摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,樁基工程在工程上的應(yīng)用也得到了迅猛發(fā)展,本文首先闡述了樁基工程的發(fā)展,其次,介紹了樁基的特性、適用條件和樁基適用的情況,同時(shí)分析樁型和成樁方式的選擇和樁的破壞模式;最后,還以一個(gè)公路施工的實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析說(shuō)明;具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:樁基工程;工程;應(yīng)用
中圖分類號(hào):TU753.3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1008-0422(2009)11-0101-02
1樁型和成樁方式的選擇
1.1灌注樁
灌注樁的優(yōu)點(diǎn):
(1)可適用于各種地層。
(2)樁長(zhǎng)可隨持力層起伏而改變,不需截樁、沒(méi)有接頭。
(3)僅承受軸向壓力時(shí)不用配置鋼筋,節(jié)約鋼材。
(4)采用大直徑鉆孔或挖孔灌注樁時(shí)單樁的總承載力大。
(5)一般情況下比預(yù)制樁經(jīng)濟(jì)。
1.2預(yù)制樁
預(yù)制樁的優(yōu)點(diǎn):
(1)樁的單位面積承載力高,打入土層時(shí)使松軟土層擠密,從而使承載力提高。
(2)樁身質(zhì)量較易保證和檢查。
(3)易于在水上施工。
(4)樁身砼的密度大,抗腐蝕性強(qiáng)。
(5)施工工效高,施工工序簡(jiǎn)單。
適用條件:
(1)不需考慮噪音污染和振動(dòng)影響的環(huán)境。
(2)持力層上覆蓋的為松軟土層,沒(méi)有堅(jiān)硬的夾層。
(3)持力層頂面起伏變化不大,樁長(zhǎng)易于控制,減少截樁。
(4)水下樁基工程。
(5)大面積打樁工程,打入樁的工序和設(shè)備簡(jiǎn)單,工效高。在樁數(shù)量多的情況下可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3鋼樁
(1)鋼板樁:板樁有接口槽,已接板樁可沿河岸或海岸組成一個(gè)整體的板樁墻,也可將一組鋼板樁形成圍堰,或作為基坑開(kāi)挖的臨時(shí)支擋措施。鋼板樁成本較高,但可多次使用,僅用于水平荷載樁。
(2)型鋼樁:可用于承受垂直荷載或水平荷載,貫入各類地層的能力強(qiáng)且對(duì)地層的擾動(dòng)較少。H型和I型鋼樁的截面積較小,不能提供較高的端部承載力。在細(xì)長(zhǎng)比較大時(shí)易于在打入時(shí)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。彎曲超過(guò)一定限度時(shí)就不能做為基礎(chǔ)樁使用。
(3)鋼管樁:貫入能力、抗彎曲的剛度、單樁承載力和節(jié)長(zhǎng)焊接等方面都有明顯的優(yōu)越性。但鋼管樁造價(jià)較高。日本生產(chǎn)的鋼管樁的外經(jīng)從500mm到1016mm,壁厚9~19mm。
鋼管樁打入土層時(shí),其端部可敞開(kāi)或封閉,端部開(kāi)口時(shí)易于打入,但端部承載力較封閉式為小,必要時(shí)鋼管樁內(nèi)可充填砼。
鋼樁與砼樁比較,價(jià)格較高、抗腐蝕性能力差,需做表面防腐處理。
樁型和成樁方式的選擇:樁的類型和施工方法的選擇應(yīng)考慮多方面的因素,主要有:
(1)建筑物本身的要求。如:荷載的形式和量級(jí)、工期的要求等。
(2)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。
(3)場(chǎng)地的環(huán)境。對(duì)環(huán)境的保護(hù)要求等。
(4)設(shè)備材料和運(yùn)輸條件,施工技術(shù)力量,施工設(shè)備和材料的供應(yīng)可能性等、
(5)經(jīng)濟(jì)分析。
通過(guò)室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)可知:樁側(cè)阻力和樁端阻力并不隨樁的入土深度增加而呈直線性增大;當(dāng)樁的入土深度超過(guò)一定值后,阻力并不隨深度增加而增大,這就是樁側(cè)阻力或樁端阻力的深度效應(yīng)。
2樁的破壞模式
在軸向受壓荷載作用下,單樁有下述幾種典型破壞模式:
第一種情況,當(dāng)樁底支承在很堅(jiān)硬的地層上,樁側(cè)為軟土層,且其抗剪強(qiáng)度很低時(shí),樁在軸向受壓荷載作用下,如同一根壓桿似地出現(xiàn)縱向撓曲破壞;其荷載一沉降曲線呈現(xiàn)明確的破壞荷載,這時(shí)樁的承載力取決于樁身的材料強(qiáng)度。
第二種情況,當(dāng)樁材具有足夠強(qiáng)度的樁穿過(guò)抗剪強(qiáng)度較低的土層,達(dá)到或沉入強(qiáng)度較高的土層時(shí),樁在軸向受壓荷載作用下,樁底土體能形成滑動(dòng)面,出現(xiàn)整體剪切破壞,因?yàn)槌至右陨系能浲翆硬荒茏柚够瑒?dòng)土楔的形成;在Q—s曲線上可找出明確的破壞荷載。此時(shí)樁的承載力主要取決于樁底土層的支承力,樁側(cè)摩阻力起的作用很小。
第三種情況,當(dāng)樁材具有足夠強(qiáng)度,樁入土深度較大,樁周土層抗剪強(qiáng)度較均勻時(shí),樁在軸向受壓荷載作用下,將會(huì)出現(xiàn)刺入式破壞。根據(jù)荷載大小和土質(zhì)的不同,在Q-S曲線上沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。此時(shí)樁所受的荷載由樁側(cè)摩阻力和樁底阻力共同承擔(dān)。
第四種情況,當(dāng)樁底端處的土層比較軟弱,樁上的荷載主要由摩擦力承擔(dān),端阻力不起作用;在Q-S曲線上,有豎直向的切線,表明摩擦力已充分發(fā)揮。
3樁基工程在工程中的實(shí)例應(yīng)用
3.1工程概況
某高速公路是GZ35工程中工程技術(shù)含量最高、工程最為艱巨、有效工期最短(僅18個(gè)月)的一段。2007年計(jì)劃完成13.245億元人民幣的投資工作量,占建安投資總量336374萬(wàn)元的33%。計(jì)劃完成路基土石方1100萬(wàn)立方,占總量的97%;大中橋橋梁樁基3600根,占總量的94%;橋梁墩柱1351根,占總量的50%;小橋、通道16道,占總量的100%;涵洞100道,占總量的82%;防護(hù)與排水砌體107914m3,占總量的60%;隧道全斷面掘進(jìn)13024m,占總量的70%;隧道全斷面襯護(hù)12000m,占總量的65%。
該高速公路軟基處理采用管樁累積約25萬(wàn)延米。管樁復(fù)合地基應(yīng)用于處理路堤地基的設(shè)計(jì)理論,尤其是復(fù)合地基沉降計(jì)算方法尚有待探討。
3.2 地質(zhì)條件
工程所在地區(qū)地形復(fù)雜,溝、梁、峁縱橫交錯(cuò)。 黃土高原是在第三紀(jì)末起伏和緩的準(zhǔn)平原基礎(chǔ)上,歷經(jīng)第四紀(jì)以來(lái)多次黃土堆積和侵蝕作用,使得地形破碎、溝壑發(fā)育。以北為黃土梁峁區(qū),溝壑縱橫,地面非常破碎,水土流失極為嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境相當(dāng)脆弱;以南的西、南緣分布有島狀基巖低中山。南部為中低山夾黃土塬,山區(qū)植被覆蓋率高,局部地方病流行,塬面平坦適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)。根據(jù)形態(tài)特征可分為七種地貌類型。
(1)沙蓋黃土梁
(2)黃土梁峁
(3)黃土殘塬
(4)黃土梁塬墹地
(5)黃土塬
(6)河谷階地
(7)基巖低中山
第四系主要為沖積黃土。三疊系長(zhǎng)1為淺灰色、灰色層狀長(zhǎng)石砂巖與深灰色、黑色粉狀砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖互層,夾多條煤線或煤層。長(zhǎng)2+3主要以灰、淺灰色塊狀中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主,夾藍(lán)色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,砂巖局部含油,極易縮徑。長(zhǎng)4+5為灰、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖,泥巖與灰色細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖不等厚互層,砂巖局部含油。長(zhǎng)6為灰、淺灰色細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖,與深灰色砂質(zhì)泥巖不等厚互層,是主要采油層。
3.3 設(shè)計(jì)情況
管樁地基設(shè)計(jì)剖面如圖1。管樁型號(hào)PHC-414A,樁徑d=300mm,樁a=3.5m,長(zhǎng)度L=11.2m,正方形布置,監(jiān)測(cè)歷時(shí)221d。
3.4 管樁復(fù)合地基沉降量計(jì)算
(1)單樁承載力計(jì)算
本次計(jì)算依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范,根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk,按下式計(jì)算:
Quk = u∑qsikli+qpkAp
公式中qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值
qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。
qsik和qpk分別由表查得,得到
Quk = 996.00kN
(2)沉降計(jì)算
某處斷面加載高度H=5m,填土容重平均為20kN/m3,因此
N=AHr=6.25×5×20=625kN
因?yàn)镹≦Quk,所以Pp=N=625KN,Ps=0,Ss=0
Sp采用分層總和法,設(shè)單樁的沉降主要由樁端以下土層的壓縮組成,
L0=1.5m,ф=28o
Ae=3.14/4[d+2(L-LO)tanф/4]2=6.37m2
A= a2=6.25 m2
根據(jù)《土體原位測(cè)試機(jī)理方法與其工程應(yīng)用》,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探資料,樁端底部為粗砂層,按Es=2-3qc確定Es
Es=2×3000=6000kPa
取m=1.5,得Sp = m ∑ ———△Zi =76.7mm
(3)與實(shí)測(cè)沉降量對(duì)比分析
沉降變化曲線如圖3,左、中、右觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量分別41.2mm,75.5mm.90.4mm.由于計(jì)算點(diǎn)與中觀測(cè)點(diǎn)位置相近,計(jì)算結(jié)果與其僅相差3.8mm,另外,由于計(jì)算點(diǎn)與左、右觀測(cè)點(diǎn)位置相差較遠(yuǎn),計(jì)算結(jié)果與其相差較大,但將觀測(cè)3點(diǎn)取平均值68.0mm,則與計(jì)算結(jié)果相差較小,由此可見(jiàn)此計(jì)算方法基本合理可行。
4小結(jié)
樁基工程無(wú)論在橋涵工程還是在路基路面、邊坡防護(hù)等工程中都具有相當(dāng)重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷飛速發(fā)展,樁基工程的作用越來(lái)越明顯,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,因此很有必要對(duì)樁基工程進(jìn)行更深一步的研究與改進(jìn),這是一個(gè)很漫長(zhǎng)而艱巨的任務(wù),同時(shí)也是一個(gè)研究的新趨勢(shì),具有較大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。
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