结构具弱腐蚀性；在长期浸水条件下对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，在干湿交替条件下，对钢筋砼结构中的钢筋具强腐蚀性；对钢结构具中等腐蚀性。

由于地下水对钢筋砼结构中的钢筋具强腐蚀性的范围在干湿交替条件，而桩顶标高为设计标高

-7.000m左右，已避开干湿交替条件，进入长期浸水条件。

主要问题是长期浸水条件下的防腐蚀问题。

设计单位认为在防腐蚀方面，大直径沉管灌注桩和冲钻孔桩均具有优势，而高强预应力管桩为空心成品管桩，施工过程中需要接桩。

因地下水在长期浸水条件下对钢结构具中等腐蚀性，若采用钢端板焊接接头的话不利于桩的耐久性，接头处焊缝受地下水腐蚀后，桩身水平承载力受影响。

特别是桩身有倾斜的情况下，其竖向承载力也受影响。

从这个角度出发，设计单位提出应优先考虑采用大直径沉管灌注桩。

如果采用管桩，应考虑如何处理接头问题；考虑如何保证桩的抗压和抗水平力的承载力均不受影响。

2、基础承台底部为8m~13m厚的淤泥层。

根据地质报告，本工程场地土内全场分布8m～13m厚的淤泥层。

考虑到淤泥土层为软质土层，上部结构为三十二层的高层建筑，基础承受荷载较大，在地震作用下，要求桩基础具备较好的抗侧刚度。

而淤泥土层为软弱土层，对桩基础的约束较差。

在这个定义上，采用冲钻孔灌注桩和大直径沉管灌注桩是较佳的选择，而高强预应力管桩本身直径较小，且系空心管桩，抗侧刚度较差，对抗震是不利的。

3、“挤土效应”。

桩基础布置较为密集时，对施工工艺为挤土类型的挤土桩，往往会产生“挤土效应”，其主要表现是使土体向上隆起并向侧向挤压，对已施工的工程桩产生挤压影响，使桩身发生偏移和倾斜。

“挤土效应”严重时，可致工程桩上浮产生“浮桩”。

对于本工程来说，主楼若采用挤土类型的“管桩”或“大直径沉管灌注桩”时，必须考虑这方面的因素，尤其是“管桩”，施工时应注意合理安排打桩的顺序，对周边环境和工程桩进行及时监测。

而冲钻孔灌注桩为非挤土桩，施工时不会产生“挤土效应”。

4、成桩质量和施工难易程度。

高强预应力管桩为预制桩，其施工方法为锤击法或静压法，无论采用哪一种方法，均具备施工安全快速、易于操作的特点，成桩质量较容易保证。

特别是“锤击法”施工，即可以保证桩端进入持力层一定深度，又可以减弱挤土效应，其承载能力比静压法施工的管桩要高。

大直径沉管灌注桩也是一种施工方便、工期较短的桩型。

但由于桩身砼为现场沉管灌注，桩身质量控制不直观，受场地淤泥土质和较大地下水量的影响，可产生现桩身“缩径”、“露筋”等现象。

要求施工队伍经验丰富，管理先进。

对于“冲钻孔灌注桩”，采用泥浆护壁成孔，水下浇灌砼，且要求设计成“嵌岩桩”，桩端嵌岩深度为1米左右。

该桩型施工质量难以抗制，主要表现在施工时“塌孔”，桩身“缩径”，桩身砼胶接不良，发生“离析”现象，特别是对嵌岩桩，桩底部“沉渣”难以清理干净，往往造成桩在荷载作用下变形较大，单桩承载力不能满足设计要求。

该类型桩其成桩质量不容乐观，施工过程中的意外事故较多，要求施工队伍管理先进，施工经验丰富。

5、经济性指标。

下面以3＃楼为例，计算分析该三种桩型的经济性指标：

①、冲（钻）孔桩：

桩端持力层为中风化花岗岩或辉绿岩，该岩层的饱和单轴抗压强度标准值为57.17Mpa，拟设计成嵌岩桩，根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94第5.2.11条。

Quk＝Qsk+Qrk+Qpk

　　＝U∑qsikLi+Uξsfrc·hr+ξpfrcApfrc=58.17Mpa

A、单桩承载力估算。

以3＃楼7-7剖面中2k24为例：

取桩径d＝1.2m，嵌岩深度Ld＝1.0m。

桩长L＝28.5m。

Quk＝π×1.2×（15×4.84＋50×9.6＋15×4.1＋50×0.8＋60×2.0＋75×2.5＋4.1×120）＋3.14×1.2×0.045×58.17×103×1.000＋0.433×58.17×103×π×1.22／4

＝5478＋9863＋28472＝43813KN

hr/d＝1.0/1.2＝0.833线性插值

　　ξs＝0.025＋（0.055－0.025）／（1.0－0.5）×（0.833－0.5）＝0.045

ξp＝0.5＋（0.4－0.5）／（1.0-0.5）×（0.833-0.5）＝0.433

B、桩身承载力计算：

　　按《地规》8.5.9条，桩身强度应满足以下要求：

Ｑ≤Apfc·φc取φc＝0.6　桩身砼强度等级为C35

Ｑ≤0.6×16.7×（π×1.2w2）÷4＝11300KN

显然单桩承载力由桩身强度控制，因此取单桩承载力设计值

R＝10000KN

C、桩数估算：

以重力荷载作用下的1.2恒＋1.4活组合作为桩基础设计荷载进行估算。

以3＃楼为例，上部荷载（不合筏板自重）N＝363300KN。

总桩数n＝363300÷10000＝36.33≈36根

Ｄ、工程量及造价估算：

按目前厦门地区冲钻孔桩费用1000元/m3计算。

平均桩长35.0m。

造价Q＝36×（π×1.22÷4×35）×1000＝142.4万元

②、大直径沉管灌注桩。

拟采用桩径φ700的大直径沉管灌注桩，桩身砼强度等级为C35，桩工作条件系数取0.6。

A、桩身强度计算：

按《地规》8.5.9条。

Ｑ≤Ap·fc·φc＝0.6×（π×7002）÷4×16.7＝3854KN

B、单桩承载力估算：

桩端持力层为⑦砂砾状强风化花岗岩或辉绿岩，进入持力层深度取3d，以3＃楼钻孔2k24为例，桩长约26.0m，

Ra＝qpaAp＋Up∑qsiaLi

＝（-6.8×5.04＋55×9.6＋20×4.1＋55×0.8＋65×2.0＋85×2.5＋125×2.1）×3.14×0.7＋（π×0.82）÷4×8500

＝6954KN

显然，其单桩承载力由桩身承载力控制，因此取单桩承载力设计值R＝3500KN。

C、桩数估算：

以重力荷载作用下的组合　1.24π＋1.4活作为桩基础荷载进行估算。

以3＃楼为例：

上部荷载N＝36330KN

总桩数n＝363300÷3500＝104根

D、工程量及造价估算：

按照厦门地区大直径沉管灌注桩费用约1100元/m3计算。

平均桩长28m。

造价Q＝104×（π×0.72÷4×28）×1100＝123万元

③、高强预应力管桩。

　　桩端持力层同大直径沉管灌注桩PHC500-125-A型锤击法施工，焊接接桩，采用带砼桩尖的成品管桩，地下水对钢结构具中等腐蚀性，接头处采用C35细石砼灌芯。

A、单桩承载力结算：

　　以3＃楼2K24为例，桩长约25m，按《地规》第8.5.9条

Ra＝qp