钢筋混凝土预制小方桩复合桩基.doc

钢筋混凝土预制小方桩复合桩基王纬宜(上海市政工程设计研究院 ,上海 200092)摘 要 :对钢筋混凝土预制小方桩复合桩基处理深厚软弱地基的机理进行分析 ,并结合工程实例作进一步说明 。关键词 :钢筋混凝土预制桩 ;复合桩基 ;软弱地基 ;设计中图分类号 : U443 . 15 文献标识码 :A 文章编号 :100927716 (2004) 0420057203的经济和社会效益 。在这种复合桩基中 ,荷载通过承台传递到桩 及地基土上 ,当作用在承台上的荷载长期标准永 久组合值大于各单桩极限承载力标准值之和时 , 桩分担相当于各单桩极限承载力标准值之和的荷 载 ,承台下地基土分担余下的荷载 ; 反之 ,桩承担 全部荷载 。当桩距达到 56 倍桩身截面边长时 , 承台下地基土及桩就能充分发挥各自独立状态下 的承载能力 。桩除承担部分外荷载外 ,还可起减 少并控制沉降的作用 。当承台产生一定沉降时 , 桩能充分发挥并始终保持其全部极限承载力 ,即 有足够的“牵制性”,能有效地减少沉降量 。复合桩基承台下地基土与桩分担外荷载的规 律尚与荷载作用时间有密切关系 。一般在受荷初 期 ,由于承台下地基土处于不排水状态 ,有较大的 相对刚度 ,分担较大一部分荷载 。但随着其在受 荷过程中的排水与沉降变形 ,承台上的荷载逐渐 向桩顶转移 ,桩基承担的荷载则逐渐增加 ,使复合桩基达到桩土共同作用的受力状态 。概述钢筋混凝土预制小方桩复合桩基是指桩基采 用钢筋混凝土预制小方桩 、考虑基础承台下地基 土与预制方桩共同作用 、并按承载力及变形控制 要求确定用桩数量的低承台摩擦桩基 ,是介于天 然地基上的浅基础与常规低承台摩擦桩基之间的 一种地基基础型式 。钢筋混凝土预制小方桩桩身截面边长一般为200400 mm ,长细比约在 80 左右 ,桩距大于 56 倍桩身截面边长 ,适用于较深厚的软弱地基的 处理 , 满足地基承载力特别是变形控制的要求 。 对于软弱地基土的大型贮水构筑物 ,这种地基处理方式可以取得良好和效果 。1作用机理分析传统的桩基仅考虑桩体承受上部结构荷载 , 再通过桩侧摩阻 力 和 桩 端 端 承 力 传 递 给 地 基 土 体 ,不考虑基础承台底板下地基土对荷载的分担 作用 。而钢筋混凝土预制小方桩复合桩基在地基 处理原理中则属于加筋法 预制小方桩在天然 地基土中作为加筋材料 ,形成竖向增强体 ,在荷载 作用下 ,与土体共同承担荷载的作用 ,组合成复合 地基以提高地基承载力 ,并减少沉降 。钢筋混凝 土预制小方桩复合桩基为稀疏布置的摩擦桩基 , 为疏桩基础 。它充分发挥了桩间土的作用 ,可以 减少用桩数量 ,在确保工程安全及满足使用要求的前提下 ,能使工程造价经济合理 ,可以获得良好2设计方法与步骤33 . 1选择桩端埋深及桩身截面(1) 根据上部荷载大小和地基土层的组织 ,桩 端尽可能穿过压缩层范围内压缩性最高的土层 , 进入压缩性相对较低 (但不要求十分坚硬) 的持力 层 ,初步确定桩端的埋置深度 。(2) 由桩身结构强度确定的单桩极限承载力 必须大于地基土对单桩的极限承载力选择桩身截 面尺寸 。3 . 2初步确定承台底面积及基本平面布置(1) 复合桩基的承台底面积可按下式初步估 算 :收稿日期 :2004203211作者简介 :王 纬 宜 ( 19712) , 女 , 上 海 人 , 全 国 一 级 注 册 结 构 工 程 师 ,从事结构设计工作 。Ac ( Fk + Gk) /f a式中 :Ac 承台底面积 ( m2 )f a 承台下地基土承载力特征值Fk 相应于荷载效应标准组合时 ,上部结 构传至承台顶面的竖向力值Gk 承台自重和承台上覆土重经验修正系数 ,可取 1 . 51 . 7(2) 根据初步确定的承台底面积 ,按承台底面 以上荷载效应标准永久组合的合力作用点与承台 底面形心基本重合的要求 ,初步确定承台平面布 置 。3 . 3 确定复合桩基的桩数和桩位平面布置(1) 根据设计容许沉降量确定需要的桩数 。 沉降计算原则 :a . 当 P - cAc > KRk 时 , 复 合 桩 基 沉 降 由 以下两部分计算叠加而成 ; 一部分是桩顶承受荷载 为 Rk + Gp k 时的 K 根桩桩基的沉降 ; 另一部分是 承台底面承受荷载为 P - cAc - KRk 时下的地基 土沉降 。b. 当 P - cAc KRk 时 , 复合桩基的 沉 降 即为桩顶承受荷载为 ( P - cAc ) / K + Gp k 时的 K 根 桩作用下桩基产生的沉降 。Ac 承台底面积 ( m2 )P 承台顶面荷载效应标准永久组合值c 承台底面处的地基土自重应力K 桩数Rk 单桩极限承载力标准值Gp k 扣除浮力作用 ( 如有) 下的自重标准 值无论是哪一种情况 ,均应使计算所得的沉降变形控制在容许范围之内 。(2) 根据初选的承台面积及桩数进行承台和 桩基的平面布置 ,并按承台底面处竖向荷载效应 标准永久组合的合力作用点与桩群形心基本重合 的要求 ,确定桩位平面布置 。如初选的承台面积 及桩数适当 ,则可不进行复合桩基的承载力验算 ; 否则则应对承台平面作调整 ,按前述方法重新进 行沉降变形验算 ,并按本节所述方法进行承载力 的验算 ,并使两者均满足要求为止 。复合桩基整体承载力应满足 : Fk + Gk ( KRk + Acf a) ; 58 承载力修正系数 ,宜按地区经验取值 ,可取 0 . 650 . 95 ;(3) 在基础承台底面与复合桩基加固区之间 设置褥垫层 ,保证预制小方桩与桩间地基土形成 复合地基共同承担上部荷载 ,改善复合桩基浅层 土的受力状态 。褥垫层可取 200300 mm 厚度 , 材料可选用中砂 、粗砂 、级配砂石或碎石 ,分层铺填 。工程介绍44 . 1 工程概况及工程设计某工程 场 地 为 一 河 塘 , 其 上 为 一 座 2000 m2清水池构筑物 ,平面尺寸为 23 . 4 m ×23 . 4 m ,净高4 . 00 m ,埋深 3 . 60 m ,要求地基承载力达到 70 k Pa , 沉降量要求控制在 200 mm 以内 。根据场地工程 地质勘探报告 ,土层分布 :层 :素填土 ,主要由耕土 、建筑垃圾夹粘性 土组成 ,高压缩性 ,层厚 0 . 301 . 50 m 。层 :褐黄色粉质粘土 ,含植物根须及铁锰质 氧化物 。局 部 下 部 为 青 灰 色 , 中 等 压 缩 性 , 层 厚0 . 301 . 50 m 。层 :灰色淤泥质粉质粘土 ,含云母 ,局部夹 有粉砂薄层或粘土 , 局部上部为青灰色 , 高压缩 性 ,层厚 7 . 409 . 20 m 。层 :灰色淤泥质粘土 ,含云母 ,夹有团状粉 砂 ,高压缩性 ,层厚 4 . 205 . 50 m 。层 :灰色粘土 ,夹有薄层状粉砂 ,局部有铁 锰质氧化物 ,高压缩性 ,层厚 0 . 705 . 40 m 。层 :灰绿色粉质粘土 ,含有较多铁锰质氧化 物 ,局部有 薄 层 粉 砂 , 中 等 压 缩 性 , 层 厚 0 . 90 3 . 00 m 。层 :灰 色 粘 质 粉 土 夹 砂 质 粘 土 , 含 云 母 较 多 ,夹少量粘性土 , 含有机质 、腐 殖 质 , 中 等 压 缩 性 ,层厚 2 . 7011 . 10 m 。夹层 :灰色粉质粘土 ,夹薄层状粉砂 ,粉质 粘土 ,含有机质 。中等压缩性 ,层厚 1 . 7011 . 80 m 。层 :灰色粉质粘土 ,含有机质 ,贝壳碎屑少 量 ,夹薄层砂质粉土 ,压缩性中等 ,未钻穿 。构筑物基础底面位于河床底部 ,落在 层灰 色淤 泥 质 粉 质 粘 土 上 , 原 状 土 承 载 力 特 征 值 为60 k Pa ,不能满足承载力及沉降控制要求 ,需进行地基处理 。经计算及 经 济 指 标 比 较 , 采 用 25cm ×25cm钢筋混凝土预制小方桩 ,桩长 15cm ,桩端穿过场 地压缩性最高的 层 、层淤泥质土层 ,进入压缩 性相对较低承载能力相对较高的 层灰色灰绿色 粉质粘 土 层 0 . 60 m 。桩 采 用 梅 花 形 布 置 , 桩 距2 . 80m ,共布置 85 根桩 , 计算求得复合桩基整体 承载力 达 到 85 k Pa , 复 合 桩 基 最 大 沉 降 量 141 . 2 mm ,均满足设计要求 。4 . 2 复合桩基质量检测4 . 2 . 1 桩身质量检测经对全部 85 根桩进行低应变动测 ,结果表明 , 其中类桩 77 根 ,占总数 90. 6 % ,类桩 8 根 ,占桩 总数 9. 4 % ,无 、类桩 ,成桩质量良好 。4 . 2 . 2 桩基承载力质量检测随机抽取试桩 3 根 ,采用快速维持荷载法进 行单桩承载力试验 ,静载试验结果见表 1 。试验 表明各试桩单桩竖向抗压极限承载力均满足设计要求 。表 1 单桩承载力静载试验结果最大加载量( kN)最大沉降量( mm)最大回弹量( mm)极限承载力( kN)基础名称试桩桩号回弹率( %)4804804801632564804804807 . 8910 . 108 . 594 . 405 . 724 . 5055 . 7756 . 6352 . 3922000m清水池4 . 2 . 3复合桩基质量检测构筑物四角设 4 个沉降观测点 ,工程于 2003 年 12 月 20 日竣工验收 ,12 月 25 日投产使用 ,分 期进行沉降观测 ,最近一次观测时间为 2004 年 3月 5 日 ,各点累计下沉 10 mm ,满足设计要求 。5结束语钢筋混凝土预制小方桩复合桩基处理深厚软弱地基土 ,以控制沉降为主旨 ,兼具提高地基承载力 ,充分发挥桩间土的作用 ,和常规低承台摩擦桩 基相比 ,桩数少 ,桩距大 ,施工简便 ,周期快 ,工程 造价最为经济 ,有着良好的经济和社会效益 ,是一 种较为先进的地基处理方法 。城市道桥与防洪投稿须知为进一步提高期刊的质量与水平 ,并使其编排标准化 、规范化 ,特对投稿者提出如下要求 :1 . 来稿请署作者真实姓名 、性别 、出生年月 、民族 、籍贯 、学位 、工作单位 、职务 、职称 、从事何项工作 及详细通讯地址 、邮编 、电话 。2 . 文章须写出摘要 (200 字左右) 、关键词 (38 个) ,正文一般控制在 30004500 字左右 。文章题 目 、摘要 、关键词 、作者单位 ,最好有英文译文 。3 . 插图清晰 ,数量尽量少 ,写出图名 ,一般只要简单示意图 ,大小适当 (少占版面) ;表中各种量及计 量单位一定要填满 。4 . 计量单位及表示符号一律按中华人民共和国法定计量单位规定 ,专业术语 、各种物理量及参 数等 ,使用现行的国家标准 、行业标准和规范 ,且忌用多个字母构成一个量的符号 。5 . 文章内容涉及到国家标准 、行业标准 、规范规程时 ,请注意 :一定要用新标准 、新规范 、新规程 。6 . 凡撰写工程技术总结的文章 ,望能提供 13 幅彩色工程照片 。7 . 稿件文责由作者 (第一作者) 自负 ;对刊用稿件 ,本刊有权作文字性修改和删节 ,如不同意 ,请首 先声明 。不刊用的稿件 ,不退稿 ,请作者自行留底 。8 . 本刊对具有专利证书或经成果鉴定确认为具有创新性成果 (新材料 、新设计 、新工艺 、新设备等)的文章 ,将予以优先发表并付给加倍稿酬 。请作者在来稿中附上相关证书的复印件 。9 . 本刊编辑部对在本刊登载后获得国家级或省部级奖项的或被国内外著名的数据库或检索期刊 收录的文章给予一定的奖励 。请作者在得到获奖或收录通知后 ,将有关证书复印件寄给本刊编辑部 。10 . 因本刊已加入中国学术期刊 ( 光盘版) 和“中国期刊网”。作者若不同意将文章编入该数据库 ,请投稿时声明 。 59 blocks to realize t he f unctio nal divisio n and show t hat t he t raffic organizatio n has an important meaning in road designcourse. The aim is for app roaching t he act ual applicatio n of t raffic organizatio n in roads and t he p ractice.Key words :road plane , t raffic organizatio n , change lane , t ransitio n zo ne for diversio n , Taiyuan Cit yBRID GES & STRUCTURESDesign and Design of L anzhou Yanyan Bridge over t he Huanghe River J i a Zhen gJ u n ( 42)Abstract :The paper int roduces t he overall design of L anzhou Yanyan Bridge over t he Huanghe River in aspect s of t he engi2 neering geology , hydro - meteorology , op tio n design , st ruct ural design and calculatio n etc. It also st udies and states t he technical measures in t he aspect s such as t he foundatio n , bridge piers , ribs , hanger rod , tie member , lo ngit udinal beams and anti - corrosio n etc.Key words : Yanyan Bridge over t he Huanghe River , design and st udy , t ree - span co ntinue , steel pipe co ncrete archbridge , L anzhou CityDesign of Prest ressed Co ncrete Rigid Frame - Co ntinuous Co mbinatio n Beam Bridge L i u Y u n Fei , L i M i n g ( 46)Abstract :The rigid f rame - co ntinuous co mbinatio n beam bridge is a t ype of bridge t hat is t he co mbinatio n of co ntinuous beam bridge and co ntinuous rigid f rame bridge. According to t he design of t he main bridge of Chuangxin Bridge in Guiyang , t he paper app roaches to so me key point s in t he design of rigid f rame - co ntinuous co mbinatio n beam bridges.Key words :co ntinuous beam , rigid f rame - co ntinuous co mbinatio n beam , vacuum auxiliary grouting , Guiyang Cit yCo mpariso n of Bridge Design Standards bet ween Shenzhen and Ho ng Ko ng Hu ang B i n , W u X i n W ang , S hi Ch u nB ao ( 51) Abstract :The bridge design standard bet ween Shenzhen and Ho ng Ko ng has a greater difference. According to t he design of Huanggang - L uo mazhou No . 2 Highway Bridge , t he paper makes t he systematic co mpariso n of t he main design stan2 dards bet ween Shenzhen and Ho ng Ko ng and mainly int roduces so me design requirement s of t he standards in Ho ng Ko ng as well as t he difference bet ween t wo standards.Key words :Shenzhen , Ho ng Ko ng , bridge design standard , co mpariso nDesign of Steel Pipe Co ncrete Tied Arch Bridge by Met hod of Arch First and Beam L ate Chen Hon g ( 54)Abstract :According to t he design of Zhengp u Bridge in Qingp u Dist rict , shanghai t he paper p ut s forward so me p roblems tobe co nsidered in t he design course of t he co nst ructio n of steel pipe co ncrete tied arch bridge by t he met hod of arch first and beam late and p ut s forward t he co nst ructio n p rocess in accordance wit h t he characteristics.Key words :steel pipe co ncrete arch , tied arch bridge , st ruct ural design , p rocess for co nst ructio nPrecasting Co mposite Pile Foundatio n of Small Square Pile by Reinforced Co ncrete W an g W ei Y i ( 57)Abstract : The paper analyzes t he mechanism of p recasting co mposite pile foundatio n of small square pile by reinforced co n2crete to t reat deep and t hick sof t ground and f urt her states in co mbinatio n wit h t he engineering example.Key words :reinforced co ncrete p recast pile , co mposite pile foundatio n , sof t ground , design