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试谈厂房韶钢板坯库主厂房桩承台基础设计优化查抄袭率

收藏本文 2024-03-06 点赞:7960 浏览:24498 作者:网友投稿原创标记本站原创

【摘要】本文针对韶钢板坯库工程主厂房桩承台基础的设计,介绍了群桩承台基础在桩型、桩身尺寸、桩承台等方面的优化方案,并把静载荷试验作为桩体设计优化的最可靠证据。因此,在规范的基础上取得了较大的优化量,取得的经济效益显著。
【关键词】桩承台基础;优化设计;静荷载试验;经济效益

1、工程概况

韶钢板坯库工程是本企业近年的重点技改工程。主厂房总长380m,宽18m×4跨,檐口高16m,柱距6至9m,每跨配备4台35t天车,主体及屋面采用钢结构。经勘察,地基土质软弱,需要设计群桩承台基础。由于基础部分在整个建筑物结构投资中占据了很大的比例,因此选择一个最优化的基础方案,对于保证结构安全、节约投资起着举足轻重的作用。

2、桩型、桩身尺寸的选择及设计优化

桩基础设计中对桩型、直径及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响,合理的桩型、直径及桩长选择将产生巨大的经济效益。
2.1 桩型的选择。任何一种桩型都不是万能的,都有自己的适用范围。根据勘测资料和上部荷载情况,初步在预应力混凝土静压管桩和混凝土钻孔灌注桩之间选择。深入分析,考虑地下水位置较高,表层土为回填土,且地基土层中含有中沙层等因素,故选用水下钻孔灌注桩,避免选用前者时出现行走陷机、行走时侧压力剪切断桩、难以穿越硬土层等问题。

2.2 桩身尺寸的优化方法。优化函数的建立:

桩单位体积特点值的大小反映出工程经济性的一个重要指标,以(2)式中可看出,桩端阻力随着桩长增加其体积特点值相对摩擦阻力而变小,桩侧阻力随着桩径增加其体积特点值相对桩端阻力也变小。桩的截面尺寸及长度是其经济与否主要因素。另一方面,桩端及桩侧阻力随岩土的密实(通常岩土埋藏越深越密实)程度增加而变大。对体积特点值也会产生一定的影响。由于工程设计经济与否是个综合指标,对于基础工程的经济性除桩基以外还应考虑承台的大小,它与桩的直径及单桩承载力密切相关。按规范要求桩间距一般为2.5~3.5倍的桩径。单桩承载力一定时,桩径越小承台相对越经济。现以中砂为例,桩长分别为5、10、15、30。对应的桩端阻力分别为:25、29、33、36kN。对应的桩侧阻力分别为:450、675、825、875kN。承台混凝土强度为C30。计算结果图1和图2:
以图1中可看出,当桩长不变时,桩径越小桩的单位体积特点值越大,经济性越好。当桩径不变时,小直径桩单位体积特点值随桩长的增加而增大,大直径桩随桩长增加有下降走势。以图2中可看出,桩和承台一起考虑时,桩径不变的情况下,桩越长混凝土单位体积特点值越大。并且桩径越小,桩越长经济性越好。
2.3 桩型的验算确定。根据单桩承载力验算得出选用的桩型。结合以上分析,计算、调整得出选用桩长为1

5.6m,桩身直径为450mm。

3、桩基设计的静载荷试验

3.1 桩基设计中静载荷试验的重要性及经济价值。目前的桩基础设计过程,往往受到时间的约束首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值,根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工,等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。这个过程具有相当的不科学性,结果符合估算要求,则皆大欢喜,否则因工程已施工完毕补桩也会很困难,或桩身承载力设计值远远大于承载力需要值,造成极大浪费,且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。
3.2 静载荷试验。计算上部荷载,得出采用钻孔灌注桩,需要达到的单桩极限承载力值约为1950KN。根据:①手工传统计算法②PKPM计算法③优化计算法④类似套用法(根据该区域已有的相似建筑物数据)得到的桩体数据,做静载荷试验,选出最节省和适用的桩身尺寸。(见表1)
可以看出,优化计算法设计出的桩身尺寸达到的极限承载力与需要达到的极限承载力值最接近,并仍有少量优化富余。故最终选择的桩型为直径450mm、有效桩长15m的水下钻孔灌注桩。可见,桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节。因为此项工作质量直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定,同时也对施工难易有密切影响。通过科学试验,取得准确数据,能使设计方案更加合理、可行和经济,远远超过缩短工期所获得的效益。

4、桩承台的优化设计

以承台混凝土使用量为目标函数,以承

摘自:毕业论文答辩www.udooo.com

台抗剪切、柱冲切、角桩冲切和控制沉降量为约束函数,可以导出优化函数为;
(3)minF(s,h0)=A

1.B(h0+c0)

式中: A1,B1,h——承台长、宽和有效高度;C0——常数;
F0——作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值;ac,bc为柱截面长、短边尺寸;
当0.81.4时,其优化目标函数为: (4)F(s,h0,h01)=A

1.B(h01+c0)+bx.by.h02

bx,by——沿x向,y向的承台计算截面宽度;
按规范取桩间距S≥3.5D(D为桩径),得到承台尺寸:长×宽×高为3.2m×1.9m×1.4 m,每个承台布桩四条,C30混凝土。选择规范法验算沉降s=3.2cm,能满足使用要求。承台配筋按常规方法计算。

5、优化效果及结论

5.1 优化效果。通过对桩体及承台的优化分析及计算,并以承载力试验检验,保证结构安全的前提下,整个厂房225个桩承台基础合计减少桩长约1250m,减少土方量及桩体和承台混凝土约480 m3。
5.2 结论。对桩体及承台的优化方法用于基础设计将使得基础的设计更加科学合理。把握好基础设计的每一个环节,统筹兼顾,从各方面使之合理化,使得基础的设计在安全的前提下,减少不必要的投资,取得巨大的经济效益,为同类工程的设计提供了借鉴意义。
参考文献:
混凝土结构设计规范[S],GB50010- 2002/2010;
建筑桩基技术规范[S],JGJ94-94;
[3]何水源《基础选型设计智能系统研究及工程应用》,重庆,重庆建筑大学学报,1999;
[4]建筑地基基础设计规范[S],DB23/902-2005。

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