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33层建筑高层基础形式选择的探讨?!

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cdddd 发表于 2010-1-6 14:02:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近遇到一个工程,地质情况下,填土厚度2.0m,硬塑粉质粘土厚度9.0m,下面卵石厚度20m厚,其下为泥岩,厚度大于100m。
现在33层有一层地下室,基底平均荷载为550KPa,埋深-5.0m,但是硬塑粉质粘土承载力240KPa,满足不了33层筏板基础设计要求,那么采取CFG对粉质粘土进行地基处理,按照一般经验,CFG处理后,复合承载力值最多不大于400KPa。那么怎么才能保证CFG处理后复合地基承载力达到550KPa,有人提出大直径人工挖孔CFG桩设计理念,就是桩径600mm,桩间距2.0m左右(计算所得),然后在人工挖孔桩灌入C25混凝土(但是不配筋),这样可以使复合地基承载力达到550KPa,不知到这个可行吗?
还有就是采用人工挖孔桩桩基础形式,以下面的中密~密实卵石层作为桩端持力层,但是勘察报告反映,下面卵石层密实度变化很大,一般中密~密实卵石厚度2.0m左右,下面有稍密卵石层或松散卵石层,厚度1.0~1.5m,其下又是中密或密实卵石,再其下又是稍密或松散卵石,这样地层怎么选择人工挖孔桩桩端土持力层,就是说如果桩端选择在上部中密~密实卵石层作为桩端土持力层,那么桩径在1.5~2.5m的情况下,至少要保证3倍桩径下无软弱层存在是不是可行,1倍桩径下有软弱层和2倍桩径下有软弱层,在处理方式上有什么区别?!
现在可行的就是对卵石层中密~密实层以下的稍密或松散卵石层进行注浆高压旋喷处理,但是由于卵石层中卵石隙间以充填黏性土为主,存在一个问题,旋喷处理对这类土到底有好点效率,存在疑问!?
请高手解答,并针对该地质情况和建筑物荷载提供其它可行,经济的基础形式和地基处理方式!?

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 14:57:40 | 显示全部楼层
《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008对于桩基软弱下卧层的验算有了一下几方面的变化:  
1)并不是所有的时候都需要进行桩基软弱下卧层验算,对于桩距不超过6d的群桩基础,桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时,才需要进行软弱下卧层验算;
2)软弱下卧层承载力修正深度从承台底部至软弱下卧层顶面;  
3)传递至桩端平面的荷载,按扣除实体基础外表面总极限侧阻力的3/4而非1/2总极限侧阻力。
另外:对于岩溶来说,一般来说5m就够了,或3d。但如果是暗河或岩溶大厅呢?
还有一种说法:可根据桩端应力扩算原理,进行软弱下卧层验算,确定最少的持力层厚度,然后考虑一个1.5~2.0左右的安全系数。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 15:26:14 | 显示全部楼层
L/D≤3时按墩基计算。支承在微风化岩上L/D≤5的端承桩,只计端阻力,不计侧阻力,一般桩的长径比不大于60!!。习惯上长径比大于60称为超长桩。桩间距一般是3-6D。
根据钢塑性理论求得的桩端阻力公式,其埋置对于端阻力的影响是随深度线性增加的。根据有效应力原理,桩侧摩阻力随着桩的入土深度增加而线性增大。
但是,室内模型试验和原型试验研究却表明,端阻力和侧阻力并不符合上述一直随深度线性增大的规律,而是随有关因素呈特定规律变化,称此为“深度效应”。
根据上述定义,深度效应的影响因素包括两个大方面:
一是端阻力深度效应的影响因素:
1、端阻力的临界深度随砂土持力层中的相对密度的增大而增大;
2、端阻力的临界深度受上部覆盖压力影响而随端阻力稳定值呈不同变化关系
3、端阻力的临界深度随桩径增大而增大;
第二是桩侧摩阻力深度效应的影响因素:
1、根据砂土中模型试验所得的侧阻临界深度不尽相同,侧阻临界深度与端阻力临界深度比值,有相等的、有约三分之二的、也有约三分之一的; 不过,随上覆压力的增大而减小   
2、关于粘性土中侧阻力的深度效应,由于试验研究尚少,其机理和变化规律还有待进一步探讨。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 15:44:26 | 显示全部楼层
桩端阻的取值:可以按饱和单轴抗压强度标准值作一定折减,
当岩体裂隙不发育时,取0.5;对较完整岩体,取0.2-0.5;对破碎岩体取0.1-0.2。
遇4--8米厚的流塑状态淤泥层,在进行承载力计算时是考虑淤泥层的浮力,还是考虑淤泥层固结沉降产生的负摩阻力?浮力好象是不用考虑的,主要考虑是否产生负摩阻力,如果是欠固结土的话是要考虑负摩阻力的,如果是正常固结的话也许不用考虑,建议取的侧摩阻力小一点,或干脆不计侧摩阻力,但也不计负摩阻力,土层上面的回填土倒是要注意计不计负摩阻力。
超长桩竖向受载规律?
桩与土间产生相对位移是桩侧阻力发挥的前提。   
桩侧阻力达到极限值时所需要的桩~土相对位移称为临界位移。
在加载的开始阶段,桩-土的相对位移较小,随着荷载的增大,桩-土的相对位移增大,到达临界位移之后,剪应力不再增加而趋于定值。
桩的临界位移与桩的类型和桩周土的性质密切相关,按照通常的观点,只要桩周土性相同,桩身不同位置的桩侧阻力就应该完全相同,不存在差别。但工程中测得的桩身不同位置处桩侧阻力的分布并非如此,在桩周土均匀的情况下,桩身不同位置的桩侧阻力也存在着明显的差异。不管桩型如何,桩侧阻力与随桩的人土深度增加而增加,也就是说,在其它条件一定的情况下,随着桩人土深度的增加,桩侧阻力在不断增大。
关于长桩竖向受载规律及设计方法的一些看法。  
      单桩在竖向受压荷载下的破坏极限状态分为地基土强度破坏和桩身结构强度破坏。在桩身结构强度较高时,长桩的承载特点如下:
1.在加载的开始阶段,几乎绝大部分荷载是由桩身上部的桩侧摩阻力承受,桩端阻力很小。
2.当荷载继续增加,桩身下部的摩阻力由上往下逐步被发挥出来,增大的荷载基本上仍由桩侧摩阻力承受,桩端阻力增加仍不大。  
3.当桩侧摩阻力在整个桩身上全部发挥达到极限后,继续增加荷载,所增大的荷载则全部由桩端阻力来承担,桩端阻力达到极限,位移急剧增大而破坏,此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。   
  原因是,桩侧摩阻力与桩端阻力达到极限的条件是桩-土的相对位移要达到临界位移,虽然桩的临界位移与桩的类型和桩周土的性质密切相关,但桩侧摩阻力的临界位移与桩端阻力的临界位移相差较大,通常桩侧摩阻力的临界位移是毫米的数量级,桩端阻力的临界位移是厘米的数量级,因此会出现侧摩阻力发挥很充分时,桩端阻力仍不大的现象。
  长桩的弹性压缩影响比较明显,通常长桩承担的竖向荷载较大,桩身产生的弹性压缩量较大,因此桩身的侧阻力通常上部先于下部发生。桩基载荷试验中,对于通常的桩有一个终止条件,桩顶总沉降量超过40mm,考虑桩的弹性压缩,对于25m以上的非嵌岩桩,要求加载至沉降≥60 ~ 8omm。  
  单桩的极限承载力,由极限桩侧阻力和极限桩端阻力组成,除以安全系数2为单桩承载力特征值,通常在极限承载力的荷载作用下,可认为桩侧阻力及端阻力都会充分发挥,考虑到结构的安全,桩承担的荷载不大于单桩承载力特征值,即实际工作状态时,桩承担的荷载小于桩极限承载力的一半,从而出现实际工作状态与极限状态不一致的现象。  
  设计时侧阻、端阻如果是由静载荷试验测得,土性相同,深度不同,侧阻、端阻值自然不同,根据土工试验参数查表得到的侧阻、端阻需要考虑深度修正,侧阻、端阻也应不同。关于长桩竖向受载规律及设计方法的一些看法。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 15:49:09 | 显示全部楼层
这里,提供散粒桩的桩长限制:作为地基处理形式选择要考虑的东西
一般来说散体材料的桩体主要依靠桩间土侧向约束力来使桩传递垂直荷载,当桩长超过基础宽度的1.5~2.0倍时,不论桩长是否接触到相对硬层,桩的端承作用很小,承载力提高不大,地基沉降减少也不多!
对于散体材料桩,其成桩是依靠桩周土体的约束作用,这点是毋庸置疑的。
正是由于此,当桩过长时,在较大的上部荷载的作用下,桩周的侧限作用满足不了要求,桩身就会出现剪切破坏,荷载当然不会传到下部。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 16:01:49 | 显示全部楼层
浅谈桩基础设计
随着经济发展,城市中各类高层建筑拔地而起,作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础,因此,如何选择合理的桩基础形式,对于保证安全,节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析,选择一个最优化的基础方案。笔者就以下几方面对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨。
  一.桩基设计中静载荷试验的重要性
  目前的桩基础设计过程,往往受到时间的约束首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值,根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工,等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。这个过程具有相当的不科学性,结果符合估算要求,则皆大欢喜,否则因工程已施工完毕补桩也会很困难,且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。这里主要有两个问题,下面举例来说明。一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由规范JGJ94-94计算的场区单桩承载力标准值,这是一个经验数值,不宜直接采用。近几年来笔者通过各类桩基础中试桩及工程桩的检测,发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值,有些相差幅度较大,因此按试桩获得的实际承载力将会比按勘察报告估算的承载力来布置基础将产生巨大的经济效益。例如,笔者曾设计过苏州工业园区南都?玲珑湾花园住宅,主体为地下一层、地面十八层的高层住宅,根据地质勘察报告拟采用 D500的预应力管桩,桩长20m,按JGJ94-94公式5.2.8估算单桩承载力设计值约为1400kN,而我要求进行的3根破坏性试桩显示实际单桩承载力可达1850kN,整整比估算值提高了30%左右,实际工程桩设计就采用试验值进行,为甲方大大节省了投资。其二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下,不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费。例如唯亭某五层商住楼,根据地质报告采用10m 长的预制方桩,桩径400x400,单桩承载力极限标准值约为1350kN,采用静力压桩,实际施工中几乎每根桩都压至2000kN而未达到预定深度,而此时已达到预制桩的桩身强度,故施工过程中每根桩都采用了劈桩,在时间金钱上都造成了巨大的浪费。经过静载荷试验未达设计标高的工程桩均达到了设计承载力,也就是说设计上如先进行试桩则至少可减短1.5m左右的桩长,桩承载力不减小且不需要劈桩。由上可见,桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节。因为次项工作质量直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定,同时也对施工难易有密切影响。通过科学试验,取得准确数据,能使设计方案更加合理、可行和经济,远远超过缩短工期所获得的效益。  
  二.桩基设计中桩型、桩长设计的重要性   
  桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响,合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益。笔者在“昆山华地”住宅设计中,开始由于考虑时间原因(有现成的D400预应力管桩),甲方要求采用D400的预应力管桩,根据地质报告采用桩长L=16m,单桩承载力极限标准值为850kN,预算基础部分造价约为160元/m2,在整个住宅造价中占了相当大的比例。在其后的设计中,笔者桩长不变,结合当地的设计经验,将桩型改为250x250的预制钢筋混凝土小方桩,单桩承载力极限标准值约为600kN.预制小方桩在当地的施工价才约50元/m,而预应力管桩的单价约为100元/m.采用小方桩后预算造价约为90元/m2,综合经济价值明显。可见选择合理的桩型,将对工程的造价产生巨大影响。同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要,在某一高层住宅桩筏基础设计中,根据勘察报告采用D500预应力管桩,可选桩长有:桩长25m ,单桩承载力特征值Ra=900kN;桩长34m,单桩承载力特征值Ra=1300kN.采用25m桩,约需要桩数290根;而采用34m 桩,则需要工程桩200根。从桩本身而言,两种方案总的工程桩延米数量相当,但我们分析一下由此而相对应的筏板设计,采用25m 桩为满樘布桩,所需筏板厚约为1200mm,而采用34m 桩为墙下布桩,筏板厚可减至900mm,经济效益明显。因此,我们设计人员在桩基础设计中一定要采用多方案比较,选择合理的桩型与桩长,这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响,当然我们也应考虑施工可行性等多方面因素。
  三.关于桩偏差的控制和处理
  桩基施工中对桩的偏差必须严格控制,特别是对于承台桩及条形桩,桩位的偏差都将产生很大的附加内力,而使基础设计处于不安全状态。对于桩位偏差我们主要控制两个方面,其一是竖向偏差,根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~+100mm,但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高,则需要劈桩,特别对于预应力管桩等空心桩来说,桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济;而当桩顶标高低于设计标高时,又需要补桩头,这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高,尽可能地使工程桩标高同设计一致,特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量,否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑,笔者建议针对目前的施工质量,设计中可以考虑2mm左右的偏差容许,这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩,这在实践工程中具有相当的可操作性,避免了大量不必要的工作。其二则是桩位的水平偏差。根据JGJ94-94第7.4.11条控制各桩位偏差,施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。这里针对4~16根承台的桩基,JGJ94-94规范第7.4.11条中规定允许偏差为1/3桩径或1/3边长,而根据GB50202-2002第5.1.3条则规定允许偏差为1/2桩径或边长。这显然是矛盾的,在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解,因此笔者强调在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准。另外,对于小直径桩(D≤250)笔者强调必须对其偏位进行严格控制而不应按上述规范标准,笔者建议对承台桩可控制70mm;而对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50mm,平行于承台方向为70mm,当然这些要求必须在施工前予于明确。当然桩位偏差满足规范或设计要求仅仅代表桩基本身验收合格,而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失,我们必须另行处理。对于桩偏心我们可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决,这在实际工程中需针对具体情况相应处理。  
四.施工中特殊情况处理   
  桩基施工由于地层的不可知性,经常会遇到很多异常情况,这就要求我们根据具体的情况,仔细分析,采用妥善的方法去解决各类问题。
  1)桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。这里可能存在两种情况,其一是地质报告有误,桩实际承载力大于计算值,必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力。其二则可能由于土层本身原因,譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入,这就需要我们从施工措施上去解决。首先是必须制定合理的施工顺序,譬如说跳打,使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩;其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械,要避免抬机等现象出现;另外可以采取引孔,设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内,且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。 2)桩基施工时压桩力远低于设计承载力。苏州阊胥公寓小高层住宅采用18m长D400预应力管桩,根据地质勘察报告单桩承载力设计值为650kN,进行工程桩试打时连续4根桩的最大压桩力均仅为300kN,远远小于设计承载力。我们仔细分析了勘察报告认为报告所提供的各土层特性基本准确,而从周边其他工程的地质报告也证明勘察报告无误,因此我们分析可能由于压桩机械的压桩速度偏快,而土层的粘聚力又偏小,故压桩时桩将土直接剪坏,引起压桩力偏低,随着时间土能恢复固结。在15天后进行的试桩,证明我们的判断准确,试验承载力满足设计要求。这一点也从侧面强调了先进行静载荷试桩的重要性。  
  3)桩基静载荷试验不合格。某工程由于时间限制,甲方要求试桩与工程桩同时进行,待试桩满足JGJ94-94附录c.0.6条时进行静载荷试验,结果三组试桩有一组满足设计要求而另外两组试桩均在小于设计承载力时产生破坏。这就让我们从设计、施工和试验等各方面去分析这两组试桩,但经过与周边工程比较及现场施工试验记录分析,均未发现特殊情况,即不存在施工,试验中的失误。笔者对第一组合格试桩的情况进行了比较,终于发现后二组试桩本身的停歇时间已够,但周边的其余工程桩施工在试验前2天才完成,完全有理由认为是因为工程桩施工时将试桩周边的土破坏而没有固结,影响了试桩的承载力。于是等工程桩停歇时间也满足JGJ94-94附录c.0.6条时再次对2根试桩进行了静载荷试验,结果与我们判断完全一致,试桩均满足设计要求。这一实例告诉我们影响试桩结果的因素有很多,我们在工程实践中对各种情况一定要仔细分析,找出问题所在,而不要盲目处理,造成不必要的损失和浪费。
  4)管桩裂缝处理。预应力管桩以其强度高,制作周期短,比预制桩节省材料等优点在工程设计中受到普遍应用,但其也存在受剪能力差的不足之处。在工程实践中,由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量。在昆山某一工程中由于场地天然地面标高较低,在桩施工前场地回填了约2m左右的土,而施工中又未对上述情况采取合适的措施,使压桩机械在施压进行过程中对桩产生了不均匀的侧压,施工结束后发现局部桩位产生了侧偏,经小应变检测发现这些管桩都不同程度地产生了裂缝,如何处理显得相当关键。我们对偏差资料经过分析归类后,对于垂直度偏差小于0.5%的管桩,管壁基本无裂缝,我们认为承载力应不受损失,故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理。而对垂直度偏差大于0.5%的管桩,可以认为管壁均已产生裂缝,承载力已受影响,我们对此类桩采用了先纠偏再进行灌芯处理,使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递,经最终静载荷试验证明是切实可行的。因此我们在管桩的实际施工中一定要注意垂直度的控制,因为管桩的抗剪能力较差,很容易破坏而引起不必要的经济损失。
  桩基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。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。 ,eWLi g

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 16:03:47 | 显示全部楼层
液化土层桩侧阻力如何折减
建筑抗震设计规范   
4.4.3 存在液化土层的低承台桩基抗震验算,应符合下列规定:  
  1 对一般浅基础,不宜计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。
  2 当桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时,可按下列二种情况进行桩的抗震验算,并按不利情况设计:
  1)桩承受全部地震作用,桩承载力按本节第4.4.2条取用,液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以表4.4.3的折减系数。
  2)地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用,桩承载力仍按本节第4.4.2条1款取用,但应扣除液化土层的全部摩阻力及桩承台下2m深度范围内非液化土的桩周摩阻力。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 16:23:40 | 显示全部楼层
单桩长径比(长细比)对单桩承载力到底有何影响呢?
长细比主要影响桩体的相对刚度,对承载力和沉降的影响很大。长细比大,相对刚度小,承载力小,也容易发生受弯破坏。
关于测桩时间问题?
一般要等孔隙水压力消散才可以测桩,一般黏性土和粉土15天,砂土7天,具体可以参考建筑基桩检测技术规范。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 16:28:16 | 显示全部楼层
所谓的桩端以下需保证不小于多少持力层厚度的规定是指存在下卧软弱层,需验算桩端以下持力层是否可能发生冲切破坏的情况下才有意义,这样情况下按一些资料里提及是至少要保证桩尖以下还有3~5d的持力土层存在,这是概略的规定,最好通过验算来确定是否满足要求(既不发生冲切破坏)。
如果说是总厚度,大致可以这样推算,桩要比较充分发挥持力层端阻力一般需要2-3d,要保证不发生冲切破坏3~5d,从经验看可以认为总厚度5~7d是至少的,对于打入桩来说因为是贯入度控制为主,持力层太薄很容易在沉桩中发生打穿持力层的情况,其对于该厚度值要求就更高一些,灌注桩因为是标高控制为主就要求低一些。

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 楼主| cdddd 发表于 2010-1-6 16:42:05 | 显示全部楼层
有关桩基础一些资料,仅供参考

1.rar

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东南西北人 发表于 2020-1-13 05:28:23 | 显示全部楼层
最后采取什么基础型式?

桩基,打桩打到10米左右到砂砾石层,应该可以。
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sdf916 发表于 2020-1-14 08:40:30 | 显示全部楼层
人工挖孔桩,扩大头+注浆
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