如何安全合理的進行樁基設計

王 賓

隨著經(jīng)濟的發(fā)展,城市中各類高層建筑拔地而起,作為高層的基礎部分往往在整個建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。而高層基礎往往采用樁基礎,因此,如何選擇合理的樁基礎形式,對于保證安全、節(jié)約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。筆者就以下幾方面對樁基礎設計中值得注意的問題進行了探討。

1 樁基設計中靜載荷試驗的重要性

目前的樁基礎設計過程往往受到時間的約束,首先根據(jù)地質報告提供的參數(shù)確定單樁承載力設計值,根據(jù)估算的單樁承載力直接進行樁基礎設計并施工,等工程樁施工結束后再挑選試樁進行靜載荷試驗。這個過程具有相當?shù)牟豢茖W性,結果符合估算要求則皆大歡喜,否則因工程已施工完畢補樁也會很困難,且有時因地質報告有出入會給施工帶來相當?shù)牟槐?。這里主要有兩個問題,下面舉例來說明:1)根據(jù)地質報告提供的樁周土摩擦力標準值及樁端土承載力標準值,由規(guī)范JGJ 94-94計算的場區(qū)單樁承載力標準值是一個經(jīng)驗數(shù)值,不宜直接采用。近幾年來筆者通過各類樁基礎中試樁及工程樁的檢測,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實際承載力均大于計算值,有些相差幅度較大,因此按試樁獲得的實際承載力來布置基礎將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。2)在場地不均勻或地質報告數(shù)值有偏差的情況下,不進行試樁而直接按地質報告進行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費。樁基礎設計過程中靜載荷試驗是一個十分重要的環(huán)節(jié)。因為此項工作的質量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定,同時也對施工難易有密切影響。通過科學試驗,取得準確數(shù)據(jù),能使設計方案更加合理、可行和經(jīng)濟,遠遠超過縮短工期所獲得的效益。

2 樁基設計中樁型、樁長設計的重要性

樁基礎設計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎設計產(chǎn)生重大的影響,合理的樁型、樁長選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。筆者在“幸福家園”住宅設計中,開始由于考慮時間原因,甲方要求采用 D400的預應力管樁,根據(jù)地質報告采用樁長L=16 m,單樁承載力極限標準值為850 kN,預算基礎部分造價約為160元/m2,在整個住宅造價中占了相當大的比例。在其后的設計中,樁長不變,筆者結合當?shù)氐脑O計經(jīng)驗,將樁型改為D400的CFG樁,單樁承載力極限標準值約為600 kN。CFG樁在當?shù)氐氖┕r約50元/m,而預應力管樁的單價約為100元/m。采用CFG樁后預算造價約為90元/m2,綜合經(jīng)濟價值明顯?？梢娺x擇合理的樁型,將對工程的造價產(chǎn)生巨大影響。同樣樁基設計中對樁長的選擇也至關重要,在某一高層住宅樁筏基礎設計中,根據(jù)勘察報告采用D500預應力管樁,可選樁長有:樁長25 m,單樁承載力特征值 Ra=900 kN;樁長34 m,單樁承載力特征值 Ra=1300 kN。采用25 m樁,約需要樁數(shù)290根;而采用34 m樁,則需要工程樁 200根。從樁本身而言,兩種方案總的工程樁延米數(shù)量相當,但我們分析一下由此而相對應的筏板設計,采用25 m樁為滿堂布樁,所需筏板厚約為1200 mm;而采用34 m樁為墻下布樁,筏板厚可減至900 mm,經(jīng)濟效益明顯。因此,我們設計人員在樁基礎設計中一定要采用多方案比較,選擇合理的樁型與樁長,這都將對整個基礎設計的合理性與經(jīng)濟性產(chǎn)生巨大的影響,當然我們也應考慮施工可行性等多方面因素。

3 關于樁偏差的控制和處理

樁基施工中對樁的偏差必須嚴格控制,特別是對于承臺樁及條形樁,樁位的偏差都將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力而使基礎設計處于不安全狀態(tài)。對于樁位偏差我們主要控制兩個方面:1)豎向偏差。根據(jù)JGJ 94-94第7.4.12條我們控制樁頂標高的允許偏差為-50 mm～+100 mm,但實際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務及損失。當樁頂標高高于設計標高,則需要劈樁,特別對于預應力管樁等空心樁來說,樁頂有樁帽,劈樁既困難又不經(jīng)濟;而當樁頂標高低于設計標高時,又需要補樁頭,這既影響工期又浪費金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴格控制樁頂標高,盡可能地使工程樁標高同設計一致,特別是施工過程中必須考慮到樁在卸載后的回降量,若不加考慮則每根樁都將高于設計標高。而我們設計人員在設計過程中對施工誤差亦應有所考慮,筆者建議針對目前的施工質量,設計中可以考慮2 mm左右的容許偏差,這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁,這在實踐工程中具有相當?shù)目刹僮餍?避免了大量不必要的工作。2)樁位的水平偏差。根據(jù)JGJ 94-94第7.4.11條控制各樁位偏差,施工過程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應及時進行補樁處理。這里針對4根～16根承臺的樁基,JGJ 94-94規(guī)范第7.4.11條中規(guī)定允許偏差為1/3樁徑或 1/3邊長,而根據(jù)GB 50202-2002第 5.1.3條則規(guī)定允許偏差為1/2樁徑或邊長。這顯然是矛盾的,在實際過程中很容易與施工驗收方產(chǎn)生不同的理解,因此筆者強調(diào)在設計過程中可以明確樁位偏差允許值所執(zhí)行的標準。當然樁位偏差滿足規(guī)范或設計要求僅僅代表樁基本身驗收合格,而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎高度損失,我們必須另行處理。對于樁偏心我們可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決,這在實際工程中需針對具體情況相應處理。

4 施工中特殊情況處理

1)樁基達到其極限承載力而無法壓至設計標高。這里可能存在兩種情況:a.地質報告有誤,樁實際承載力大于計算值,必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力。b.可能由于土層本身原因,譬如飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入,這就需要我們從施工措施上去解決。首先必須制定合理的施工順序,如跳打,使先期施工的樁產(chǎn)生的水壓力消散后再施工下一根樁;其次對靜力壓樁必須選擇有足夠壓樁力的施工機械,要避免抬機等現(xiàn)象出現(xiàn);另外可以采取引孔,設置排水孔等措施盡量減小空隙水壓力。當然壓樁時必須注意壓樁力應控制在樁身極限強度范圍以內(nèi),且應注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。2)樁基靜載荷試驗不合格。某工程由于時間限制,甲方要求試樁與工程樁同時進行,待試樁滿足JGJ 94-94附錄C.0.6條時進行靜載荷試驗,結果三組試樁有一組滿足設計要求,而另外兩組試樁均在小于設計承載力時產(chǎn)生破壞。這就要求我們從設計、施工和試驗等各方面去分析這兩組試樁,但經(jīng)過與周邊工程比較及現(xiàn)場施工試驗記錄分析,均未發(fā)現(xiàn)特殊情況,即不存在施工,試驗中的失誤。筆者對第一組合格試樁的情況進行了比較,終于發(fā)現(xiàn)后兩組試樁本身的停歇時間已夠,但周邊的其余工程樁施工在試驗前兩天才完成,完全有理由認為是因為工程樁施工時將試樁周邊的土破壞而沒有固結,影響了試樁的承載力。因此等工程樁停歇時間也滿足JGJ 94-94附錄C.0.6條時再次對兩根試樁進行了靜載荷試驗,結果與我們判斷完全一致,試樁均滿足設計要求。3)管樁裂縫處理。預應力管樁以其強度高,制作周期短,比預制樁節(jié)省材料等優(yōu)點在工程設計中受到普遍應用,但也存在受剪能力差的不足之處。在工程實踐中,由于垂直度偏差或擠土等原因經(jīng)常會使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質量。在太原某一工程中由于場地天然地面標高較低,在樁施工前場地回填了約2 m的土,而施工中又未對上述情況采取合適的措施,使壓樁機械在施壓過程中對樁產(chǎn)生了不均勻的側壓,施工結束后發(fā)現(xiàn)局部樁位產(chǎn)生了側偏,經(jīng)小應變檢測發(fā)現(xiàn)這些管樁都不同程度地產(chǎn)生了裂縫,如何處理顯得相當關鍵。我們對偏差資料經(jīng)過分析歸類后,對于垂直度偏差小于0.5%的管樁,管壁基本無裂縫,我們認為承載力應不受損失,故在增加了一組試樁證明承載力滿足設計條件后不再進行處理。而對垂直度偏差大于0.5%的管樁,可以認為管壁均已產(chǎn)生裂縫,承載力已受影響,我們對此類樁采用了先糾偏再進行灌芯處理,使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞,經(jīng)最終靜載荷試驗證明是切實可行的。因此我們在管樁的實際施工中一定要注意垂直度的控制,因為管樁的抗剪能力較差,很容易因破壞而引起不必要的經(jīng)濟損失。

樁基工程是一繁重而復雜的過程,我們設計人員一定要考慮到每一個環(huán)節(jié),統(tǒng)籌兼顧,從各方面使之合理化。好的設計不僅僅是要保證建筑物安全,更要使設計經(jīng)濟合理。

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