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    弱樁的原因分析及超靜定交叉梁在樁基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中的作用

    2015-10-21 19:41:30王水良
    關(guān)鍵詞:承載力

    王水良

    摘要:通過某工程在檢測(cè)中出現(xiàn)錘擊樁單樁承載力低于設(shè)計(jì)要求的情況,分析產(chǎn)生的原因和提出補(bǔ)救處理措施。

    關(guān)鍵詞:錘擊樁 承載力 弱樁 交叉梁

    一、 前言

    改革開放以來,高強(qiáng)砼預(yù)應(yīng)力管樁以單樁承載力高、施工速度快、較易保證施工質(zhì)量和安全、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于多高層建筑基礎(chǔ)。本文以一個(gè)七層商住樓為例,淺析錘擊樁在工程施工中出現(xiàn)的承載力不足的問題,并提出針對(duì)該問題的補(bǔ)救處理措施。

    二、 工程概況和地質(zhì)條件

    該工程位于珠三角,用地面積2700m2,建筑面積12480 m2,七層框架結(jié)構(gòu)。地質(zhì)勘察報(bào)告揭示,場(chǎng)地巖土由填土、第四系沖積層、第四系殘積層及燕山期花崗巖風(fēng)化層等四大類,分述如下:

    1、 填土層:分布于2/3地區(qū),厚度0~2m,平均厚度1.15米。

    2、 第四系沖積層:

    2.1淤泥質(zhì)土,分布于各區(qū)。厚度為2.5~3.5米,平均厚度3米,地基承載力特征值fak=65kPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=20kPa。

    2.2粉質(zhì)粘土,分布于各區(qū)。厚度為2.2~7.2米,平均厚度4.7米,地基承載力特征值fak=140kPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=45kPa。

    2.3粉砂層,分布于各區(qū)。厚度為2.5~5.5米,平均厚度4米,地基承載力特征值fak=130kPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=40kPa。

    2.4中砂,分布于各區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)貫入3次,擊數(shù)N=13.1~14.3擊,厚度為2.2~3.8米,平均厚度3米,地基承載力特征值fak=170kPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=50kPa。

    3、第四系殘積土:

    標(biāo)準(zhǔn)貫入5次,擊數(shù)N=14.1~25.2擊,厚度為2.6~4.4米,平均厚度3.5米,地基承載力特征值fak=200kPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=60kPa。

    4、基巖:

    4.1全風(fēng)化巖層:呈堅(jiān)硬土狀,全風(fēng)化狀態(tài),具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。層厚0~3.9米,標(biāo)貫平均擊數(shù)N=37.2。

    4.2強(qiáng)風(fēng)化巖層:以短柱狀為主,基本風(fēng)化,裂隙發(fā)育,手易捏碎。標(biāo)準(zhǔn)貫入3次,擊數(shù)N=54.1~55.4擊,厚度為2.2~3.8米,平均厚度3米,預(yù)應(yīng)力樁的樁端阻力特征值qpa=2.5MPa,預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=120kPa。

    三、工程原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況及樁檢測(cè)情況

    原設(shè)計(jì)圖中基礎(chǔ)采用C80砼Φ400、PHC-AB型錘擊預(yù)應(yīng)力管樁,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層,要求入巖深度不小于1.2m,單樁承載力特征值為1200kN。

    由于地質(zhì)勘察中鉆孔布置數(shù)量較少,原設(shè)計(jì)人對(duì)工程地質(zhì)資料掌握了解不夠深透,各層厚度偏差較大,施工時(shí)對(duì)樁長(zhǎng)控制不嚴(yán),貫入度取得較大(由于樁端持力層坡度較大,施工方擔(dān)心斷樁,在最后收錘時(shí)有所保留),以致各樁施工完成經(jīng)靜壓試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)單樁承載力低于設(shè)計(jì)要求較多(檢測(cè)結(jié)果為Φ400管樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2050 kN,低于設(shè)計(jì)要求的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值2400 kN)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,確認(rèn)單樁承載力特征值取1025kN。

    四、 處理措施

    按一般的處理方法:一是加樁及相應(yīng)擴(kuò)大承臺(tái),二是減少建筑層數(shù)。但當(dāng)時(shí)打樁機(jī)已退場(chǎng),如加樁則要再次進(jìn)場(chǎng),加上增樁與擴(kuò)大承臺(tái)等費(fèi)用,增加不少建設(shè)資金;而建設(shè)單位資金緊張,并且建設(shè)單位認(rèn)為承載力差值并不大;至于減少層數(shù)的設(shè)想,建設(shè)單位認(rèn)為這樣會(huì)減少建筑面積,經(jīng)濟(jì)上會(huì)蒙受很大損失。建設(shè)單位要求在不加樁、不減層的前提下,看能不能拿出穩(wěn)妥可靠的解決方案。

    我接受任務(wù)后,先查閱該工程結(jié)構(gòu)施工圖、全部計(jì)算書(含電腦錄入數(shù)據(jù))及地質(zhì)勘察報(bào)告;對(duì)建筑施工圖進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的查看;并赴施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查,查閱打樁記錄及施工日志。通過這幾項(xiàng)前期工作,基本了解了該工程現(xiàn)狀與存在問題,可以改動(dòng)的有以下幾點(diǎn):

    1.取消填實(shí)衛(wèi)生間沉箱,改為架空擱板,恒載由7.0 kN/m*m改為控制在5.0 kN/m*m 。

    2.隔墻由實(shí)心灰砂磚改為輕質(zhì)磚,以減小墻體荷載。

    3.控制鋪貼厚度,由總厚度5cm改為3cm,同時(shí)要求模板平整度及穩(wěn)定性要提高。以減小樓面恒荷載。

    4.陽臺(tái)欄河及樓梯扶手一律由磚墻改為采用不銹鋼欄河。以減小構(gòu)造附加荷載。

    5.柱砼強(qiáng)度由C25提高至C30,梁板砼等級(jí)由C20提高至C25,減小梁板柱截面,特別是小跨樓板的厚度(最小值由100mm改為80mm),以減小結(jié)構(gòu)自重。提高砼強(qiáng)度等級(jí)后,原截面為600X600的柱可改為550X550,原截面為250X700的梁可改為250x600。

    通過以上五點(diǎn)改動(dòng)后,進(jìn)行電算,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)承臺(tái)的承載力能達(dá)至設(shè)計(jì)要求,但仍有個(gè)別略小于柱底內(nèi)力。

    五、 超靜定交叉梁在樁基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中的作用

    這時(shí)認(rèn)真對(duì)比,找出仍不滿足要求的承臺(tái),再在承臺(tái)周邊查找比較有富余承載力的承臺(tái),通過加大相關(guān)地基梁,運(yùn)用超靜定交叉梁分析方法,將一部分荷載傳給相鄰有富余承載力的承臺(tái)(類似于上部結(jié)構(gòu)的托換),最后全部樁承臺(tái)承載力均滿足要求,并且沉降差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。例如○4X○B(yǎng)軸的柱,柱下承載力(N=3498kN>3075 kN)不滿足要求(見柱底內(nèi)力圖),按結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果,需要將423kN的力通過基礎(chǔ)梁傳給相鄰的承臺(tái)。為保證安全,現(xiàn)按600kN通過交叉的600x800混凝土梁,傳遞給相鄰樁承臺(tái)承擔(dān)計(jì)算(見計(jì)算簡(jiǎn)圖)。

    計(jì)算結(jié)果如下:

    通過計(jì)算,在預(yù)設(shè)的600kN需傳遞力,加上600x800混凝土梁自重,各207kN傳給了左端及右端,240kN傳給了下端,175 kN傳給了上端,四周各承臺(tái)合力均未超出四周樁承臺(tái)的承載能力。交叉梁下部最大彎矩為689kN*m,最大剪力為240kN。梁上部鋼筋實(shí)配6D18,梁下部鋼筋實(shí)配4D25/8D25,箍筋為d10@150(4)。最大裂縫寬度0.2mm,最大撓度為26.18mm(1/340<1/300),滿足規(guī)范要求。

    將處理方案及計(jì)算結(jié)果提交原設(shè)計(jì),由原設(shè)計(jì)報(bào)當(dāng)?shù)貙張D中心審查,最后按以上的方法處理,建筑物至今未出現(xiàn)質(zhì)量問題。

    六、 小結(jié)

    從本工程分析,我覺得有以下幾點(diǎn)值得注意:

    1.對(duì)比較短的樁(規(guī)范是14米以下,但略超過14米也要注意),設(shè)計(jì)時(shí)不能掉以輕心,地質(zhì)報(bào)告并不能完成反映地質(zhì)情況,有時(shí)地質(zhì)報(bào)告中看來持力層最淺處都有14米深,但仍有可能出現(xiàn)樁長(zhǎng)小于14米的樁。

    2.應(yīng)認(rèn)真對(duì)待試樁,看貫入度、持力層、深度是否與地質(zhì)報(bào)告相符。必要時(shí)可在完成幾根樁后即采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)樁的承載力,如結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告相符并滿足設(shè)計(jì)要求,則繼續(xù)施工;如不滿足設(shè)計(jì)要求則要研究其原因及對(duì)策。

    3.對(duì)打樁時(shí)出現(xiàn)的不尋?,F(xiàn)象應(yīng)正確、及時(shí)判斷和處理。

    4.對(duì)于樁端持力層坡度較大的地質(zhì)情況,設(shè)計(jì)要考慮施工安全性及樁質(zhì)量的可靠性,不可隨意取參數(shù)的較大值。

    5.計(jì)算參數(shù)的選擇至關(guān)重要。振型數(shù)滿足累加振型參與質(zhì)量達(dá)到90%、柱截面滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條即可,如隨意增大振型數(shù)和加大柱截面,則地震力加大。

    6.在沒有設(shè)混凝土板的基礎(chǔ)層中托換時(shí),宜雙向設(shè)梁,以防止扭轉(zhuǎn)破壞。

    7.基礎(chǔ)層完工后為隱蔽工程,在基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中,宜加大安全系數(shù)。

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