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1、桩基工程知识讲座桩基工程知识讲座 1 内内 容容 l一些桩基工程事故案例 l若干特殊桩型的承载性状 l桩基设计的一些新进展 l单桩承载力和桩基沉降计算的讨论 2 l桩基础是应用比较广泛的一种基础类型 也是最古老的基础之一 l桩是将建筑物的荷载 竖向的和水平的 全部或部分传递给地基土 或岩层 的具有一定刚度和抗弯能力的传力构件 l桩基础一般由承台将若干根桩的顶部联 结成整体 以共同承受荷载的一种深基 础 3 l今天桩基础已成为高层建筑 大型桥梁 深水码头和海洋石油平台等工程最常 用的基础形式 l在施工技术进步 桩型开发应用和设计 理论研究等各方面至今仍然异常活跃 显示出桩基础具有强大的生命力和非
2、常 广阔的发展前景 4 l桩基础分为高桩承台和低桩承台两大类 5 l在框架结构的柱下 通常在承台下设置若 干根桩 构成独立承台的桩基础或一柱 一桩基础 l当荷载较大时 在框架柱列之间常联以 基础梁 沿梁的轴线方向布置排桩 构 成梁式的承台桩基础 l上部为剪力墙结构 则可在墙下设置排 桩 但因桩径一般大于剪力墙厚度 故 需要设置构造性的过渡梁 6 l若在筏板承台下布桩 如果桩数不多 可按柱网轴线布置 使板不承受桩的冲 剪作用 只承受水的浮力和有限的土反 力 l如荷载比较大需要布桩较多时 沿轴线 布置桩可能有困难 则可以在筏板下满 堂布桩 l采用箱形基础时 可满堂布桩 或按柱 网轴线布桩 7 桩具
3、有多种独特的功能桩具有多种独特的功能 l 通过桩的侧面和土的接触 将荷载 传递给桩周土体 或者将荷载传给深层 的岩层 砂层或坚硬的粘土层 从而获 得很大的承载能力以支承重型建筑物 l 对于液化的地基 为了在地震时仍 保持建筑物的安全 通过桩穿过液化土 层 将荷载传给稳定的不液化土层 8 l 桩基具有很大的竖向刚度 因而采 用桩基础的建筑物 沉降比较小 而且 比较均匀 可以满足对沉降要求特别高 的上部结构的安全需要和使用要求 l 桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力 能抵抗台风和地震引起的巨大水平力 上拔力和倾覆力矩 保持高耸结构物 和高层建筑的安全 l 改变地基基础的动力特性 提高地 基基础的自振频
4、率 减小振幅 保证机 械设备的正常运转 9 l 但桩并不是万能的 各种桩型都有 其适用条件 使用不当 或者没有掌握 桩基设计的关键技术 也会产生工程事 故 l 从下面的一些工程案例中 可以得 到哪些教训呢 10 一些桩基工程事故案例 11 l某18层采用桩基础的住宅楼 因群桩失 稳而爆破拆除的案例 l采用桩基的高层建筑倾斜超标事故案例 l某高层建筑群的预制桩大比例浮桩 断 桩 采取注浆加固的案例 l某综合楼管桩基础 因持力层顶面标高 变化过大 造成沉桩困难或承载力不满 足设计要求的案例 12 l采用桩基的高层建筑整体爆破拆除 13 l某栋新建的18层住宅楼 在结构封顶以后 由于建筑物桩基整体失
5、稳 导致该楼发生 严重倾斜 其顶端倾斜的水平位移达 2884mm 为根除工程质量隐患 在采取 工程补救措施无效后 对该楼实施整体定 向爆破拆除 l成为桩基严重事故的第一例 14 l建筑物体型为十字形的点式楼 基础底 面积约800m2 地上18层 地下1层 总 高度56 6m 钢筋混凝土剪力墙结构 基 础采用夯扩桩基础 设计桩径480mm 施工桩长16 20m 桩端持力层粉细砂 桩端进入持力层约0 8m l工程于1995年1月进行桩基施工 共完成 336根夯扩桩 1995年4月初开始开挖基 坑土方 9月中旬完成主体工程结构封顶 11月底完成室外装修和部分室内装修 15 l地貌属长江一级阶地 地势
6、平坦 表层 填土 其下为9 4 14 4m的厚层淤泥及2 2 2 4m的淤泥质粘土 有机质含量达30 再下为 稍密 中密的粉细砂 l在这样的地质条件下 能否采用夯扩桩 呢 当年 正是夯扩桩风行的年代 这 个案例给了最好的说明 16 17 l事故概况 l1995年12月3日 突然发现建筑物 向东北方向明显 倾斜 建筑物顶 端的水平位移 470mm 在东北 方向的沉降量 55mm 而西南 方向仅沉5mm 18 l采取抢救措施 在沉降量小的一侧加载 500吨 在沉降量大的一侧挖土卸载 还 进行了粉喷桩和注浆加固 并打了7根锚 杆静压桩 l建筑物在12月21日突然转向西北方向倾 斜 至12月25日 建
7、筑物顶端的水平位 移已达2884mm 整栋建筑物的重心偏移 了1442mm l决定于12月26日爆破拆除 19 l事故原因分析 l1 桩型用错了 在厚层淤泥中不能采用 夯扩桩 把土层的结构都破坏了 将工 程桩挤歪了 l2 基坑开挖时未分层挖土 桩发生偏移 l3 172根桩的偏位超过允许偏差 最大偏 位达1700mm l4 底板的标高抬高2m 在倾斜的桩上接 长 形成偏心的桩轴力 l5 形成了不稳定的机动体系 20 采用桩基的高层建筑倾斜超标事故 21 建筑物基本资料建筑物基本资料 l两幢24层的办公大楼 共用一个筏板基 础 筏板基础平面面积1692m2 筏板厚 2m 埋深5m 选用0 45m
8、0 45m 28m预 制钢筋混凝土方桩 桩端持力层为砂质 粉土夹粉砂 Es 11MPa l1 楼平面面积为27m 24m 桩数256根 2 楼平面面积为37m 21m 桩数248根 22 23 l1993年12月开始压桩 到1994年6月完成 504根桩的压桩 其中141根桩未压到设 计标高而截短0 5m 1 5m 其中 1 楼 截桩61根 占23 8 2 楼截桩80根 占 32 2 l1995年11月结构封顶 沉降基本保持均 匀沉降 平均沉降速率1 楼0 170mm d 2 楼0 201mm d l1996年6月 沉降大增 平均沉降速率1 楼0 358mm d 2 楼0 415mm d 24
9、 l倾斜 1 楼1 5 2 楼1 9 沉降已为 结构到顶时的2 3倍 l其间 屋顶水箱注水 地下室浇注0 8m厚 的混凝土 1 楼从1 5 发展至1 8 2 2 2 楼从1 9 发展至2 3 2 9 l至1999年1月 观测到最大沉降达 305 4mm 最大沉降速率为0 177mm d 最大倾斜为4 20 25 26 27 原因分析原因分析 l1 分别计算沉降 1 楼最终沉降304mm 2 楼最终沉降266mm l2 共用桩筏基础计算沉降 最终沉降 480mm l3 截桩的影响 28 l高层建筑群大比例浮桩事故 29 l软土地区的一个住宅小区 有7幢高层建 筑的预制桩产生浮桩 在接桩部位拉断
10、拉断的比例很高 复打时的下沉量很 大 30 31 l本项目的断桩具有如下特点 l 1 断桩的比例高 而且呈集中成片地 出现 l 2 每幢建筑物最后一批施工的桩基本 上都没有出现断桩现象 l 3 边桩在较大的挤压力作用下 向外 侧发生较大偏位 l 4 3 9 13 楼桩基采用同样的 施工方法 但为了保护河岸而采取较慢 的施工速度 结果未出现断桩问题 32 l采用注浆补强措施 在已经浇筑的底板 上钻了1800个注浆孔 l注浆材料采用32 5级普通硅酸盐水泥浆 水灰比0 5 掺入0 2 的木质素磺酸钙 使浆液具有早强性能 注浆压力取 0 3Mpa 上部注浆压力取0 2Mpa 流量 控制在15L mi
11、n左右 注浆时应对边同时 以相同的压力 相同的提升速度对称注 浆 l化了200万处理的费用 工期延长了半年 33 l用静力触探 检测加固效 果 要求比 贯入阻力提 高50 34 l原因分析 l1 设计方面的问题 采用400 400mm的预 制桩 桩的截面过大 桩的截面面积之和 与基底面积之比大于3 0 挤土效应严重 l2 施工的问题 打桩速度过快 一天沉桩 数量大于15套 最多时到20套 接头焊接 时间过短 l3 桩的质量问题 接头处的连接钢板采用 旧钢板 型号不一 与焊条型号无法配合 l4 建设方在选择设计单位 工程管理和采 购方面的过失 35 综合楼桩基工程施工质量事故 36 l综合楼为框
12、架结构 桩基础 主体建筑 地上八层 地下一层 建筑面积8000m2 l设计桩型为预应力管桩 地下室部位的 桩径采用 600mm 单桩承载力设计值 为1100kN 边跨的桩径采用 400mm 单桩承载力设计值为600kN 600mm的 桩长分别采用11m 13m和15m 37 预制桩用于持力层起伏很大地质条件的问题 承载力不满足 设计要求 桩打不到 设计标高 38 l桩布置于独立承台下 承台下的桩数一 般为五 七桩 l压桩施工过程中由施工单位提出 经设 计单位同意 改变了61根桩的长度 其 中30根桩增加1m 22根减少2m 9根减 少3m l经检测单位检测了3根桩 其中 600mm直径的桩检测
13、了2根 109 符合 设计要求 88 桩不符合要求 400mm 直径的桩检测了181 桩不符合设计要求 39 l认为是浮桩 采取复打措施 l对复打以后的桩检测了2根 其中70 桩 符合设计要求 92 桩不符合要求 l复打以后在桩身发现裂缝 对裂缝进行 了处理 l采用补桩的措施 补了9根冲抓桩 l桩基工程自2001年6月27日开始至2002年 5月17日最后一次检测结束 历时350天 接近一整年 40 l引发本案的主要原因是桩基工程的施工 时间从一个月左右拖到接近一年的时间 影响了这个建筑物的后续施工和整个 工期 41 l静压法施工中 最终压力与入土深度的 关系 不同位置的桩的实际桩顶标高的 起
14、伏与持力层顶面标高起伏的密切相关 性 说明达不到设计深度的原因是地层 的起伏 勘察单位没有加密勘探孔 没 有采用静力触探探明持力层顶面标高的 起伏 在这样的地层条件下 采用预制 桩的方案是错误的 必然造成压桩施工 时桩顶标高的失控 42 l场地下卧基岩面起伏很大 采用了PHC 桩 尽管按照勘察报告的剖面采用了几 种不同的桩长 但还是发生很多桩打不 到设计标高 有的桩承载力达不到要求 的数值 耽搁了工期 造成了烂尾的工 程和法律诉讼 l教训 l没有根据地质条件选择合适的桩型 PHC桩用得不是地方 43 若干特殊桩型的承载性状 44 l灌注桩的后注浆技术 l嵌岩桩 l静力压桩 l钢管混凝土桩 45
15、 灌注桩的后注浆技术 46 l后注浆技术是在灌注桩浇注混凝土以后 通过预埋的管子将水泥砂浆注入桩端以下 以挤压桩底的沉渣 压密桩端土层 从 而提高端承力 也可以将水泥砂浆注入桩 侧土层中以提高桩侧摩阻力的一种技术 47 l根据注浆的目的 可以分成如下不同的 注浆类型 l1 桩端注浆 l2 桩侧注浆 l3 复式注浆 l4 压浆修补桩的缺损部位 l新版 建筑桩基技术规范 将灌注桩后 注浆纳入规范 规定了施工的要求和设 计参数的取法 48 规范关于后注浆工艺的规定规范关于后注浆工艺的规定 l后注浆装置的设置 l浆液水灰比 l注浆终止压力 l单桩注浆量 l注浆顺序 l终止注浆的条件 49 l后注浆装置
16、的设置 l1 后注浆导管应采用钢管 与钢筋笼加劲 筋绑扎固定或焊接 l2 注浆导管数量 直径小于1200mm的用 2根 1200 2500mm的用3根 l3 桩长超过15m 且对承载力增幅要求较 高时 采用桩端桩侧复式注浆 l4 桩侧后注浆管阀的设置应结合地层情况 桩长和承载力增幅要求等因素确定 可在桩端5 15m以上 桩顶8m以下 每 隔6 12m设置一道注浆阀 50 l浆液水灰比根据饱和度和渗透性确定 l饱和土 0 45 0 65 l非饱和土 0 7 0 9 l松散碎石土 砂砾 0 5 0 6 l注浆终止压力根据土层性质及注浆点的 深度确定 l风化岩 非饱和粘性土 粉土 3 10MPa l饱和土层 1 2 4MPa 51 l单桩注浆量设计时应考虑桩径 桩长 桩端桩侧土层性质 单桩承载力增幅及 是否复式注浆等因素确定 l 注浆量经验系数 ln 桩侧注浆断面数 l注浆量以水泥质量计 t 52 l注浆顺序 l饱和土中 先桩侧后桩端 l非饱和土中 先桩端后桩侧 l桩侧桩端注浆间隔时间不宜小于2小时 l成桩后两天才可以注浆 l注浆作业点距其他成孔作业点的距离不 宜小于8 10m 53 l终止
