減少沉降樁在廠房樁基礎(chǔ)上的應(yīng)用.doc

減少沉降樁在廠房樁基礎(chǔ)上的應(yīng)用一、 概述軟土地區(qū)有不少建筑(構(gòu)筑)物由于沉降太大而需要采用樁基礎(chǔ)，但按照現(xiàn)有樁基礎(chǔ)的設(shè)計規(guī)范，樁基礎(chǔ)的用樁數(shù)量完全由建筑物的荷重所決定，因此當(dāng)一旦決定采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計方案時，設(shè)計出的樁數(shù)往往是多的，基礎(chǔ)造價極為可觀。然而，近年來各國的研究成果均表明，對于天然地基強(qiáng)度尚能滿足設(shè)計荷載要求但沉降卻過大的情況，可以采用少量的樁以減少沉降，也就是說，采用少量的樁就可以達(dá)到減少沉降的作用。這種應(yīng)用少量樁來減少基礎(chǔ)沉降的設(shè)計一般稱為減少沉降樁、疏樁或蠕變性樁。上海某廠主廠房工程位于上海近郊。該廠房為五層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部六層。由于沉降太大，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。在最初的設(shè)計中采用上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法，樁基礎(chǔ)共設(shè)計236根樁。后來改用減少沉降樁理論對該樁基礎(chǔ)重新設(shè)計，使實(shí)際用樁數(shù)大幅度減少，設(shè)計樁數(shù)調(diào)整至138根，并按此進(jìn)行樁基施工。在該工程的建造過程中對沉降進(jìn)行了觀測，其值在廠房結(jié)構(gòu)竣工時只有46 MM，完全達(dá)到設(shè)計目的。本文介紹該工程的設(shè)計和工程實(shí)踐。二、 工程簡況主廠房為五層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部六層。廠房的長度和寬度分別為 5264x 2510 M。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，主廠房地區(qū)存在較好的硬表土層，其承載力基本上可以滿足廠房荷載的要求，可以作為淺基礎(chǔ)的持力層。但在淺部硬土層的下面存在較厚的下臥軟士，按照上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中給出的淺基礎(chǔ)沉降計算方法對沉降進(jìn)行驗(yàn)算，其沉降值達(dá)到550 MM以上，(見圖 l)，超過規(guī)范所容許的沉降范圍，因此不能完全采用淺基礎(chǔ)。圖1沉降與用樁數(shù)量的關(guān)系曲線為了將沉降減少到規(guī)范所容許的范圍內(nèi)，設(shè)計院決定采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范及實(shí)際地質(zhì)條件，設(shè)計采用300x300 MM鋼筋混凝土預(yù)制樁，樁長21米，獨(dú)立承臺樁基，總樁數(shù)為236根。該套設(shè)計圖于 l996年6月6日完成。應(yīng)用減少沉降樁理論重新設(shè)計樁基礎(chǔ)(一)理論方法簡介從淺基礎(chǔ)到采用樁基礎(chǔ)，盡管能將沉降減下來(見圖1)，但造價同時也增加較多。為了盡可能降低造價，設(shè)計人員與我們討論研究，決定采用減少沉降樁理論對樁基礎(chǔ)重新進(jìn)行設(shè)計。仍然采用300x300x21000鋼筋混凝士預(yù)制樁，但認(rèn)為單樁承擔(dān)的荷載比常規(guī)樁基礎(chǔ)中承擔(dān)的荷載大，其值可表示為：P樁=Pu式中， Pu為單樁極限承載力， 為實(shí)際單樁發(fā)揮承載力的程度系數(shù)，從理論上來說，應(yīng)=1，但在設(shè)計時可取=0.75。減少沉降樁基礎(chǔ)按以下方法計算：S =Sl+S2，式中，Sl為樁所承擔(dān)的荷載所引起的沉降，S2為由條基所承擔(dān)的荷載所引起的土的壓縮變形。Sl = P樁 IRs ( 3El2nd)式中，d為樁的等效直徑，n為樁數(shù)，Rs為群樁沉降系數(shù)，I為單樁沉降系數(shù)，E12為樁長范圍內(nèi)的士壓縮模量的平均值，為考慮樁端士強(qiáng)度及基礎(chǔ)平面形狀的影響而作的沉降修正系數(shù)。S2的計算可直接按規(guī)范方法進(jìn)行， 具體計算時可采用上海地基基礎(chǔ)規(guī)范中提供的淺基礎(chǔ)沉降計算方法。(二)樁數(shù)與沉降的關(guān)系曲線按照以上方法對本工程的樁基礎(chǔ)進(jìn)行用樁數(shù)量與沉降之間的關(guān)系的計算， 其結(jié)果如圖1所示。 由該圖可見，如果不采用樁基礎(chǔ)，總沉降值將達(dá)到550 MM以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范允許的沉降值范圍。由圖中曲線還可見，采用樁基礎(chǔ)后，沉降減少明顯，尤其在用樁數(shù)量較少的范圍內(nèi)采用樁對減少沉降的作用十分有效，而當(dāng)用樁數(shù)量超過一定值時沉降減少的幅度就變得很小，表明在用樁數(shù)量超過一定值時再增加樁數(shù)實(shí)際上已對減小沉降沒有多大的作用。沉降曲線開始變得平緩的初始點(diǎn)是一個臨界值，超過該臨界值再增多樁數(shù)對于減少沉降的作用已不甚明顯。由圖1可以看到，對于本工程這個臨界值約為70根樁。(三)減少沉降樁基礎(chǔ)的設(shè)計本工程的減少沉降樁基礎(chǔ)的設(shè)計過程和方法簡述如下：1選擇樁型由于原樁基礎(chǔ)設(shè)計后設(shè)計院已出圖給建設(shè)單位和施工單位，并已開始制樁，因此重設(shè)計時仍然采用原設(shè)計的樁型及尺寸。2確定單樁極限承載力按照上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范估算得到單樁的極限承載力為：Pu = 675KN3根據(jù)各柱底部荷載布樁，荷載大的柱下布置二根莊，荷載小的柱下布置一根樁，共計布置72根樁。4確定各軸線條基寬度根據(jù)地質(zhì)勘探報告提供的持力土層的地耐力初步確定樁條基的寬度，確定方法如下：按軸線計算上部柱傳下的總荷載，為 Ni計算該軸線樁所承擔(dān)的總荷載， 為 mP樁 ( m為該軸線上的樁數(shù))計算該軸線條基所承擔(dān)的總荷載， 為 NimP樁由此即可計算條基的寬度。本工程總的條基面積為560 m2。5地基持力土層強(qiáng)度驗(yàn)算在減少沉降樁理論中樁主要用于作為減少沉降的措施，荷載則主要由條基持力土層承擔(dān)，因此需要驗(yàn)算該持力土層的強(qiáng)度，而樁實(shí)際上承擔(dān)的一部分荷載則視為安全儲備。但由于采用樁來減少基礎(chǔ)沉降，因此在確定地基持力土層的強(qiáng)度時不再需要考慮下臥軟土層產(chǎn)生的大沉降問題為此可以根據(jù)地質(zhì)勘探報告中提供的士工指標(biāo)計算持力土層本身的強(qiáng)度。本工程共采用了以下幾種強(qiáng)度計算方法：(1)上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法(2) R14(3)普朗德爾( Prantl)公式(4)太沙基公式(5)普朗德爾瑞斯納( Prantl Reissner)公式(6)卡柯公式在上述諸公式中， (5)與(6)公式是美國基礎(chǔ)工程手冊所推薦的。我國推薦(2)公式。本工程的地基持力土層的強(qiáng)度取公式(l)，(2)及(5)的平均值，其值為：R= 136.5 KPa經(jīng)強(qiáng)度復(fù)核，上述確定的條基面積滿足強(qiáng)度要求。6計算基礎(chǔ)沉降按照72根樁及相應(yīng)的條基礎(chǔ)面積，采用前述沉降計算方法計算基礎(chǔ)沉降。計算結(jié)果為最終沉降值為130 MM左右，滿足設(shè)計上的要求。三、 大樓施工及沉降觀測結(jié)果大樓自1996年 l1月開始打樁施工，至次年10月結(jié)構(gòu)竣工。施工期間，由施工單位對大樓基礎(chǔ)沉降進(jìn)行了測量。共埋沒了 15個沉降觀測點(diǎn)，見圖2所示。在圖2中的沉降標(biāo)旁的括號內(nèi)也同時給出了工程竣工時各測點(diǎn)的沉降實(shí)測結(jié)果，由該圖可見，各點(diǎn)沉降的差異很小，至竣工時基礎(chǔ)的總(平均)沉降為46 MM，與預(yù)估值接近。圖2沉降觀測點(diǎn)布置及竣工時各測點(diǎn)的實(shí)測沉降值 根據(jù)上海以往的樁基沉降特性來推算，本建筑物的最終沉降不會超過120 MM。由此可見，本工程的基礎(chǔ)是絕對安全的。四、 結(jié)束語本廠房工程應(yīng)用減少沉降樁理論對樁基礎(chǔ)重新進(jìn)行設(shè)計，