1、御康山庄高层住宅楼桩选型研究 高宏博 山西太行建设开发有限公司 摘 要： 桩基础作为一种最基本的基础型式, 能适应高、大、重的建筑物对地基基础的要求, 具有整体性好和刚度大的优点, 能承受较大的竖向荷载和水平荷载, 因此桩基础广泛应用于高层建筑基础工程中。本文针对阳泉市御康山庄高层住宅楼场地的工程地质条件, 从桩基础的承载力特性、工程进度、工程质量和对周边环境影响等方面论证采用预应力混凝土管桩作为该高层住宅楼的桩基础。关键词： 高层建筑; 桩基础; 预应力混凝土管桩; 沉降量监测; 作者简介：高宏博 (1986 年生) , 男, 河北井陉人, 助理工程师, 就职于山西太行建设开发有限公司第十六
2、项目部, 技术经理, 主要从事安全生产技术管理工作。桩基础作为一种有效的基础型式, 具有良好的受力特性及抗变形能力, 在高层建筑等工程建设中扮演者越来越重要的角色。通常情况下, 桩基是在当天然地基土层无法承受上部建筑的荷载时, 将建筑上部全部或部分荷载经由软弱土层传递到较坚硬的、压缩性小的深部土层或是坚硬岩层中去。面对建设工程中, 复杂多变的地质环境特点, 如何选择合理的桩基型式是目前所面临的主要问题。1 桩基选型设计1.1 工程概况阳泉市区御康山庄高层住宅楼, 位于阳泉市开发区宁波路北段, 总建筑面积约20 万平方米, 共 5 栋高层住宅, 剪力墙结构, 规划地上 32 层, 地下 3 层,
3、 岩土工程勘察等级为乙级。1.2 桩型设计主要考虑内容在实际工应用中, 常用的主要桩型主要有:预制钢筋混凝土管桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩以及沉管灌注桩。在设计桩型时, 通常需要考虑以下几个内容。(1) 桩基承载力。在高层建筑工程施工过程中, 通过使用桩基础将上部结构较大的荷载通过软弱土层的地表传递到位于深位且坚硬的土 (岩) 层上以达到工程稳定的目标。桩基础本身具有承载力高、稳定性好, 沉降小等特点, 一般可以承受较大的承载力, 特别是竖直方向的荷载。在建筑工程施工中, 桩基础必须在确保沉降量在一定范围内能够承受相应载荷并且不能丧失承载力。因此, 桩的承载力是桩基础设计的主要内容之一。从国
4、内外研究现状来看, 桩的承载力主要是来自水平方向 (包括风荷载、震动荷载) 以及起主要作用的竖向载荷 (可以理解为桩侧摩擦阻力和桩端承载力共同作用) 。理论上, 桩的受力可以用式 (1-1) 来表示。而工程中的桩基础承载和沉降特性, 受多种因素的影响通。目前为止, 主要是用静载现场试验来确定单桩竖向承载力。通过现场的静载实验, 能够如实、具体的反映出来桩的荷载传递性状, 可以供工程直接应用。(2) 桩基设计中桩型、桩长、长径比。桩型的选择直接决定了工程质量的好坏, 工程进度的快慢, 以及材料使用和工程造价等等多个方面。在桩基础设计中, 桩长、桩径、长径比主要是需要根据土层性质选择, 确保桩基获
5、得足够的承载力。桩基的长径比是影响水平位移临界深度的因素之一。因此, 桩体嵌入土壤中会存在一个临界桩长, 通常情况下假定临界桩长为 10 倍桩径, 通过经验公式进行计算对比校正。(3) 桩土共同作用。桩与土之间的相互作用力非常复杂, 需要确定桩土体的应力、应变及相互接触区域的位移变化和应力分布状态, 受施工区域内工程地质条件影响较大。桩侧摩阻力是桩承载力的主要组成部分之一。实验表明:在桩土相对位移等于零处, 桩侧摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。在加载过程中, 桩土共同作用属于典型的非线性问题, 一般是当桩基础达到承载极限时, 桩周土才开始起支撑作用。桩土共同作用的极限承载力要大于桩土各自的极限
6、承载力之和。2 桩基础选择方案预应力混凝土管桩和钻孔灌注桩都是高层建筑桩基中最常用的桩型。要在保证成桩质量的前提下选择工程造价较低的施工桩型及施工设备。通过对预应力管桩和钻孔灌注桩桩型间的对比分析, 为御康小区高层建筑物选出最优桩型提供依据。2.1 预应力混凝土桩预应力混凝土桩适用于持力层上覆盖的松软土层, 由于较高的桩混凝土强度使得桩体可以被被打入密实砂层中。同时预应力混凝土桩在施工中根据具体条件的不同选用不同的搭配方式, 配合大范围的可供选择的规格, 使得施工比较灵活多变。桩基质量因预制而易于保证和检查, 施工工序较钢筋混凝土灌注桩简单, 施工功效高, 施工场地文明, 单方混凝土承载力高。
7、2.2 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是在将混凝土灌注到设计指定的钻孔中。涉及的环节较多, 常见的钻孔灌注桩主要有:不产生挤土效应, 成桩质量较为稳定的干作业钻孔灌注桩, 适用于各种较软弱的土层的泥浆护壁法钻孔灌注桩以及全套管护壁, 孔壁不会坍塌的套管护壁法钻孔灌注桩。钻孔灌注桩适用范围广, 可在各种松散砂土、基岩中成桩, 也可以在水中施工。同时, 钻孔灌注桩成桩较易, 桩长可任意调整, 钻孔桩的承载能力能够充分满足框架结构、剪力墙结构体系和筒体结构对基础承重的要求。相比预制混凝土桩需要桩身全长配钢筋, 灌注桩只需桩顶配部分钢筋, 大大降低了使用成本。然而, 钻孔灌注桩施工质量不易保证, 质量检验相对困
8、难, 一般灌注桩桩身混凝土的质量会低于预制混凝土桩。当需要采用泥浆护壁钻孔灌注桩时, 泥水对场地污染很大, 现场施工管理困难。2.3 综合特性对比根据各地层分布状况及其物理力学特性, 按照建筑桩基基础技术规范要求对单桩竖向极限承载力标准值进行估算。估算公式:计算得出不同桩径、桩长情况下, 两种桩型对应的极限承载力标准值见表 1。表 1 单桩竖向极限承载力标准值 QUK 估算值表 下载原表 表 1 单桩竖向极限承载力标准值 QUK 估算值表 下载原表 从表 1 中可以看出, 预应力管桩和钻孔灌注桩在桩径为 0.5 米, 桩长为 35m 时, 对应的极限承载力标准值分别为 4300KN 和 415
9、0KN。选用预应力管桩桩的极限承载力可以提升 3%左右。以此看来, 选择预应力混凝土管桩要好于钻孔灌注桩。若御康山庄高层桩基础选用桩径 0.5m、桩身混凝土强度等级为 C80 的预应力管桩, 同时采用静压法对预应力混凝土管桩进行沉桩时, 一般来说一台桩机每天能完成 6 到 10 根管桩;而钻孔灌注桩考虑夜间无法施工, 预应力混凝土管桩比钻孔灌注桩更加节省工期。通过对预应力混凝土桩和钻孔灌注桩两种桩型的每百元投资来对比两种桩型的经济性进行分析, 发现当桩端持力层相同时, 500mm 的预应力混凝土桩每百元投资获得的单桩承载力为经济对比指标最好, 钻孔灌注桩每百元投资获得的单桩承载力要小于 500
10、mm 的预应力混凝土桩。因此御康山庄高层建筑将预应力混凝土管桩作为使用桩型。3 基础及主体结构沉降观测记录在施工过程中, 项目部选取建筑物的角点、外轮廓的拐点等部位对建筑物进行了相应的沉降监测。从 2016 年 4 月底开始第一次沉降观测, 取得基准数值。每两层观测一次, 每栋楼观测点不少于 6 点, 共观测 18 次, 直至楼主体封顶沉降稳定为止。从观测结果来看, 主体最大沉降量发生在 2#楼, 达到了 35mm, 其他四栋主体建筑沉降量在 10mm 以内。从整个小区的沉降观测记录来看, 包括沉降量、沉降差等变形指标均在建筑变形测量规范及建筑地基基础技术规范允许范围内。参考文献1王立军, 董树巍.单桩竖向极限承载力的确定及应用J.科技信息, 2011 (8) :355-356. 2包泽学.离石黄土地区复合桩基承载力及性能的试验研究D.兰州:兰州理工大学, 2014. 3管雯, 史海兵, 李志成.中超长钻孔灌注桩的沉降计算J.探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2002 (2) :11-13.
