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岩土研究院

桩基础在建筑结构中应用设计探析

489 2020-11-18 16:29:30

高层建筑是当代工程建设的主体,这就对地基基础产生了更高的要求。桩基础在建筑结构中比较广泛地应用在高层建筑物的基础设计中。在应用的时候就需要设计人员多方面的进行考虑.设计出一个实用、可靠并且最大限度的减少造价的方案。


1、通过试验确定单桩竖向承载力

在设计的最初阶段中,我们通常是依据承载力和地基土的物理指标之间的经验关系来进行单桩竖向承载力的估算。但是,有时候桩的估算值会和实际的承载力之间产生很大的误差,根据桩基技术规范,需要进行试验桩和试打桩等试验的验证.并且根据结果进行适时的调整。

在进行施工图设计的时候,我们通常会采用静载荷试验产生的桩承载力以及其他的设计参数。这种方法比较适合应用在设计等级较高并且地质条件比较复杂的桩基础工程之中。但是有些桩基础设计受到时间的约束,有时会首先依据地质报告所提供的参数进行单桩承载力的测试,并依照估算出的单桩承载力的值进行桩基础设计施工,在建设当中存在很大的不科学性。如果确定的结果与估算的要求相符合则危害就会很小。要是误差过大便会产生很大的危害。

除此之外,在正式进行施工开始之前,需要通过试打桩来配合高应变动测法确定。这种方法在应用管桩多年并且设计经验比较丰富的地方。其中包含了地质情况清晰的甲设计等级的管桩基础。依据河南地区的调查结果显示:一些经验比较丰富的设计单位,在用高应变动测法测试的时候,可将单桩竖向抗压承载力的误差降低到15%以下,这种方式比静载荷试验的检测费用低.并且测试的数量多,因此,这种方式得到了广泛的应用。

桩基础试验是很重要的,通过试验我们可以了解到很多桩基础的实际承载力是比估算值大的,有时一些桩基础的实际承载力和估算值会产生很大的差距。因此,我们在进行桩基础的设计时.按照试桩的实际承载力进行设计.我们的工程建设将会获得最大的经济效益。如湖北某市,一商业的住宅楼,地下1层,地上19层,设计采用D400的预应力管桩,桩长约为20m,桩试验的实际承载力比估算值高了33%。在实际的工程桩基础的设计中采用试验值,可节省工程造价,提高了工程的经济收益。从这里我们可以发现,试桩可以给桩基础的施工使工程的难度降低。同时可以减少浪费现象的出现。这样的工作将会对桩基础的规格、形式和桩的入土的深度产生影响并且也对施工的难度和容易度造成影响。


2、桩水平承载力的保证

对于桩基水平承载力的验算是桩基抗震性能的主要保证,目前大多数设计单位和施工单位只关注桩的竖向承载力而不注意桩的水平承载力,给结构造成不少隐患。《建筑抗震设计规范》 明确规定了桩基需要进行抗震验算的范围,高层建筑基本都需要进行抗震承载力验算。对于桩基,桩的水平承载力主要验算桩身水平承载力和桩基水平承载力。桩身水平承载力,对于大直径灌注桩.基本都能满足要求,对于预制桩,特别是高强混凝土预应力管桩.其桩身承载力应按照《预应力混凝土管桩规范》要求取值。而桩基单桩水平承载力则须要按《建筑桩基技术规范》⋯进行计算,其主要影响因素有桩身截面尺寸、混凝土强度等级、桩侧土性质、承台底面侧面土、有无地下室及桩基和承台连接形式。经比较发现,基本桩基水平承载力起控制作用。例如当地基土水平抗力系数的比例系数m=2.5(5.0)MN/m4,桩的水平位移允许值X0a =1Omm,ɑh≥4.0,桩与承台连接按铰接,按无地下室结构计算.PHC400—95单桩水平承载力特征值仅为22.4(34.0)kN。PHC500—100单桩水平承载力特征值为34.0(51.5)kN。PHC500—125单桩水平承载力特征值为35.0(53.0)kN。承台下为淤泥层土层(m=2.5MN/m4),预应力混凝土管桩PHC500—125A。其单桩水平承载力特征值仅为35kN;因此为了满足桩基水平承载力要求,对于剪重比为1.6%的结构,其单桩抗压承载力特征值不应高于2187kN:对于剪重比为2.4%的结构,其单桩抗压承载力特征值不应高于1458kN;对于剪重比为3.0%的结构,其单桩抗压承载力特征值不应高于1166kN。而对于有地下室结构。由于地下室侧墙能有效传递水平力,桩竖向承载力可适当放大。同时可考虑承台侧面、底面土对抵抗水平力的贡献。同样,对于灌注桩,桩的水平承载力也需要按照桩基规范验算。根据上面的分析,我们可以发现,影响桩基水平承载力的最主要影响因素是桩侧土、承台侧土和地下室外墙土,若为淤泥质土,一般建议进行处理,同时需要对回填土提出要求.以保障桩基水平承载力。


3、桩偏差的处理和控制

在桩基础设计的施工过程当中,要对桩的偏差进行严格的控制 ,特别是对条形桩和承台桩的控制,这样才会减少基础设计的不安全隐患。对于桩位的偏差我们需要注意的首先是竖向的偏差。当桩顶标的标高比设计标高大时,就需要进行劈桩,特别是对预应力管桩等空心的桩的建设,桩顶上有桩帽进行劈桩既不经济又会产生困难;而当桩顶标的高比设计的标低的时候,就需要进行补桩头。在这种施工过程当中就必须要进行回降量的控制,不然的话就需要对每根桩的标高进行设计。因此我们进行设计的工作人员要在设计的过程当中对于施工所存在的误差进行考虑.最佳的建议便是在施工的过程中允许有2mm 的偏差产生.这样就可以对大量小的偏差桩进行劈桩,这样的操作可以很大程度的减少不必要的工作的产生。


4、桩基础设计在施工过程中特殊情况的处理

4.1、桩基础达到它极限的承载力而不能够压至设计的标高

产生这样的原因,通常可能两种情况:① 土层本身存在问题。比如有时饱和砂土当中所产生的孔隙水压力让桩基不能够压人,这种情况之下,就要求我们从施工措施人手进行解决。a.制定完善的施工顺序。比如说要进行跳打,让前期的施工桩产生的水压力比较消退之后再进行下一根桩的施工。b.要选择有充分的压桩力的施工机器,尽可能地避免抬机等问题的出现.另外还可以采取引孔的措施,通过对排水孔进行设置来使空隙水压力减少。我们要注意的是压桩力要控制在桩身的极限强度的范围之内,并且要对压桩挤土作用对周围建筑物所产生的影响进行防范。② 地质报告产生误差,导致桩的实际承载力比计算的数据大,所以我们需要通过试桩来明确具体的承载力。

4.2、桩基施工时压桩力比设计的承载力低

江苏省的某个高层住宅区用18m长的D400预应力管桩,通过对地质进行勘察,所显示的报告为单桩的承载力是660kN。我们在对工程进行桩试打的时候,连着四根桩的最大的压桩力都是300kN,这比设计承载力要小的多。经过设计人员的分析,得出的结论显示各个土层的设计显示的基本正确.并且周边其他工程的地质报告也显示出调查的结果准确。我们分析可能是因为压桩机械的压桩速度过快导致的。并且土层的粘聚力较小,所以压桩的时候桩周土直接被剪坏,从而使压桩力减小,并且随着时间的推移土能够恢复固结。在16d之后,进行再次试桩,结果显示我们的判断是正确的,并且试验的承载力可以满足设计的要求。由此我们也可以看出先进行试桩是十分必要的。


5、结语

随着当今经济的快速发展.高楼大厦已经成为了城市的标志,高层建筑物的常常采用的便是桩基础的设计。桩基础设计工程是一繁重而复杂的过程.我们设计人员一定要考虑到每一个环节,统筹兼顾从各方面使之合理化,因为一个好的设计不仅仅是要保证建筑物安全更要使设计经济合理。