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摘 要:预应力管桩具有:桩身耐打,穿透力强;施工速度快,功效高,工期短;单桩承载力高,对地质条件适应性强;单桩承载力造价便宜等优点。这些优点促使管桩成为新桩型材料的主要因素,因而被工程设计人员所广泛应用。本文根据管桩承载力和受力情况,结合实际的例子,分析影响管桩承载力的原因,从而提高其承载力。本文还对预应力管桩基础与天然基础沉降的估算及其比较,并对基础沉降的控制进行探讨。
关键词:管桩基础 承载力特性 沉降估算
中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0048-01
1 引言
在20世纪初至今,预应力管桩作为一种桩基础形式和地基处理方法,其应用领域不断扩大,应用水平不断提高,技术经济效益不断提升。
十几年来,我国自主研制生产的预应力混凝土管桩无论在产品性能还是产量上都已经达到了世界前列的水平,其发展占有很大优势。例如:广泛的布局,产品结构合理,规格齐全,生产技术不断熟练化,日益增强的配套应用技术等等。
对管桩进行深入研究,其重要的原因是促使其向高技术含量、高性能、高质量方向发展,以节约资源,减少污染,降低生产成本,从而获得更好的经济效益和社会效益。管桩适用于抗震设防烈度少于等于9度的地区,适宜用于基岩埋藏深、强风化岩或风化残积土层厚的地基条件;我国国内施工过的管桩沉桩方法有:锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法,其中静压施工法由于震动小、噪声低,适用于市区施工。管桩广泛应用于高层建筑、码头、桥梁、高速公路、铁道工程等。在中国预制混凝土管桩使用量呈现递增的趋势。
2 管桩的承载力特性和承载力的剖析
2.1 管桩承载力特性
管桩端部桩靴的样式主要有封底十字刀刃、开口平底式和闭口钝圆锥式。管桩承载力主要由桩周土的侧摩阻力及桩端的阻力来组成;管桩承载力受以下几方面影响:(1)桩身所穿越土层的强度、变形性质和应力特征,管桩在土层固结过程中产生负摩阻力,对其承载力不利;(2)桩端持力层的强度和变形性质,随桩的长径比的增大而减少,随桩土刚度比的增大而提高,随持力层与桩侧土层的刚度比的增大而增大;(3)桩身与桩底的几何特征,桩身的表面积越大,桩侧摩阻力所提供的承载力就越高;(4)桩体材料强度,对发挥桩端持力层的承载性能以及提高竖向承载力十分重要;(5)群桩的几何参数;(6)成桩方法,成桩方法和工艺对桩侧摩阻力和桩端阻力都有一定的影响,非饱和土特别是粉土、砂土中的打入式桩,其侧摩阻力将因沉桩挤土效应而提高。
2.2 管桩受力情况的剖析
判断管桩所承受竖向力的办法各式各样,其中静力载荷试验法是最安全可靠的方法之一,此外还有比较常用的两种方法:第一种方法就是计算管桩内侧和管桩所受到的阻力与土质的直接联系,这种办法需要以物理力学知识和大量的数据库作为依据,中国和欧美国家常用这种方法进行计算;第二种方法则是以力学的数据库作为根据来进行计算。
3 管桩基础沉降差的控制和预算
我们经常用的方法就是把我们所计算出来的沉降量和经验系数相乘,得出的估算结果就是地基基础沉降差值。计算深度、经验系数、计算方法会有所区别的原因在于不同的地区,控制地基基础沉降的方法也是多种多样的,例如:结构措施、建筑措施和施工顺序等等。对估算的沉降差精确度要求更高时就需要采用施工顺序的方法进行。
控制所需要进行的措施:
3.1 优选桩型及施工方法
首先要把好关的是设计方面,在沿海的地方填土,特别是新近填土区必须经过碾压处理或强夯的处理,另外,桩型优先选用密度比较大、直径比较大的预应力管桩,或冲孔灌注桩技术、钻孔灌注桩技术及筒桩技术等。为了减小施工时振动而产生对周围管桩的影响,优先采用静压法。
3.2 压桩顺序必须严格的控制
在作业比较多的软土地基,造成桩向一侧挤压是很常见的,这样会使位置挪动造成沉桩顺序的错乱,挤土效应必须要考虑对群桩产生的压力。先大后小、先长后短、先深后浅是压桩施压的正确次序。当压桩所处场地一侧接近建筑物的时候,通常需要先由邻近建筑物内侧施加压力,之后再给其周边的管桩施压。
与此同时还要求施工的顺序从中心承台开始进行跳台。按照一定格式,两个方向都要隔一个承台,方向为纵、横轴线承台,之后才能进行下一个承台的静止压力,这还要求静压时间至少间隔七天以上,在任意一个承台与相邻的前后左右承台之间,这样能够将减少相邻承台之间的相互影响降到最低。沉桩期间,必须严禁开挖基坑,在过几天之后,等到孔隙压力逐渐减小了之后才可以开挖。
3.3 压桩的压力值可以适当的加大
通常以两倍的管桩承载力的压力作为标准,压力是以在施工瞬间负荷载重力作用下对于土的压强的情况来定的,但是在对管桩施压过程中,压桩的压力可适当加大。在施工的过程中,工作人员应按时检查压桩的终压值是否符合标准,以确保每一根桩达到设计要求且不被压坏。
3.4 测控的幅度可以增加
在管桩施工的过程中,应经常对桩机周围5m范围内的管桩进行桩顶标高测控。如果发现桩顶标高与設计有相差时,应及时采取措施,从以往工程经验所知,桩机影响范围与填土厚度有着一定的关系,在新近填土或碾压处理的周围填土区,桩机周围的工程测控施工,以5m范围作为测控标准,但在测控时往往发现桩机周围10m左右范围内的管桩均受到影响,而场地平均填土厚度约11m左右。
4 天然基础的沉降与管桩基础沉降计算的比较
目前,天然的基础的沉降计算,一般是将土视为弹性变形体,采用分层总和法进行沉降计算。先将地层按性质分类,求出各个分层的附加压力值,然后用实测相应压缩模量值计算变形。对于一般的民用建筑物,桩基的桩中心距普遍小于6倍桩距,在《建筑桩基技术规范》中规定:对于桩中心距不大于6倍桩径的桩基,其最终沉降量的计算可以采用等效作用分层总和法。等效作用面以下的应力分布则采用各向同性均质直线变形体理论。
单纯的采用地基沉降计算公式只考虑垂直应力的作用,而不考虑土的侧向变形,将地基土的受力状态简化作压缩试验,这种简化计算还是切合实际的。工程经验表明,土样的扰动使测得土的压缩模量偏小,这样按照天然基础沉降计算的分层总和法计算就会比实测值偏大。而采用桩基础的沉降计算,结果则与实测结果较为接近。
5 结语
预应力管桩具有:桩身耐打,穿透力强;施工速度快,功效高,工期短;单桩承载力高,对地质条件适应性强;单桩承载力造价便宜等优点,这些优点使管桩成为新桩型材料的主要因素,因此被人们广泛使用。我们应用这种材料的经验比较少,存在问题较多,我们必须通过更多的工程实践对此桩型加以研究探讨。本篇文章剖析讲解了管桩的承载力特性和受力情况的分析、影响管桩承载力的原因和如何提高管桩承载力的办法、施工中常见问题及措施。
参考文献
[1] 陈龙飞,金其坤.工程测量[J].测量,1996(35).
[2] 苏云,建筑物垂直位移的观测与水准标石稳定性分析[J].测绘科学,1986(9).
[3] 戴鸿,宋华文,建筑桩基技术规范[J].建筑力学,2009(94).
[4] 寇斌,建筑地基基础设计规范[J].建筑基础学,2002(89).
关键词:管桩基础 承载力特性 沉降估算
中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0048-01
1 引言
在20世纪初至今,预应力管桩作为一种桩基础形式和地基处理方法,其应用领域不断扩大,应用水平不断提高,技术经济效益不断提升。
十几年来,我国自主研制生产的预应力混凝土管桩无论在产品性能还是产量上都已经达到了世界前列的水平,其发展占有很大优势。例如:广泛的布局,产品结构合理,规格齐全,生产技术不断熟练化,日益增强的配套应用技术等等。
对管桩进行深入研究,其重要的原因是促使其向高技术含量、高性能、高质量方向发展,以节约资源,减少污染,降低生产成本,从而获得更好的经济效益和社会效益。管桩适用于抗震设防烈度少于等于9度的地区,适宜用于基岩埋藏深、强风化岩或风化残积土层厚的地基条件;我国国内施工过的管桩沉桩方法有:锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法,其中静压施工法由于震动小、噪声低,适用于市区施工。管桩广泛应用于高层建筑、码头、桥梁、高速公路、铁道工程等。在中国预制混凝土管桩使用量呈现递增的趋势。
2 管桩的承载力特性和承载力的剖析
2.1 管桩承载力特性
管桩端部桩靴的样式主要有封底十字刀刃、开口平底式和闭口钝圆锥式。管桩承载力主要由桩周土的侧摩阻力及桩端的阻力来组成;管桩承载力受以下几方面影响:(1)桩身所穿越土层的强度、变形性质和应力特征,管桩在土层固结过程中产生负摩阻力,对其承载力不利;(2)桩端持力层的强度和变形性质,随桩的长径比的增大而减少,随桩土刚度比的增大而提高,随持力层与桩侧土层的刚度比的增大而增大;(3)桩身与桩底的几何特征,桩身的表面积越大,桩侧摩阻力所提供的承载力就越高;(4)桩体材料强度,对发挥桩端持力层的承载性能以及提高竖向承载力十分重要;(5)群桩的几何参数;(6)成桩方法,成桩方法和工艺对桩侧摩阻力和桩端阻力都有一定的影响,非饱和土特别是粉土、砂土中的打入式桩,其侧摩阻力将因沉桩挤土效应而提高。
2.2 管桩受力情况的剖析
判断管桩所承受竖向力的办法各式各样,其中静力载荷试验法是最安全可靠的方法之一,此外还有比较常用的两种方法:第一种方法就是计算管桩内侧和管桩所受到的阻力与土质的直接联系,这种办法需要以物理力学知识和大量的数据库作为依据,中国和欧美国家常用这种方法进行计算;第二种方法则是以力学的数据库作为根据来进行计算。
3 管桩基础沉降差的控制和预算
我们经常用的方法就是把我们所计算出来的沉降量和经验系数相乘,得出的估算结果就是地基基础沉降差值。计算深度、经验系数、计算方法会有所区别的原因在于不同的地区,控制地基基础沉降的方法也是多种多样的,例如:结构措施、建筑措施和施工顺序等等。对估算的沉降差精确度要求更高时就需要采用施工顺序的方法进行。
控制所需要进行的措施:
3.1 优选桩型及施工方法
首先要把好关的是设计方面,在沿海的地方填土,特别是新近填土区必须经过碾压处理或强夯的处理,另外,桩型优先选用密度比较大、直径比较大的预应力管桩,或冲孔灌注桩技术、钻孔灌注桩技术及筒桩技术等。为了减小施工时振动而产生对周围管桩的影响,优先采用静压法。
3.2 压桩顺序必须严格的控制
在作业比较多的软土地基,造成桩向一侧挤压是很常见的,这样会使位置挪动造成沉桩顺序的错乱,挤土效应必须要考虑对群桩产生的压力。先大后小、先长后短、先深后浅是压桩施压的正确次序。当压桩所处场地一侧接近建筑物的时候,通常需要先由邻近建筑物内侧施加压力,之后再给其周边的管桩施压。
与此同时还要求施工的顺序从中心承台开始进行跳台。按照一定格式,两个方向都要隔一个承台,方向为纵、横轴线承台,之后才能进行下一个承台的静止压力,这还要求静压时间至少间隔七天以上,在任意一个承台与相邻的前后左右承台之间,这样能够将减少相邻承台之间的相互影响降到最低。沉桩期间,必须严禁开挖基坑,在过几天之后,等到孔隙压力逐渐减小了之后才可以开挖。
3.3 压桩的压力值可以适当的加大
通常以两倍的管桩承载力的压力作为标准,压力是以在施工瞬间负荷载重力作用下对于土的压强的情况来定的,但是在对管桩施压过程中,压桩的压力可适当加大。在施工的过程中,工作人员应按时检查压桩的终压值是否符合标准,以确保每一根桩达到设计要求且不被压坏。
3.4 测控的幅度可以增加
在管桩施工的过程中,应经常对桩机周围5m范围内的管桩进行桩顶标高测控。如果发现桩顶标高与設计有相差时,应及时采取措施,从以往工程经验所知,桩机影响范围与填土厚度有着一定的关系,在新近填土或碾压处理的周围填土区,桩机周围的工程测控施工,以5m范围作为测控标准,但在测控时往往发现桩机周围10m左右范围内的管桩均受到影响,而场地平均填土厚度约11m左右。
4 天然基础的沉降与管桩基础沉降计算的比较
目前,天然的基础的沉降计算,一般是将土视为弹性变形体,采用分层总和法进行沉降计算。先将地层按性质分类,求出各个分层的附加压力值,然后用实测相应压缩模量值计算变形。对于一般的民用建筑物,桩基的桩中心距普遍小于6倍桩距,在《建筑桩基技术规范》中规定:对于桩中心距不大于6倍桩径的桩基,其最终沉降量的计算可以采用等效作用分层总和法。等效作用面以下的应力分布则采用各向同性均质直线变形体理论。
单纯的采用地基沉降计算公式只考虑垂直应力的作用,而不考虑土的侧向变形,将地基土的受力状态简化作压缩试验,这种简化计算还是切合实际的。工程经验表明,土样的扰动使测得土的压缩模量偏小,这样按照天然基础沉降计算的分层总和法计算就会比实测值偏大。而采用桩基础的沉降计算,结果则与实测结果较为接近。
5 结语
预应力管桩具有:桩身耐打,穿透力强;施工速度快,功效高,工期短;单桩承载力高,对地质条件适应性强;单桩承载力造价便宜等优点,这些优点使管桩成为新桩型材料的主要因素,因此被人们广泛使用。我们应用这种材料的经验比较少,存在问题较多,我们必须通过更多的工程实践对此桩型加以研究探讨。本篇文章剖析讲解了管桩的承载力特性和受力情况的分析、影响管桩承载力的原因和如何提高管桩承载力的办法、施工中常见问题及措施。
参考文献
[1] 陈龙飞,金其坤.工程测量[J].测量,1996(35).
[2] 苏云,建筑物垂直位移的观测与水准标石稳定性分析[J].测绘科学,1986(9).
[3] 戴鸿,宋华文,建筑桩基技术规范[J].建筑力学,2009(94).
[4] 寇斌,建筑地基基础设计规范[J].建筑基础学,2002(89).