一种人工静压预制桩的设计方法及工程实例

相信很多同行都会遇到类似的情况：新建的多层建筑紧贴原有的多层建筑，而浅层的地基土土质较差，假如做天然地基，要对土做加固措施，而且比较容易影响相邻原有建筑；做普通桩基础，常常受施工场地限制或成本过高而造成浪费。在此，我向大家介绍一种人工静压预制桩。这种静压桩的原理很简单，它利用桩的承台做建筑的天然地基，而这基础只需要暂时承担一层的建筑的自重（所以对地基土要求比较低），待建筑首层结构顶板封顶后，利用这一层建筑的自重，从承台预留孔压入预制桩，再封孔，从而完成桩的施工。继而可以继续进行二层以上的结构施工。（具体详以下桩大样图）此静压桩的单桩竖向承载力特征值可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中，式8.5.5-1：Ra=qpaAp+up∑qsiali估算式中Ra—――单桩竖向承载力特征值；qpa，qsia—――桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得；Ap—――桩底端横截面面积；up—――桩身周边长度；li—――第i层土的厚度。而新规范中用到估算一词，相信绝多数同行都有同感，往往实际的单桩竖向承载力与计算结果差异很大，这时，经验值和桩身强度控制就比较重要。桩身强度应符合下式要求：Q≤ApfcψcGB50007-2002中，式8.5.9式中fc—――混凝土轴心抗压强度设计值；按现行《混凝土结构设计规范》取值；Q—――相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；Ap—――桩身横截面面积；ψc—――工作条件系数，预制桩取0.75。桩身一般取C20~C25混凝土。假设取C20，则Q≤200X200X9.6X0.75=288kN；取C25，则Q≤200X200X11.9X0.75=357kN。综上，一般单桩竖向承载力设计值取200~350kN。以下是我采用这种人工静压预制桩做过的一个工程实例，仅供参考：一、工程概况广州芳村陆居路某多层商住楼，建筑面积约为2200m2，下面两层连体裙楼做商铺，三四层塔楼做住宅，后面紧贴为数栋破旧的四层砖砌体结构住宅，见图一根据地质勘察报告，场地条件如表1所示：场地地质条件情况表1图层名称埋深（m）层厚（m）工程特征Fk（KPa）层①杂填土地表1.0~1.3不均匀，松散状层②淤泥质土1.0~1.30.5~1.0软塑，含细砂层③粉质粘土11.8~2.00.6~3.0灰白，可塑244层④粉质粘土22.6~5.34.1~5.8褐红，可塑409层⑤强风化泥岩8.4~9.46.4以上红褐色，岩质软Fr=2.7MPa由于该楼只是二至四层商住楼，从成本考虑，首选应做天然基础较为经济，但该房紧邻的旧楼基础埋深较浅（约1m左右），假如新建建筑基础过深，则影响邻房安全；过浅，地基持力层承载力很难达到四层部分的轴力设计要求二、基础方案的比较和选用1、人工挖孔桩。本建筑只是二至四层商住楼，远不能充分利用桩的承载力，造成浪费，而且桩的检测周期过长，影响工期进度；2、静压预应力管桩。由于本建筑紧邻旧楼，压桩机没有施工工作场地，且静压预应力管桩造价更高，也不能充分利用桩的承载力，比人工挖孔桩更浪费；3、天然地基。由于邻楼基础只有一米左右，假如新建建筑基础比旧基础浅，地基承载力取值必然偏低，则四层部分基础基本上要做成满堂红基础，比较浪费；4、经商讨，最后采用条形基础，在四层部分条基上另加简易人工静压预制方桩，用以承受四层部分柱与二层部分柱的轴力的差值。三、基础的设计分析基础的计算比较简单（具体计算过程不列），但由于场地情况比较特殊，该工程基础设计的关键是设计参数的取值。首先，要确定条基的埋深和地基承载力的设计值。由于相邻旧建筑比较破旧，新建筑基础埋深不宜比它深，考虑到本场地原建有平房，场地以前已做平实处理，且经过多年的使用，对地基土也有压实作用，根据过往经验，类似情况，基础埋深越浅越好，只要满足最少埋深要求就可以，以减少对淤泥层土的搅动。虽然地质勘察报告没提供该土层的地基承载力参数，但按过往类似工程的经验，该地基承载力一般可取100KN/m2，但考虑到次建筑是商住合一，为提高安全度，实际取80KN/m2；基础埋深取室外地坪以下0.80m。其次，要制定正确的施工顺序，这关乎到简易人工静压预制方桩(以下简称方桩)的施工和使用。该方桩的施工顺序要求和原理是在条基板上预留锚杆及桩孔（大样见桩大样图），利用已有建筑物的自重，通过人力采用液压千斤顶把边长200mm的预制方桩压入土中，单桩承载力设计值（此处）取250KN。根据这一特点，设计上要求全楼统一先做好条形基础，根据算出的二层柱和四层柱的轴力差值，确定四层柱需要的方桩数量，预留相应数量的锚杆及桩孔，待捣制好首层顶板后（达到压方桩的自重要求），同时进行方桩的压入和二层梁板的施工，待所有桩压入、检测、封好桩头后，继续三四层的施工。最后，由于本工程采用两种形式的基础，为保证沉降均匀，二层与四层间连接的梁均相应增加刚度，以求达到加强该建筑的整体刚度的概念性设计要求。四、实际使用效果该建筑投入使用至今已一年多，经观测检验，沉降均匀，满足规范要求。综观该工程，此方法是解决类似的受施工场地限制而地基承载力偏