本站原创摘 要 :随着社会经济的不断发展,桩基工程在工程上的应用也得到了迅猛发展,本文首先阐述了桩基工程的发展,其次,介绍了桩基的特性、适用条件和桩基适用的情况,同时分析桩型和成桩方式的选择和桩的破坏模式,最后,还以一个公路施工的实例来进行分析说明,具有一定的参考价值.
关 键 词 :桩基工程,工程,应用
中图分类号:TU753.3
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2009)11-0101-02
1桩型和成桩方式的选择
1.1灌注桩
灌注桩的优点:
(1)可适用于各种地层.
(2)桩长可随持力层起伏而改变,不需截桩、没有接头.
(3)仅承受轴向压力时不用配置钢筋,节约钢材.
(4)采用大直径钻孔或挖孔灌注桩时单桩的总承载力大.
(5)一般情况下比预制桩经济.
1.2预制桩
预制桩的优点:
(1)桩的单位面积承载力高,打入土层时使松软土层挤密,从而使承载力提高.
(2)桩身质量较易保证和检查.
(3)易于在水上施工.
(4)桩身砼的密度大,抗腐蚀性强.
(5)施工工效高,施工工序简单.
适用条件:
(1)不需考虑噪音污染和振动影响的环境.
(2)持力层上覆盖的为松软土层,没有坚硬的夹层.
(3)持力层顶面起伏变化不大,桩长易于控制,减少截桩.
(4)水下桩基工程.
(5)大面积打桩工程,打入桩的工序和设备简单,工效高.在桩数量多的情况下可取得较高的经济效益.
1.3钢桩
(1)钢板桩:板桩有接口槽,已接板桩可沿河岸或海岸组成一个整体的板桩墙,也可将一组钢板桩形成围堰,或作为基坑开挖的临时支挡措施.钢板桩成本较高,但可多次使用,仅用于水平荷载桩.
(2)型钢桩:可用于承受垂直荷载或水平荷载,贯入各类地层的能力强且对地层的扰动较少.H型和I型钢桩的截面积较小,不能提供较高的端部承载力.在细长比较大时易于在打入时出现弯曲现象.弯曲超过一定限度时就不能做为基础桩使用.
(3)钢管桩:贯入能力、抗弯曲的刚度、单桩承载力和节长焊接等方面都有明显的优越性.但钢管桩造价较高.日本生产的钢管桩的外经从500mm到1016mm,壁厚9～19mm.
钢管桩打入土层时,其端部可敞开或封闭,端部开口时易于打入,但端部承载力较封闭式为小,必要时钢管桩内可充填砼.
钢桩与砼桩比较,较高、抗腐蚀性能力差,需做表面防腐处理.
桩型和成桩方式的选择:桩的类型和施工方法的选择应考虑多方面的因素,主要有:
(1)建筑物本身的要求.如:荷载的形式和量级、工期的要求等.
(2)工程地质和水文地质条件.
(3)场地的环境.对环境的保护要求等.
(4)设备材料和运输条件,施工技术力量,施工设备和材料的供应可能性等、
(5)经济分析.
通过室内外实验可知:桩侧阻力和桩端阻力并不随桩的入土深度增加而呈直线性增大,当桩的入土深度超过一定值后,阻力并不随深度增加而增大,这就是桩侧阻力或桩端阻力的深度效应.
2桩的破坏模式
在轴向受压荷载作用下,单桩有下述几种典型破坏模式:
第一种情况,当桩底支承在很坚硬的地层上,桩侧为软土层,且其抗剪强度很低时,桩在轴向受压荷载作用下,如同一根压杆似地出现纵向挠曲破坏,其荷载一沉降曲线呈现明确的破坏荷载,这时桩的承载力取决于桩身的材料强度.
第二种情况,当桩材具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层,达到或沉入强度较高的土层时,桩在轴向受压荷载作用下,桩底土体能形成滑动面,出现整体剪切破坏,因为持力层以上的软土层不能阻止滑动土楔的形成,在Q―s曲线上可找出明确的破坏荷载.此时桩的承载力主要取决于桩底土层的支承力,桩侧摩阻力起的作用很小.
第三种情况,当桩材具有足够强度,桩入土深度较大,桩周土层抗剪强度较均匀时,桩在轴向受压荷载作用下,将会出现刺入式破坏.根据荷载大小和土质的不同,在Q-S曲线上没有明显的转折点.此时桩所受的荷载由桩侧摩阻力和桩底阻力共同承担.
第四种情况,当桩底端处的土层比较软弱,桩上的荷载主要由摩擦力承担,端阻力不起作用,在Q-S曲线上,有竖直向的切线,表明摩擦力已充分发挥.
3桩基工程在工程中的实例应用
3.1工程概况
某高速公路是GZ35工程中工程技术含量最高、工程最为艰巨、有效工期最短(仅18个月)的一段.2007年计划完成13.245亿元人民币的投资工作量,占建安投资总量336374万元的33%.计划完成路基土石方1100万立方,占总量的97%,大中桥桥梁桩基3600根,占总量的94%,桥梁墩柱1351根,占总量的50%,小桥、通道16道,占总量的100%,涵洞100道,占总量的82%,防护与排水砌体107914m3,占总量的60%,隧道全断面掘进13024m,占总量的70%,隧道全断面衬护12000m,占总量的65%.
该高速公路软基处理采用管桩累积约25万延米.管桩复合地基应用于处理路堤地基的设计理论,尤其是复合地基沉降计算方法尚有待探讨.
3.2 地质条件
工程所在地区地形复杂,沟、梁、峁纵横交错. 黄土高原是在第三纪末起伏和缓的准平原基础上,历经第四纪以来多次黄土堆积和侵蚀作用,使得地形破碎、沟壑发育.以北为黄土梁峁区,沟壑纵横,地面非常破碎,水土流失极为严重,生态环境相当脆弱,以南的西、南缘分布有岛状基岩低中山.南部为中低山夹黄土塬,山区植被覆盖率高,局部地方病流行,塬面平坦适宜农作物生长.根据形态特征可分为七种地貌类型.
(1)沙盖黄土梁
(2)黄土梁峁
(3)黄土残塬
(4)黄土梁塬地
(5)黄土塬
(6)河谷阶地
(7)基岩低中山
第四系主要为冲积黄土.三叠系长1为浅灰色、灰色层状长石砂岩与深灰色、黑色粉状砂质泥岩、页岩互层,夹多条煤线或煤层.长2+3主要以灰、浅灰色块状中细粒长石砂岩为主,夹蓝色泥岩、粉砂质泥岩,砂岩局部含油,极易缩径.长4+5为灰、灰绿色粉砂质泥岩,泥岩与灰色细粒长石砂岩不等厚互层,砂岩局部含油.长6为灰、浅灰色细粒长石砂岩,与深灰色砂质泥岩不等厚互层,是主要采油层.
3.3 设计情况
管桩地基设计剖面如图1.管桩型号PHC-414A,桩径d等于300mm,桩a等于3.5m,长度L等于11.2m,正方形布置,监测历时221d.
3.4 管桩复合地基沉降量计算
(1)单桩承载力计算
本次计算依据建筑地基基础规范,根据土的物理指标与承载力之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值Quk,按下式计算:
Quk 等于 u∑qsikli+qpkAp
公式中qsik――桩侧第i层土的极限侧阻力标准值
qpk――极限端阻力标准值.
qsik和qpk分别由表查得,得到
Quk 等于 996.00kN
(2)沉降计算
某处断面加载高度H等于5m,填土容重平均为20kN/m3,因此
N等于AHr等于6.25×5×20等于625kN
因为NQuk,所以Pp等于N等于625KN,Ps等于0,Ss等于0
Sp采用分层总和法,设单桩的沉降主要由桩端以下土层的压缩组成,
L0等于1.5m,ф等于28o
Ae等于3.14/4[d+2(L-LO)tanф/4]2等于6.37m2
A等于 a2等于6.25 m2
根据《土体原位测试机理方法与其工程应用》,结合现场静力触探资料,桩端底部为粗砂层,按Es等于2-3qc确定Es
Es等于2×3000等于6000kPa
取m等于1.5,得Sp 等于 m ∑ ―――△Zi 等于76.7mm
(3)与实测沉降量对比分析
沉降变化曲线如图3,左、中、右观测点累计沉降量分别41.2mm,75.5mm.90.4mm.由于计算点与中观测点位置相近,计算结果与其仅相差3.8mm,另外,由于计算点与左、右观测点位置相差较远,计算结果与其相差较大,但将观测3点取平均值68.0mm,则与计算结果相差较小,由此可见此计算方法基本合理可行.
4小结
桩基工程无论在桥涵工程还是在路基路面、边坡防护等工程中都具有相当重要的作用.随着经济建设的不断飞速发展,桩基工程的作用越来越明显,其应用也越来越广泛,因此很有必要对桩基工程进行更深一步的研究与改进,这是一个很漫长而艰巨的任务,同时也是一个研究的新趋势,具有较大的经济与社会价值.