（环境工程专业论文）驻马店某场区cfg桩与静压管桩的对比研究.pdf

c o n t r a s ts t u d yb e t w e e nc f gp i l ea n ds t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l e i nz h u m a d i a n p r o je c ta r e a a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l p m e n to fz h u m a d i a nc i v i lc o n s t r u c t i o n ，s k y s c r a p e r sb e c o m e m o r ea n dm o r e ，w h i c hl e a d st oh i p e r r e q u i s i t i o no ff o u d a t i o nd i s p o s a l n o w a d a y s c f gp i l ea n ds t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l ea r et w om a i ns t r e a m si nz h u m a d i a nm a r k e t t h e r e f o r eh o wt oc h o o s ep i l e sb e c o m e sp r i o r i t yf o rp a r t y a ( o w n e r s ) f o ri th a sd i r e c t r e l a t i o nw i t he n g i n e e r i n gc o s t u s u a l l yc f gp i l e sa d o p tb e d d i n gc u s h i o np l u s i n gr a f tf o u n d a t i o n ，w h i l es t a t i c p r e s s u r e t u b a lp i l e su s e b e a r i n gf o u d a t i o n ,w h i c ho b v i o u s l yc a u s e se c o m i c c o m p a r i s o nb e t w e e nt w od i f f e r e n tp i p l e s ，n o to n l ya b o u tp i p ec o s t ，b u ta l s of o u d a t i o n c o s t ，c o n s t r u c t i o nc o s t ，t e c h n o l o g ya n dp r o j e c tp e r i o d t h et h e s i s ，c o n c e r n i n ga u t h o r 、se n g i n e e r i n gw o r k i n ge x p e r i e n c ea n do t h e r s c o n t r i b u t i o n ，d e s c i b e sc f g p i l ea n ds t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l er e s p e c t i v e l v m a k s c o m p a r i o nb e t w e e n c o r r e s p o n d i n gc o n s t r u c t i o nd e s i g na p p r o c h ，t e c h n o l o g ya n d r e q u i s t i o no ft w od i f f e r e n tp i l e s t h e nt e c h n o l o g i c a l l ya n de c o n o m i c a l l ya n a l y z e s c f g p i p l ea n ds t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l eb a s e do nz h u m a d i a np r o j e c t v i ac o n t r a s ts t u d yo fc f g p i p l ea n ds t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l e ，t h et h e s i si s e x p e c t e dt oc r y s t a l l i z e a p p l i c a t i o nc o n d i t i o n s ，m e r i t s & d e m e r i t s e o n o m i c c o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft w op i l ep a t t e r n s ，t op r o v i d et h e o r e t i c a lc o n s t r u c t i o nb a s i sf o r p a r t ya s oa st ob r i n ge c o n o m i ca n ds o c i a lp r o f i t si np r o je c tp r a t i c a la p p l i c a t i o n ，a n d m e a n w h i l et od i l i v e ro b j e c t i v eb a s ef o rf u r t h e rt h e o r e t i c a lr e s e a r c h k e yw o r d s ：c f gp i l e ，s t a t i cp r e s s u r et u b a lp i l e s ，c o m p o s i t ef o u d a t i o n ，c o n s t r a c t s t u d y , d e s i g na p p r o a c ho fg r o u n df o u d a t i o n 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：籀彳。孝签字日期：砌扩年 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：功订年月日 导师签字： 白净吾 签字日期：m 年c 月， 日 学位论文作者毕业后去向：生产一线 工作单位：驻马店市建筑勘察设计院有限公司 电话：0 3 9 6 - 2 6 8 5 2 2 5 通讯地址：驻马店市天中山大道北段市建委 邮编：4 6 3 0 0 0 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 第1 章绪言 1 1 研究目的和意义 地基处理是改善支承建筑物的地基( 土或岩石) 的承载能力或抗渗能力所采取的工 程技术措施。主要分为基础工程措施和岩土加固措施。有的工程，不改变地基的工程 性质，而只采取基础工程措施；有的工程还同时对地基的土和岩石加固，以改善其工程 性质。选定适当的基础形式，不需改变地基的工程性质就可满足要求的地基称为天然地 基；反之，已进行加固后的地基称为人工地基。地基处理工程的设计和施工质量直接关 系到建筑物的安全，如处理不当，往往发生工程事故，且事后补救大多比较困难。因此， 对地基处理要求实行严格的质量控制和验收制度，以确保工程质量。 近年来，驻马店市区建设在飞速发展，高层建筑日益增多。驻马店市人民政府于2 0 0 6 年2 月下发了关于在我市大力推广高层建筑的实施意见，高层建筑的增多，对地基 处理提出了更高的要求。目前在我市市场上c f g 桩与静压管桩己成为两大主流。对广大 业主而言，选择何种桩型，直接意味着投资的造价问题，已成为甲方密切关心的问题。 而目前两种桩型在驻马店市区都是近两年兴起的新鲜事物，而在勘察单位提供的岩 土工程勘察报告中对这两种桩型提供的设计参数偏差很大，往往造成要么沉管设计不够 长，承载力不够，要么沉管设计过长，造成施工困难，压不下去，只好截桩的严重后果。 在c f g 桩方面，设计桩长过短，往往造成承载力不够，过长，则造成浪费。 因为两种桩型不同，造成基础形式不同。c f g 桩常采用褥垫层加筏板基础形式，而 管桩则常采用承台基础。这就造成双方在经济上的对比，不单是桩造价的对比，还涉及 基础造价，施工工艺，工期的综合对比。 在这种背景下，本次研究的目的在于通过驻马店市区已做的两种桩型的工程实例做 一个综合性对比研究，以期达到解决在何种条件下哪一种桩型更为适用的这一关键性问 题。 其理论意义在于通过工程实例的静载试验，低应变，高应变的实测资料来反映桩的 设计参数是否合理，以期达到对本市桩基设计参数的一种规范。明确各桩型的适用条件， 优缺点，经济技术对比分析，为甲方基础论证提供理论依据，最后达到节约投资的目的。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1c f g 桩的研究现状 阎明礼窿瑚等人对c f g 桩复合地基的作用机理、设计方法、在水平荷载作用下的承 载性状进行了全面的阐述，涵盖了c f g 桩复合地基基本理论、工作机理、设计方法、竖 直和水平荷载下的承载力性状等做了系统全面的阐述。 董必昌、郑俊杰瞄1 分析了c f g 桩复合地基的变形模式，推导出一种考虑桩一土一垫层 相互作用的沉降计算方法以及桩土应力比公式，该沉降计算方法充分考虑了桩土之间的 相互作用即摩擦阻力的作用，在中间过程中还可方便的求出等沉面位置以及桩土应力比 等参数，并进一步对其进行了数字仿真，得到的模拟值与计算值较为一致，结果证实了 该沉降计算公式的可行性。 张忠坤1 通过对柔性单桩竖向加荷、大面积荷载作用下复合地基中心单桩轴对称及 路堤荷载作用下复合地基的有限元数值分析，探讨了临界桩长问题，得出了桩体临界桩 长不仅与桩土模量比有关，而且与荷载分布有关的结论。 潘星口1 分析了c f g 桩复合地基加固机理及沉降模式，详细讨论了其沉降计算，包括 它的计算厚度、影响因素、压缩模量选取及附加压力计算等。提出按变形控制理论进行 变形计算有其优点。 陈东佐，梁仁旺哺1 通过工程实例，对c f g 桩复合地基的设计方法进行了简要阐述； 并采用有限元a n s y s 程序对c f g 桩复合地基的应力传递特性进行了分析；对c f g 桩体的 强度和弹性模量进行了测试，对c f g 桩体、c f g 桩复合地基进行了静载荷试验，对桩间 土进行了标准贯入试验。试验和分析结果表明：c f g 桩能够把荷载传递到深层土上；c d e 桩复合地基与天然地基的变形比随面积置换率m 的增大而减小，且当m 5 r a m ) 。张拉后再对孔道进行灌浆，使之成为一根长桩，最长 的可达6 0 - 7 0 m ，这样长的管桩只能用在海洋、港口、码头等工程中；在陆地上应用的是 先张法预应力管桩。 先张法预应力管桩指的是采用先张法预应力工艺，并掺加高效减水剂，经过高速离 心成型和蒸汽养护而成的空心圆筒体细长混凝土预制构件。主要由圆筒形桩身、端头板 和钢套箍等组成。 预应力管桩的规格及适应性见表4 1 。 表4 1 预应力管桩的规格及适应性 外径( i b m )壁厚( 1 l n l )混凝土等级节长( m )承载力标准值( k n )适用楼层 3 0 06 5 - 7 0c 6 0 - c 8 05 - 1 16 0 0 9 0 06 1 2 4 0 09 0 9 5c 6 0 - c 8 05 一1 29 0 0 - 1 7 0 06 1 8 1 0 0c 6 0 - c 8 05 - 1 21 8 0 0 - 2 3 5 01 0 3 0 5 0 0 1 2 5c 6 0 - c 8 05 一1 22 0 0 0 - 2 7 0 0 2 0 3 5 1 0 0c 6 0 - c 8 05 1 21 8 0 0 - 2 8 0 01 0 b 3 0 5 5 0 1 2 0c 6 0 - c 8 05 一1 22 0 0 0 - 2 8 0 02 0 3 5 6 0 01 0 0 1 3 0c 8 06 一1 32 5 0 0 - 3 2 0 02 0 4 0 8 0 01 3 0c 8 0 8 - 3 03 0 0 0 - 4 5 0 0 3 0 5 0 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 4 2 2 预应力管桩的分类 1 按桩身混凝土强度等级分类 预应力管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩。预 应力混凝土管桩代号为p c 。预应力高强混凝土管桩代号为p h c 。p c 桩的混凝土强度等 级不得低予c 5 0 ，p h c 桩的混凝土强度等级不得低于c 8 0 。p c 桩一般采用常压蒸汽养 护，脱模后移入水池再泡水养护半个月，一般要经过2 8 天才能施打。而p h c 桩，脱模 后要进入高压釜蒸养，经1 0 个大气压、1 8 0 。c 左右的蒸汽养护，混凝土强度等级达c 8 0 ， 从成型到使用的最短时间只需三、四天。 2 管桩按外径分类 预应力管桩按外径分为3 0 0 r a m 、3 5 0 r a m 、4 0 0 m m 、4 5 0 m m 、5 0 0 m m 、5 5 0 r a m 、6 0 0 r a m 、8 0 0 m m 和1 0 0 0 r a m 等规格，实际生产的管径以3 0 0 m m 、4 0 0 m m 、5 0 0 m m 、5 5 0 m m 和6 0 0 m m 为主。 3 管桩按桩身抗裂弯矩分类 管桩按桩身抗裂弯矩的大小分为a 型、a b 型和b 型。分类标准参见国标 g b l 3 4 7 6 9 2 的规定。a 型的有效预应力约为3 5 4 2 m p a ，a b 型为5 o m p a ，b 型约 5 5 6 0 m p a ，近来对此分法有不同看法，正在进行修订。日本规范( j i s a 5 3 3 7 1 9 9 3 ) 规定：a 型桩的有效预应力值为4 0 k g f c m 2 ，b 型为8 0 k g f c m 2 ，c 型为1 0 0 k g f c m 2 。 这些高预应力管桩主要用于抗弯要求较高的工程，一般管桩有4 ，- - 5 m p a 的有效预应力， 打桩时桩身混凝土可有效地抵抗打桩拉应力，所以，对于一般的建筑工程，选用我国规 定的a 或a b 型的管桩即可。 4 2 3 静压预应力管桩 静压管桩桩是指使用静压法施工的管桩。静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构 以压桩机自重和桩架上的配重作反力而将预制桩压人土中的一种具有发展前景的沉桩 工艺。静压施工法早在上世纪6 0 年代在上海开始研究应用。到上世纪8 0 年代，随着压 桩机械的发展和环保意识的增强进一步得到推广。至上世纪9 0 年代，压桩机实现系列 化，且最大压桩力为6 8 0 0 k n 的压桩机已问世，既可施压预制方桩，也可施压预应力管 桩适用的建筑物已不仅是多层或中高层，也可以是2 0 - 3 0 层的高层建筑。发展至今，压 桩机的最大压桩力已经高达9 0 0 0 k n 。目前，我国湖北、广东、上海、天津、陕西、江苏、 浙江、福建、山东、河南、广西、海南、山两、辽宁等省、市、自治区都有应用，尤以 武汉、上海、南京、广州及珠江三角洲应用较多。 4 2 4 静压预应力管桩的压桩机理【3 1 】【3 2 】 静压管桩的压桩是利用压桩机自重和配重做反力，以卷扬机滑轮组或电动油泵液压 1 6 驻马店莱场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 方式施加在桩顶或桩身上，当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达动态平衡时，桩在自 重和静压力作用下逐渐压入地基土中。 静压管桩压桩的过程也是挤土的过程，在压入过程中造成了桩周土体的复杂运动。 当桩尖“刺入 土体中时，原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形， 土体对桩尖相应产生阻力口3 1 。随着桩的压桩压力的增大，当桩尖处土体所受应力超过其 抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动( 粘性土) 或挤密 侧移和下拖( 砂性土) ，桩尖下土体被向下和侧向压缩挤开，桩继续“刺入 到下层土 体中，随后桩周土体继续被压缩挤开。从图4 - 2 中我们可以看到压桩时桩周围土体的变 形区在地表处，粘性土体会向上隆起，形成重塑区( 图4 2 b ) ，砂性土则会被拖带下沉 ( 图4 2 a ) ：在地面深处，由于上覆土层的压力，土体主要向桩周水平向挤开，使贴 近桩周处土体结构完全破坏，形成压密区；由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周 处土体受到较大扰动影响，从而形成扰动区。此时，桩身受到了由于土体的强大法向应 力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩身施加的静压力和桩自重之和大于压桩 时的这些抵抗阻力时，桩将继续“刺入”下沉，反之则停止下沉口制。 一 匕i： ( a ) 砂性土( b ) 秸性土 图4 - 2 压桩后桩周土变化情况 压桩过程中，在穿过上覆软土层时，压桩阻力较小。主要是因为对于上覆土层为 较软土层，如饱和粘性土、淤泥等，其瞬时排水固结效应不明显，体积压缩变形小，桩 体在贯入时会产生超静孔隙水应力，桩体贯入的瞬间，在靠近桩土界面的5 - 2 0 r a m 土层， 由于超孔压最大，在桩表面形成水膜，从而降低沉桩贯入阻力。当将桩压到硬塑一坚硬 的风化残积土、强风化岩等持力层时，压桩力会急剧上升。因为将桩压到持力层时，在 1 7 一n 翟1 一 ， 一 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 压桩力剧烈的挤压挤密作用下，桩端附近的土己经不 是原状土，而是形成超压密土层区和挤密加固区，强 度比原状土的强度高，如图4 - 3 所示。压桩完成后， 随桩侧土孔压消散、再固结和触变恢复，最终形成一 层紧贴于桩表面的硬壳( 图4 - 3i 区) 。图4 3 桩周 土挤密分区图 当桩受荷发生竖向位移时，其剪切面发生于硬壳 层与i i 区( 图4 3 ) 之间的界面，相当于增大了桩表 面积。i i 区土体强度也因再固结、触变作用而最终超 l 超j 匪峦层区：神密加崮区 过天然状态，因而成桩后挤土效应导致桩侧土力提高。 图4 3 桩周土挤密分区图 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 第5 章c f g 桩与静压预应力管桩的施工方案及设计、 施工要求 5 1c f g 桩的施工工艺及设计要求 c f g 桩施工一般采用长螺旋钻机或振动沉管灌注桩机。振动沉管c f g 桩施工工艺属 于非排土成桩工艺，多适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条 件，该法施工操作简便，施工费用低，对桩间土的挤密效应显著；长螺旋钻机施工c f g 桩属于排土成桩工艺，适用范围广，施工效率高，但该法施工操作复杂。通过大量的施 工经验总结，上述两种机械联合使用可以克服单一种钻机施工所不可避免地对成桩质量 造成的影响一螺旋钻进对桩间软土扰动大，易造成窜孔沉管钻进挤土效应强等弱点。 5 1 1 振动沉管灌注成桩施工工艺 振动沉管桩施工工艺属于非排土成桩工艺，主要适用于粘性土、粉土、淤泥质土、 人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。打桩时端部 采用的桩尖主要有钢筋混凝土预制桩尖和钢制活瓣桩尖两种，其中钢筋混凝土预制桩尖 等桩施工完成后仍留于桩端，成为桩的一部分。振动沉管灌注成桩施工工艺流程如下图 所示： 图5 - 1 振动沉管灌注成桩施工工艺流程图 5 1 2 振动沉管灌注成桩施工中常见问题 1 土的强度降低 振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系，就挤密性而一言，可将地基土分为三 大类其一为挤密性好的土，如松散填土、粉土、砂土等：其二为可挤密性土，如塑性指 数不大的松散的粉质粘土和非饱和粘性土其三为不可挤密土，如塑性指数高的饱和软粘 土和淤泥质土。土的密实度对土的挤密性影响很大，一般情况下，松散的砂土或粉土可 振密但有时密实的砂土或粉土会被振松，对于密实度较高的土，振动会使土的强度破坏， 1 9 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 密实度降低，土的承载力反而下降。因此讨论土的挤密性时，一定要考虑地基处理前土 的密实度。 2 ，缩颈或断桩 在软土中施工，当采用连续打桩作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压， 会使得己打桩被挤压变形，严重的会产生缩颈或断桩。为避免这种情况发生，应采取隔 桩跳打法施工。 3 桩体强度不均匀 若桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离， 停下留振一段时间，非留振时速度太快可能会导致缩径和断桩。拔管太慢或留振时间过 长，都会使的桩的端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析， 造成桩身强度不均匀。 4 土混入桩体内 当采用活瓣桩尖成桩时，可能出现的问题是活瓣桩尖打开的宽度不够，混合料下落 不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。若采用反插法作业时，由于桩 管垂直度很难保证，反插容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等缺陷。 5 1 3 长螺旋压灌成桩施工工艺 长螺旋钻管内泵压桩施工工艺适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要 求严格的场地。该施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完 整的施工体系，其中长螺旋钻机是该工艺设备的核心部分，根据其成孔深度分为1 2 ，1 6 ， 1 8 ，2 4 和3 0 m 等机型，施工前应根据设计桩长确定施工所采用的设备。长螺旋压灌成桩 施工工艺流程如下图所示： 图5 2 长螺旋压灌成桩施工工艺流程图 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 5 1 4 长螺旋压灌成桩施工中常见问题 1 堵管 造成堵管的原因大致有： 混合料配合比不合理：当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性 差，常会引起堵管。因此，混合料配合比要注意这两种材料的掺入量，尤其是粉煤灰的 掺入量应为6 0 8 0 k g m 3 混合料搅拌质量有缺陷：当混合料塌落度太大，易产生泌水、离析，在泵送管内 水浮到上面，在泵压的作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而造成堵 管；而当混合料塌落度太小，混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。因此，施 工时混合料塌落度宜控制在16 2 0 c m 。 设备缺陷：与钻杆及高强柔性管连接的弯头曲率半径不合理，会发生堵管；混合 料输送管施工结束后清洗不干净，下次施工时常会发生堵管；混合料输送管接头不牢固， 垫圈破损，会导致水泥砂浆流失，从而造成堵管；钻头封闭不严，在具有承压水的粉细 砂中成桩时，承压水带着砂通过钻头间隙进入钻杆心管，形成砂塞，当泵入混合料后， 砂塞堵住了钻头阀门；在高水头下，钻头阀门迸水，泵入混合料后，使混合料离析，在 钻头阀门处形成碎石散体，堵塞阀门。 施工措施不当：若灌注满混合料后不及时提钻，混凝土泵一直泵送，在泵送压 力下会使钻头处的水泥浆液挤出，使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬混合料塞体。为避 免这种情况发生，施工时应先提钻后泵料，当桩端到达持力层后，为便于打开阀门，泵 送混合料前把钻杆提起3 0 c m 。 2 窜孔 在厚层淤泥质土、饱和粉土、粉细砂土层中施工常会遇到窜孔现象，刚施工完1 号 桩时，紧接着施工相邻的2 号桩时，随着钻杆的钻进，发现己打完的1 号桩桩顶突然下 落，而当2 号桩泵入混合料时，可见1 号桩下降的桩顶开始回升，泵入2 号桩的混合料 足够多时，1 号桩的桩顶标高回恢复到原标高。在这种情况下，为避免窜孔现象发生， 施工时应采取隔桩或隔排跳打的施工顺序。 3 钻头阀门打不开 钻头构造有缺陷，如阀门采用内嵌式时，会有砂粒等卡住，导致阀门无法打开。 为避免这种情况发生，应注意阀门的密闭性，如发现密闭不严实，应及时处理。 当桩端位于透水性好、水头高的砂砾石层中时，阀门外除了土的侧向压力外，主 2 1 驻与店栗场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 要是水的侧向压力很大，当阀门内混合料的侧向压力小于阀f - j # b 的侧向压力时，会导致 阀门打不开。为避免这种情况发生，应调整阀门结构型式或调整桩长，使桩端穿过透水 性好、水头高的砂砾石层。 4 桩体上部存气 排气阀门不能正常排气，会使桩体存气，形成空洞。为避免这种情况发生，应避免 排气阀堵塞，施工时应经常检查排气阀是否堵塞，若发现堵塞，应及时采取措施加以清 洗。 5 1 5c f g 桩的设计、施工要求 c f g 桩复合地基设计除应满足承载力和变形要求外，还应考虑以下诸多因素进行综 合分析，才能确定桩长、桩径、复合地基置换率等设计参数。 ( 1 ) 明确地基处理的目的设计时必须明确地基处理是为了解决地基承载力问题、 变形问题还是液化问题，解决问题的目的不同，采用的设计方法、布桩形式及施工工艺 均不同。 ( 2 ) 场地土质变化场地土质的变化对复合地基施工工艺的选择和设计参数的确定 有着密切的关系，因此在设计时需认真阅读勘察报告，仔细分析场地土质特点。通 过对场地土的了解，对荷载情况、地基处理要求等综合分析，考虑采用何种布桩形式。 在建筑工程中，c f g 桩采用的布桩形式有等桩长布桩、不等桩长布桩、长短桩间作布桩 以及与其他桩型联合布桩等。 ( 3 ) 场地周围环境场地周围环境是设计时确定施工工艺的一个重要因素。当场地 离居民区较近，或场地周围有精密设备仪器的车间、实验室以及对振动比较敏感的管线， 则施工时不宜选择振动成桩工艺，而应选择无振动低噪声的施工工艺，如长螺旋钻管内 泵压成桩工艺等。 ( 4 ) 施工设备和施工工艺复合地基设计时需考虑采用何种设备和工艺进行施工， 选用的设备穿透土层的能力和最大施工桩长能否满足要求，施工时对桩间土和打桩是否 会造成不良影响。 ( 5 ) 建筑物结构布置复合地基设计时应考虑建筑物的结构布置及荷载传递特性。 如结构布置是均匀还是存在偏心荷载，主体建筑物周围是否存在地下车库之类的大空间 结构，建筑物是否存在转换层或地下大空间。 总之，在设计时必须认真分析结构传递荷载的特点以及建筑对变形的适应能力，做 到合理布桩，方可保证地基处理达到预期目的。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 5 2 静压预应力管桩施工方案及设计、施工要求 5 2 1 静压预应力管桩的施工顺序 静压预应力管桩打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩水平推挤而造成偏 移和变位，或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成 土体隆起和挤压，截桩过大。所以群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物 破坏，打桩前应根据桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架移动方便来正确选择打桩顺 序。 当桩较密集时( 桩中心距小于等于4 倍边长或直径) ，应由中间向两侧对称施打， 或由中间向四周施打，这样，打桩时土体由中间向两侧或四周挤压，易于保证施工质量。 当桩数较多时，也可采用分区段施打。 当桩较稀疏时( 桩中心距大于等于4 倍边长或直径) ，可采用上述两种打法或采用 由一侧向单一方向进行施打的方式，即逐排打设。这样逐排打设，桩架单方向移动，打 桩效率高。但打桩前进方向一侧不宜有防侧移、防振动的建筑物构造物、地下管线等， 以防土体挤压破坏。当桩规格、埋深、长度不同时，宜先大后小，先深后浅，先长后短 施打。 5 2 2 静压预应力管桩的工艺流程 静压预制桩的施工，一般情况下都采用分段压入、逐段接长的方法。基本流程为( 图 5 - 3 ) ：测量定位压桩机就位一吊桩喂桩一桩身对中调直一压桩一接桩一再压桩一送桩 终止压桩一切割桩头 压 ( a ) 准备压第一段桩：( b ) 接第二段桩( c ) 接第三段桩： ( d ) 整根桩压平至地面；( e ) 采用送桩压桩完毕 l 一第一段桩；2 一第二段桩；3 一第三段桩：4 一送桩：5 - - 接头 图5 - 3 静压法施工程序示意图 5 2 3 静压预应力管桩的设计及施工要求 1 场地平整：清除地表杂物，并填平场地中的坑洼处，必要时用压路机压实表土。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 并沿场地四周挖沟排水至集水坑进行集中排水。对狭窄路段进行铺垫、拓宽。 2 试压桩：试压桩的数量不得少于2 根，确定终压力和桩长，并应校验打桩设备 技术性能、施工工艺及其技术措施是否适宜。 3 测量定位：开工前请甲方提供区域内的控制点资料及明确现场控制点具体位置， 并及时办理双方交接手续。根据甲方提供的控制点，施放轴线和桩位，每个桩点插短钢 筋，并做成管桩等径模具，白灰沿模具撒放。到桩机就位后再进行复测。测量定位、放 线、复核工作由专人负责，对测量仪器定期检查，做好测量定位放线的原始资料。形成 的定位、放线测量成果资料用书面形式报监理和甲方复核检查，轴线偏差不小于i c m ， 桩位偏差小于2 c m ， 确认后方可开始施工。 4 成品检查：检查预应力管桩出厂合格证和主要质量指标( 混凝土强度) ，再进行 外观检查，同时做好检查记录。经监理验收，并签字认可。对管桩两端应清理干净，施 焊面上有油漆杂物污染时，应清刷干净。不合格的桩及时清退出场。 5 探桩：本工程施工场地表层土中存在零星基础和障碍物。施工时根据测量定位 点，利用同直径的钢管用静力压桩机压穿层素填土层，探明表层土的障碍物，防止桩 端堵塞块石、大混凝土块，以便顺利穿过层粉质粘土。 6 吊桩插桩：根据每孔设计桩长选择每节桩长和压桩顺序并编号。利用桩机自身 超重机按编号顺序吊桩就位，再用夹具持桩对准测量定位点插桩入孔内。桩压入过程中 修正桩的角度非常困难，因此就位时应正确安放。第一节管桩插入地下时，必须保持位 置及方向正确。开始要轻压，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重压。桩 的垂直度安排专人采用用两台经纬仪进行监控，经纬仪应设置在不受打桩影响处，且互 成9 0 。的方向，并经常加以整平监测导架保持垂直，通过桩机导架的旋转、滑动及停 留进行调整。 7 校正垂直度：调校管桩的垂直度是沉桩质量的关键，必须高度重视。插桩在一 般情况下入土5 0 8 0 c m 停止压桩，然后进行垂直度调校。桩的垂直度安排专人采用用 两台经纬仪进行监控，经纬仪应设置在不受打桩影响处( 约距桩点2 0 米) ，且大约互成 9 0 。的方向上，并经常加以整。 8 压桩：压桩机安装就位，按需要的总重量配置压重。检查有关动力设备及 电源等，防止压桩中途间断。压桩前认真检查管桩质量，如有质量问题不得使用。 认真监视压力变化，如有突然上升或下降，应暂停压桩，待处理正常后方能继续压桩。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 详细做好压桩记录，在试桩过程中必须记录每米压桩力变化以及地层变化处的压力 值。严格按施工图和编制的压桩顺序施工，已压过的桩应在桩位编号图上标志以免漏 桩。压桩过程设双向经纬仪或线锤校验压桩的垂度，确保压桩垂直度偏差以及上下节 桩中心线偏差不超过规范要求。 9 接桩：接桩前，再次复核桩位，请监理部门验收，及时校正。压桩前检查各部 件和电源情况，以防止中途停机过长，土体固结不能施压而造成废桩。焊接桩插入土中 要求预留0 8 m 长度置于地面以上，便于焊接。焊接前要求清理端头板上的土，焊接时 应先四周点焊固定校正，然后对称分层焊接，焊接层数应不小于2 层。采用气体保护焊， 焊缝要求饱满，并严格控制接桩的中心偏差与节点弯曲度。接桩后经监理检查确认，进 行再压桩。重复上述压桩和接桩程序，直至满足桩长要求。 1 0 送桩：本工程中绝大部分管桩桩顶标高都在地面以下，送桩深度比较深，为将 管桩压到设计标高，需要采用送桩器，送桩器用钢板制作，长8 - - - l l m 。制作送桩器的原 则是压入阻力不能太大，容易拔出，能将压力有效地传到桩上，并能重复使用。操作时 先用带桩帽的钢管套住管桩末端，再用静力压桩机夹持送桩至设计标高。送桩器与管桩 端面之间应加弹性纸垫，以保证受力均匀，避免管桩偏移或压弯。 1 1 装卸、堆放：管桩堆放场地应平整坚实。桩应按规格、桩号分别叠放，堆放支 撑点应设在吊点处，并保持在同一横断平面上，各层垫木应上下对齐管桩堆放场地应平 整坚实。桩应规格、桩号分别叠放，堆放文承点压设在带点处，并保持在同一横断平面 上，各层垫木应上下对齐，堆放层数不宜超过两层。管桩装卸宜采用二点吊法，装卸时 应轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 第6 章驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的 对比分析 6 1 工程概况 驻马店市区某高层住宅小区中的2 0 层住宅楼建筑平面为矩形，长6 6 m ，宽1 5 m ，高 度为6 7 m ，剪力墙结构。地下室一层。预估基础埋深为4 m 。 6 1 1 拟建工程场地地形地貌 拟建工程场地位于驻马店市区东南部。场区地形基本平坦，地面标高最大值9 3 1 4 m ， 最小值9 2 2 8 m ，地表相对高差最大值为0 8 6 m 。建筑场地西侧有低层建筑群，工程建筑 施工环境较好。建筑场地所处地貌类型为山前冲积平原。 6 1 2 拟建工程场地水文地质条件 拟建场地地下水类型属于第四系孔隙潜水，赋存于土体的孔隙裂隙中。地下水的 补给主要为大气降水，排泄以人工开采为主，其次为蒸发排泄。地下水位受季节及人工 开采影响较大。地下水位埋深在2 2 0 - - - , 2 3 0 m ，据地下水监测网站资料，水位年变化幅 度为1 o 1 5 m 。 根据渗透试验结果，结合驻马店市地区经验，本场地含水层的平均渗透系数取 k = 0 0 0 2 m d 根据驻马店市气象资料，拟建场地的环境类别为类，根据本次水质分析结果，依 据岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 卜2 0 0 1 ) ，地下水对混凝土结构不具腐蚀性，在干湿交 替的环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。 6 1 3 拟建工程场地工程地质条件 根据本次勘察钻探揭露，静力触探、标准贯入试验及土工试验资料综合分析，本场 区5 0 米深度范围内为第四系上更新统和中更新统堆积物，属山前冲洪积相。根据其岩 性和物理力学性质将地基土划分为8 个工程地质单元。现自上而下分层描述如下： 1 层粉质粘土：场区普遍分布。黄褐色，可塑状。表层为约o 5 米厚的耕植土。厚 度：1 4 0 - - 2 9 0 m ，平均2 0 5 m ：层底标高：9 0 0 2 9 1 0 4 m ，平均9 0 5 0 m ；层底埋深： 1 4 0 , - - , 2 9 0 m ，平均2 0 5 m 。 2 层粉质粘土：场区普遍分布，黄褐色，软塑状，厚度：0 9 0 2 2 0 m ，平均1 5 4 m ； 层底标高：8 8 1 7 - - - 8 9 6 4 m ，平均8 8 9 6 m ；层底埋深：2 9 0 , - - 4 8 0 m ，平均3 5 9 m 。 3 层粉质粘土：场区普遍分布，黄褐色，可塑状，含黑色氧化铁锰质结核。厚度： 4 5 0 1 2 4 0 m ，平均7 4 4 m ：层底标高：7 5 9 7 - - - - 8 4 4 0 m ，平均8 1 5 1 m ；层底埋深：7 9 0 - - 2 6 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对l t ； i t f 究 1 6 7 0 m ，平均1 1 0 4 m 。 4 层粉质粘土：场区普遍分布，棕黄色，硬塑状，含黑色氧化铁锰质结核。厚度： 1 5 0 5 4 0 m ，平均3 3 4 m ；层底标高：7 7 5 5 - - - 8 2 2 0 m ，平均7 9 6 9 m ；层底埋深：1 0 10 1 4 7 0 m ，平均1 2 8 7 m 。 5 层粉质粘土：场区普遍分布，棕黄色，硬塑状，含黑色氧化铁锰质结核。厚度： 1 5 0 - - 3 6 0 m ，平均2 4 9 m ；层底标高：7 4 8 5 8 0 2 0 m ，平均7 7 2 0 m ；层底埋深：1 2 1 0 - - 1 7 4 0 m ， 平均1 5 3 6 m 。 6 层粉质粘土：场区普遍分布，棕黄色，硬 塑状，含黑色氧化铁锰质结核。厚度：1 6 0 6 o o m ，平均3 1 3 m ；层底标高：7 3 1 0 - - - 7 5 3 9 m ， 平均7 4 1 0 m ；层底埋深：1 7 6 0 1 9 4 0 m ，平均 1 8 4 5 m 。 7 层粉质粘土：场区普遍分布，黄色，硬塑 状，含黑色氧化铁锰质结核。厚度：1 4 0 1 2 o o m ， 一 | ：；| 燕i 濑 ! 黪i ? 誊两麓瓣建滗 平均6 3 4 m ；层底标高：6 2 3 5 7 2 8 0 m ，平均 删。譬誓簟 。， 。一 “鬻j 攀 6 7 7 6 m ；层底埋深：2 0 0 0 3 0 o o m ，平均2 4 7 9 m 。 。 ，” 。 8 层粉质粘土：场区普遍分布，黄色，硬塑 状，含黑色氧化铁锰质结核。在勘察深度范围内 图6 1 钻孔取样图 未揭穿该层。 6 1 4 拟建工程场地岩土分析与评价 根据区域地质资料，场地内无发震断裂通过，也未发现影响工程稳定的诸如滑坡、 崩塌、泥石流等不良地质作用。且场区地形平坦、开阔，场地相对高差较小。地貌类型 单一，地层结构较简单，分布较连续，厚度稳定，物理力学性质均匀，地层承载力一般， 无不良地质现象分布，综合考虑以上因素，经分析，场区稳定性良好，判定本场地稳定， 适宜该建筑物的兴建。 根据剪切波速测试，场地内2 0 m 深度范围内的平均剪切波速值2 1 8 2 m s 。场地覆盖 层厚度大于5 0 o m ，依据建筑抗震设计规范( o b 5 0 0 1 卜2 0 0 1 ) 第4 1 6 条规定，本场 地土类型为中软场地土，建筑场地类别为i 类。依据建筑抗震设计规范 ( g b 5 0 0 1 卜2 0 0 1 ) 第4 1 1 条及条文说明，建筑抗震地段划分属可进行建设的一般场地。 嘲浔1 7 鬻鬻一麟i 隧 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 驻马店市抗震设防烈度为6 度，设计地震分组为第一组。设计基本地震加速度值为 0 0 5 9 ，设计特征周期为0 4 5 s 。 本场地2 0 o m 深度内均为粘性土，属于非液化土层，可不考虑地震液化对产生危害 的可能性。 在野外勘探、原位测试、室内试验等工作的基础上，结合已有邻近建筑物的资料， 经过筛选和统计分析，根据其可靠性和适宜性的基本要求，给出施工图设计、施工所需 的岩土参数，见表6 - 1 表6 1 计算所需的岩土参数一览表 含水量重度孔隙比液限塑限液性指数 塑性指数 层号 冒k n m 3ew lw pi l i p 12 6 71 9 60 7 3 23 6 1 2 1 o0 3 81 5 1 22 6 6 1 9 60 7 2 43 4 41 9 7o 4 71 4 8 32 6 2 1 9 90 6 9 43 3 41 8 9o 5 11 4 5 4 2 8 11 9 60 7 4 83 4 o1 8 8o 6 l1 5 2 52 7 31 9 60 7 3 43 4 01 9 40 5 4 1 4 6 62 3 11 9 90 6 6 63 9 62 3 0o o l1 6 7 72 3 21 9 70 6 7 74 0 82 3 2 0 0 81 6 9 82 5 21 9 20 7 2 2 4 0 32 3 4o 2 l1 6 9 根据室内试验、原位测试的统计结果，分别按“g b 5 0 0 7 2 0 0 2 ”规范第5 2 3 条及 “g b 5 0 0 2 1 2 0 0 1 规范第4 1 2 4 条和地区经验确定各层土的承载力特征值，并结合已 有的工程经验，经综合分析后提供各地基土的承载力特征值见表6 - 2 。 表6 2 各地基土层承载力特征值( k p a ) 一览表 层号 王 23 4 5678 土工试验1 9 01 4 01 8 02 5 02 3 02 8 22 7 32 9 0 标贯试验 1 6 01 3 01 6 52 6 02 3 02 8 5 2 7 7 2 8 9 静探试验 1 8 5 1 2 0 1 6 d2 5 02 3 2 2 8 02 7 52 9 0 综合取值1 8 01 2 01 6 02 5 02 3 02 8 02 7 52 9 0 6 1 4 拟建工程场地的地基基础方案 根据拟建工程的特点、场地工程地质条件等因素的分析，拟建工程可以采用的地基 基础形式分别为： 1 c f g 桩复合地基。 2 静压预应力管桩。 驻马店某场区c f g 桩与静压管桩的对比研究 6 2c f g 桩复合地基设计3 6 2 1c f g 桩复合地基设计参数 c f g 桩复合地基设计主要需确定五个参数，即：桩长l 、桩径d 、桩间距s 、褥垫层 厚度h 和桩身强度等级。 1 桩长l 根据工程地质条件，初步确定桩的桩长。桩端最好落在较好的土层上，以较好地发 挥桩作为高强度粘结桩的端承力作用，进入较好土层左右为宣。这是桩复合地基设计的 一个重要原则。因此，桩长是首先要确定的参数，它取决于建筑物对承载力和变形的要 求，土质条件和设备能力等因素。根据拟建建筑的上部结构特点和场地岩土工程条件分 析，本工程可以第6 层粉质粘土为持力层，桩长1 6 m ，有效桩长1 2 m 。 2 桩径d 桩径取决于所选用的施工设备，采用长螺旋钻管内泵压c f g