混凝土管樁在湖南地區(qū)的工程應(yīng)用-共48頁PPT課件

1、混凝土管樁在湖南地區(qū)的工程應(yīng)用湖南省建筑設(shè)計院 劉冬柏目 錄一、概述二、湖南地區(qū)土層及特點三、預(yù)應(yīng)力砼管樁設(shè)計的幾個問題2 一.概述 1、預(yù)應(yīng)力砼管樁特點： 適應(yīng)面廣、且數(shù)量巨大 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、品種齊全 樁身強(qiáng)度高、成樁質(zhì)量可靠 對土層適應(yīng)性較強(qiáng)、工效高 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好 2、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的發(fā)展 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以其樁身質(zhì)量可靠、施工快捷、技術(shù)經(jīng)驗指標(biāo)較好等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。 5080年代，我國鋼筋混凝土預(yù)制方樁成為樁基的一種主要形式。80年代起，隨著預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑，并推廣到了交通、鐵路、港口、水運等領(lǐng)域的建設(shè)工程的地基基礎(chǔ)的處理。 80年代開始，在

2、沿海地區(qū)如廣東、上海等地應(yīng)用，樁長多數(shù)在30m以內(nèi)，目前，樁長達(dá)45米以上甚至高達(dá)60米，并用于高層建筑，如虹橋賓館和陸家嘴滬辦大樓（聯(lián)合大廈）。 近幾年來，中部地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁已得到廣泛應(yīng)用。 2019年預(yù)應(yīng)力砼管樁進(jìn)入湖南地區(qū)管樁用量在迅速增加 2019年 27萬米 2019年 85萬米 2019年 218萬米 2019年 215萬米 2009年 420萬米 2019年 700萬米 2019年9月底 700萬米3、預(yù)應(yīng)力砼管樁分類 管樁分為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC樁)及預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC)等三種類型。 PHC樁、PC樁按樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值

3、或其抗彎性能分為A型、AB型、B型和C型四種。 管樁按外徑劃分有以下規(guī)格： PHC樁：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm。 PC樁：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm。 PTC樁：300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm。4、預(yù)應(yīng)力砼管樁技術(shù)支撐逐步完善 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 GB134762009 建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2019 以廣東、上海、福建、湖北等省針對本地區(qū)實際情況編制了預(yù)應(yīng)力砼管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程作為地方標(biāo)準(zhǔn) 港口工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁設(shè)計與施工規(guī)程 水運

4、工程先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁設(shè)計與施工規(guī)程 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集中南標(biāo)準(zhǔn)圖04ZG207 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁國家標(biāo)準(zhǔn)圖集10G409（03SG409）5、施工機(jī)具不斷的完善和創(chuàng)新 錘擊法：柴油打樁機(jī)的柴油錘有導(dǎo)桿式和筒式，錘重從2.5T到8.0T，沖程從1.5M到3.4M，行走機(jī)構(gòu)有走管式、軌道式、壓步履式及履帶式 靜壓法：壓力由300T達(dá)到了800T。壓樁方式有頂壓式和抱壓式，9液壓錘柴油錘預(yù)制樁錘擊施工預(yù)制樁靜壓施工10抱壓頂壓11JNB 260型JNB 400型JNB 500型JNB 900型二、湖南地區(qū)土層及特點 湖南地跨揚子和華夏兩個海域的交界區(qū)，地層發(fā)育較全、沉積類型多樣，分

5、布廣泛，約占全省面積的91.7%。構(gòu)成湖南建筑場地土層大多為第四系地層，第四系地層主要為基巖的風(fēng)化殘積土層、河流沖洪積土層及湖相沖淤積土層。作為建筑物地基的巖土主要類型可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、淤泥質(zhì)土和人工填土等，下面是湖南幾個地區(qū)土層的典型分布柱狀圖供大家參考。12湘西、湘中地區(qū)典型土層柱狀圖長株潭地區(qū)典型土層柱狀圖洞庭湖區(qū)第四系綜柱狀圖洞庭湖區(qū)第四系沉積厚度等值線圖洞庭湖區(qū)沅江市第四系地層接觸關(guān)系地質(zhì)剖面圖管樁的側(cè)阻力特征值（KPa）管樁的側(cè)阻力特征值（Kpa)樁的端阻力特征值（KPa）巖石的樁的端阻力特征值： 軟質(zhì)巖強(qiáng)風(fēng)化為 20004000 （KPa） 硬質(zhì)巖強(qiáng)風(fēng)化為

6、25004500 （KPa）注：1、本表適用于樁端進(jìn)入持力層3d左右的端阻力； 2、以壓樁力或貫入度控制樁長，且以樁身強(qiáng)度控制設(shè)計時，當(dāng)樁端進(jìn)入低壓縮性土層較深時，表內(nèi)數(shù)據(jù)可提高30%90%，樁端進(jìn)入持力層深度大時取大值，并通過靜載試驗驗證。根據(jù)我院勘察試樁的值樁的端阻力經(jīng)驗特征值： 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 4000 （KPa） 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 8000 （KPa） 強(qiáng)風(fēng)化板巖 4500 （KPa） 中風(fēng)化板巖 9000 （KPa） 灰?guī)r 15000 （KPa）三、預(yù)應(yīng)力砼管樁設(shè)計的幾個問題1、建筑工程中預(yù)應(yīng)力砼管樁的適用范圍土層的適用范圍按照湖南地區(qū)施工可行性的經(jīng)驗表明 a、 管樁可順利穿越各類

7、軟土、一般粘性土、粉土、松散及稍密的砂類土。對層厚5M到8M的中密砂層、老粘性土層也有穿透的工程實例，鄰近我省的湖北對層厚15m以上的中密砂層及層厚10m左右的老粘性土層也有穿透的工程實例。由于強(qiáng)度較高的老粘性土、中密以上砂類土、碎石土及強(qiáng)風(fēng)化巖各自的性質(zhì)也有差異，層位有變化，管樁是否能穿越上述土層，尚需通過試驗確定。 b、石灰?guī)r地區(qū)，存在巖筍、孤石、溶槽、溶洞，沉樁時可能出現(xiàn)下列情況遇到非持力層時的孤石樁身容易破損，遇到巖筍、溶槽樁身偏斜，樁長差異高達(dá)幾米甚至幾十米持力層下的溶洞無法預(yù)估其巖層厚度管樁不能入巖，表面往往凹凸不平, 也不能置于不平的巖石表面，因此在石灰?guī)r地區(qū)采用管樁應(yīng)特別慎重

8、c、當(dāng)硬質(zhì)巖石上的殘積土及強(qiáng)風(fēng)化層較薄，且其上又為深厚軟土?xí)r，沉樁施工不易掌握，要求長徑比不宜大于60,當(dāng)樁端接近硬質(zhì)巖石時，此類端承樁的穩(wěn)定性不好，應(yīng)予慎重應(yīng)用。 d、根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范第4.1.13條，樁端嵌入遇水易軟化的強(qiáng)風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖和非飽和土的預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁，沉樁后，應(yīng)對樁端以上2m范圍內(nèi)采取有效防滲措施?？刹捎梦⑴蛎浕炷撂钚净蛟趦?nèi)壁預(yù)涂柔性防水材料。 樁基功能的適用范圍 a、預(yù)應(yīng)力砼管樁豎向承載力較高，適用于低承臺樁，為確保安全建議用于30層以下或高度100m以下的建筑物的基礎(chǔ)工程，對30層以上或高度100m以上的建筑物，當(dāng)采用管樁時，應(yīng)通過專門的技術(shù)論證。 b、管樁因抗

9、剪性能較差必須對下列幾種情況進(jìn)行驗算和構(gòu)造 根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范第3.3.2條 中3小條，抗震設(shè)防烈度為8度及以上地區(qū)，不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC)和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁(PS)。從規(guī)范條文可以理解應(yīng)充分考慮在水平荷載作用下樁的抗剪能力因此，高層建筑也應(yīng)考慮水平作用對樁的不利影響。 對坡地、岸邊及傾斜土層應(yīng)考慮土體可能對樁的水平作用穩(wěn)定有不利影響，不宜作為抗側(cè)壓力的支擋樁，當(dāng)必須利用時應(yīng)采取措施并進(jìn)行抗剪驗算。c、管樁作為抗拔樁有樁身強(qiáng)度、抗裂等方面的要求，由于構(gòu)造措施比較復(fù)雜，有條件時盡量不利用管樁作抗拔樁。當(dāng)必須利用時應(yīng)專門對抗拔樁的設(shè)計、構(gòu)造進(jìn)行了分析研究，采取措施并進(jìn)行抗拉驗算。樁

10、基環(huán)境的適用范圍 a、 PC：PTC薄壁管樁，管壁較薄且縱向主筋直徑較小（7.112.6mm），抗腐蝕性能不好，對承受拉力、水平力的樁，一旦鋼筋失效，后果嚴(yán)重。因此不宜用于永久性建筑。對于設(shè)計使用年限為100年的重要建筑，GB50010對其耐久性作了嚴(yán)格的規(guī)定。如在一類環(huán)境中混凝土保護(hù)層增加40%，最大氯離子含量不超0.06%等。管樁大多處于二類環(huán)境中，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。因此，本規(guī)程規(guī)定設(shè)計使用年限為100年的建筑，管樁壁厚不應(yīng)小于95mm.。 b、 在侵蝕性環(huán)境中除管樁壁厚不應(yīng)少于95mm外，尚應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采取保護(hù)措施，同時可考慮根據(jù)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，要求廠家生產(chǎn)特種抗腐蝕混凝土的管樁。 c、當(dāng)

11、場地存在深厚淤泥、淤泥質(zhì)土；在基礎(chǔ)開挖、樁基施工機(jī)具的壓力下經(jīng)常發(fā)生損壞管樁的事故，應(yīng)引起高度重視，并考慮改變樁型或?qū)浲吝M(jìn)行處理的可行性。 應(yīng)對現(xiàn)行預(yù)應(yīng)力管樁不足的處理思路 預(yù)應(yīng)力管樁具有抗壓性能好，但抗剪、抗彎和抗拉性能相對較差。而有些工程建設(shè)項目要求它具有較好的抗剪、抗彎和抗拉性能。預(yù)應(yīng)力管樁公司在工藝上做了一些修改。例如，河南省頒布了一個地方標(biāo)準(zhǔn)圖09YG101混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，他的主要措施是在樁中增加一定量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，提高了預(yù)應(yīng)力管樁抗彎、抗剪、抗拉的承載力。例如，直徑500壁厚100的AB樁，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)極限彎矩檢驗值為210KN.m，河南的PRC-500AB100樁，極

12、限彎矩檢驗值為323KN.m，彎矩設(shè)計值達(dá)263KN.m，抗剪承載力設(shè)計值過237KN。大大提高了它的抗彎和抗剪能力。 我省是否也可以制定省級標(biāo)準(zhǔn)圖，以更好的擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用范圍。 2、預(yù)應(yīng)力砼管樁新老標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用問題 在2019年頒布了先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 GB134762019，在2009年在總結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用過程中存在的缺陷，以及我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的要求進(jìn)行了修訂，并頒布了2009版先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 GB134762009，相繼國家建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集在2019年7月10日頒布了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁10G409代替了原國標(biāo)03SG409。但在很長一段時間建筑工地均沿用了廢止的標(biāo)準(zhǔn)圖

13、。 中南地區(qū)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集中南標(biāo)準(zhǔn)圖04ZG207到目前為止仍然未進(jìn)行改版，主要原因等待我國砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范頒布，估計年底前頒布。 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修改帶來的問題： 斷樁現(xiàn)象加重。 主要原因：鋼筋保護(hù)層加大后，核心砼區(qū)有所減少，在反復(fù)動力荷載作用下，核心砼容易震斷。因此，重錘輕擊顯得尤為重要。3 、單樁豎向抗壓承載力及影響因素根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定：單樁豎向抗壓極限承載力應(yīng)通過單樁豎向抗壓靜載試驗確定，在初步設(shè)計或根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向抗壓承載力特征值時，宜按下列公式估算： 式中： 第 層土的側(cè)阻力特征值，可按地區(qū)經(jīng)驗取值；當(dāng)樁周存在液化土層時，應(yīng)按JGJ94的有關(guān)

14、規(guī)定進(jìn)行折減； 端阻力特征值，按地區(qū)經(jīng)驗取值； 樁端橫截面面積（含土塞面積）； 樁身截面周長； 樁側(cè)第 層土中的樁長。 一般情況上述規(guī)范的經(jīng)驗計算值與試樁結(jié)果出現(xiàn)較大差異 樁端位于較軟弱的層土，樁身大部分位于淤泥質(zhì)土層的樁，承載力往往往小于計算值， 樁端位于密實的砂卵石、砂礫石、基巖，承載力往往大于預(yù)估值，往往由樁身強(qiáng)度控制。 因此當(dāng)樁端持力層為中密及中密以上砂類土、碎石土、硬塑和堅硬的老粘性土、風(fēng)化巖，且持力層以下的土層承載力不低于持力層承載力時，宜以樁身強(qiáng)度控制設(shè)計，可采用壓樁力或貫入度控制樁長。 為了較好的把握壓樁力或貫入度我們通常采用樁基規(guī)范JGJ94-2019管樁計算公式，并根據(jù)土層

15、情況在預(yù)估值上乘以0.91.2的系數(shù)。 根據(jù)樁基規(guī)范JGJ94-2019，預(yù)應(yīng)力砼管樁單樁豎向極限承載力的計算公式 樁端阻力由于樁端敞口，類似于鋼管樁也存在樁端的土塞效應(yīng)； 混凝土管樁壁厚度較鋼管樁大的多，不能忽略管壁端部提供的端阻力，樁端阻力分為兩部分：一部分為管壁端部的端阻力，另一部分為敞口部分端阻力。對于后者考慮樁端土塞效應(yīng)系數(shù)p， p隨樁端進(jìn)入持力層的相對深度而變化 。影響豎向承載力的幾種情況 樁身質(zhì)量對承載力的影響材料、養(yǎng)護(hù)、運輸對樁身質(zhì)量的影響，導(dǎo)致樁身缺陷載荷試驗中，樁身缺陷面呈現(xiàn)脆性或脆塑性破壞打樁應(yīng)力引起樁身缺陷載荷試驗中，試樁呈現(xiàn)塑性破壞擠土效應(yīng)引起樁身隆起當(dāng)樁身完整時，變

16、形較大，承載力略小當(dāng)發(fā)生接頭脫節(jié)時，承載力明顯偏低當(dāng)樁身質(zhì)量缺陷發(fā)生在淺部時，僅為極限荷載的2040%，較容易判斷。在實際過程中，可通過QS曲線特征點比值、樁頂柔度和破壞后穩(wěn)定荷載區(qū)分試樁的破壞類型必要時結(jié)合鉆探、高應(yīng)變進(jìn)行驗證和針對處理承載力與施工工藝及對地基土的擾動程度密切相關(guān)施工方式：靜壓、錘擊施工速率 對于粘土地層，施工速率越快，土體擾動越明顯，承載力往往偏低樁靴型式設(shè)置樁靴可減少對土體的擾動，承載力更有保證 樁間距 相關(guān)規(guī)范要求管樁的中心距應(yīng)符合摩擦樁4.5D，排數(shù)不少于3排且樁數(shù)不少于9根的端承摩擦樁4.0D，其他情況 3.5D，但對于密實土層容易引起地面隆起，造成試樁結(jié)果遠(yuǎn)低于經(jīng)

17、驗公式，有時必須采用復(fù)打。4、抗拔樁問題 單樁豎向抗拔承載力特征值應(yīng)通過單樁豎向抗拔靜載荷試驗確定。試驗數(shù)量不少于3根。工程樁不得用作抗拔靜載荷試驗的試樁。初步設(shè)計時可按下式估算單樁豎向抗拔承載力特征值： 式中： 抗拔系數(shù)，一般取值為0.50.8； 樁側(cè)表面第層土抗壓側(cè)阻力特征值，按本規(guī)程7.4.2-1取值； 樁橫截面周長； 第層土厚度； 基樁自重，地下水位以下扣除水的浮力。 預(yù)應(yīng)力管樁用做抗拔樁時需慎重作為抗拔樁時樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度如何控制尚沒有一致認(rèn)識 國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土管樁03SG409中采用預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度來確定樁身抗拔承載力 上海市標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁DBJT08-92

18、-2000中規(guī)定“預(yù)應(yīng)力管樁用于抗拔樁時應(yīng)另行設(shè)計” 廣東省、湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程、福建省地方標(biāo)準(zhǔn)建筑預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程等地方標(biāo)準(zhǔn)中對于樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制又有不同的規(guī)定 用做抗拔樁時應(yīng)對其接頭部位的端頭板厚度、焊縫長度、錨固筋數(shù)量等進(jìn)行專門驗算，樁頂與承臺的連接（包括填芯高度、插筋的設(shè)置等）也應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計 一般采用有效預(yù)壓應(yīng)力較大的B型樁，管樁管節(jié)拼接一般采用端板焊接的連接方式，通?？刂瓶拱喂こ虡兜慕宇^數(shù)量為一個。 圖1 焊縫節(jié)點大樣圖3 PHCB500管樁作抗拔樁樁頭連接詳圖圖2 端板與預(yù)應(yīng)力棒連接詳圖5、抗水平力作用的問題 在上述適用范圍中提到了8度和8度以上地震

19、區(qū)不宜采用薄壁管樁，高度大于100米30層以上建筑以及不穩(wěn)定的邊坡地段應(yīng)進(jìn)行專門論證，其目的是防止水平剪力造成樁基破壞 承受較大水平力的樁，應(yīng)在單樁水平承載力靜載試驗中檢驗樁身受彎、受剪承載力。 對于受特殊水平荷載作用的帶地下室的高大建筑物樁基，可考慮地下室側(cè)墻、承臺、樁群、土共同作用，按的有關(guān)規(guī)定計算基樁內(nèi)力和變位。 同時對邊坡地段應(yīng)該進(jìn)行穩(wěn)定性分析。單樁水平承載力特征值的確定 1 單樁水平承載力特征值應(yīng)通過單樁水平靜載試驗確定，試驗數(shù)量不應(yīng)少于3根，試驗不應(yīng)在工程樁上進(jìn)行，試驗方法應(yīng)符合的有關(guān)規(guī)定。 2 根據(jù)單樁水平靜載試驗結(jié)果，可取地面處水平位移為(對于水平位移敏感的建筑物取)所對應(yīng)的荷

20、載的75%為單樁的水平承載力特征值。 3 當(dāng)樁的水平承載力由水平位移控制，初步設(shè)計時可按樁基規(guī)范的有關(guān)規(guī)定估算單樁承載力特征值，估算單樁水平承載力時，應(yīng)取樁頂鉸接的數(shù)據(jù)。 4 確定永久荷載控制的樁基水平承載力時，應(yīng)將上述方法確定的單樁水平承載力特征值乘以調(diào)整系數(shù)0.8，驗算地震作用樁基的水平承載力時，應(yīng)將上述方法確定的單樁水平承載力特征值乘以1.25的調(diào)整系數(shù)。 施工荷載對樁基的水平力作用 目前，在樁基施工中經(jīng)常出現(xiàn)上部斷樁現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因有： 1、回填土層上施工機(jī)具對樁產(chǎn)生偏壓，將樁頂部分?jǐn)D斷。 2、基坑開挖時，采用單邊掏土，側(cè)向土壓力對樁產(chǎn)生彎矩和剪力，造成樁頂部分?jǐn)嗔选?、樁

21、基持力層問題湖南地區(qū)有不少厚實圓礫層的場地，是否可以作為預(yù)應(yīng)砼管樁的持力層？第一種情況：下臥層為基巖或堅硬土層，應(yīng)可以作為持力層。第二種情況：下臥層為軟弱土層，應(yīng)驗算下臥層的沉降能否滿足建筑的允許沉降差異，又滿足應(yīng)可以作為持力層。但應(yīng)注意下列幾點：a 、圓礫層的厚度的較大，保持樁尖以下在5米以上厚度，同時保證樁長8米以上。b、圓礫層密實度高防止地下水的運動造成樁基的不均勻沉降7、砼管樁的負(fù)摩擦問題 樁基規(guī)范強(qiáng)條第5.4.2條：符合下列條件之一的樁基，當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過樁基的沉降時，在計算基樁承載力時應(yīng)計入樁側(cè)負(fù)摩阻力。1 樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土層、液化土層進(jìn)入相對較硬土層時；2 樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）時；由于降低地下水位，使樁周土產(chǎn)生有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降時。 樁周土沉降可能引起樁側(cè)負(fù)摩阻力時，應(yīng)按JGJ94的有關(guān)規(guī)定考慮負(fù)摩阻力對樁基承載力和沉降的影響。8、樁長問題 關(guān)于樁長問