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高层建筑桩基础选型分析

收藏本文 2024-01-04 点赞:30104 浏览:141415 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:高层建筑结构设计中,合理的桩基选型有着重要的作用,本文通过实例,对高层建筑常用桩型进行优缺点及经济性比较分析。
关键词:桩基选型;人工挖孔桩;旋挖桩;钻孔桩;预应力管桩

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随着我国经济的高速发展,人们的生活水平快速提高,房地产市场迎来一片欣欣向荣,但随着在城市中可开发用地的减少,各类建筑也越建越高。同时,经济发展也带动了劳动力的市场水涨船高,导致各类建筑的造价成本也越来越高。在一般的高层建筑中,基础部分造价最高,其造价可以占到工程总造价的10%~20%。要控制建筑物的成本,首先要从基础方案优选的做起,而高层建筑基础通常采用桩基础。因此,在高层建筑结构设计中,桩基础分析选型,对于保证安全、节省投资及降低造价起着举足轻重的作用。本文尝试以两个高层建筑桩基设计实例,对各种常用桩基的选型进行分析,选择一个最优方案。
工程实例一:

1、工程概况

本工程位于广东省惠州市大亚湾区,建筑桩基设计等级为甲级,建筑场地为Ⅱ类,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,基本风压0.70KN/m2,地面粗糙度类别为B类。高层建筑为剪力墙结构体系,地上30层,地下一层,地上结构高度为99m。
(1)根据勘探报告,地层岩性如下:
1、人工填土层:①素填土,由碎石、块石及少量粘性土等近期堆填而成,密实度及均匀性较差。平均厚度为7.0m,桩顶以下平均厚度为

1.5m;

2、第四系冲积土:②1粉质粘土,平均厚度为

2.0m, 桩侧摩阻力特征值为15KPa;

3、白垩系基岩:④1全风化砾岩,平均厚度为

5.0m, 桩侧摩阻力特征值为40KPa;

④2强风化砾岩,平均厚度为

5.5m, 桩侧摩阻力特征值为60KPa, 桩端阻力特征值为1920KPa;

④3中风化砾岩,未揭穿, 桩端阻力特征值为5000KPa;岩石饱和单轴抗压强度标准值frk为2

3.97Mpa。

(2)本楼采用PKPM程序进行电算,根据电算结果显示,单墙下轴向压力标准值在3600~8000KN之间,单桩承载力特征值在3000~5300KN之间,便满足承载力要求。

2、桩基方案

由于素填土层块石过多,且本场地为山坡地,部分全风化及强风化砾岩埋藏较浅,本工程桩基不适合采用预应力高强混凝土管桩(PHC),仅考虑采用钻(挖)孔灌注桩,桩基方案如下:
A方案:人工挖孔扩底灌注桩,桩端持力层取④2强风化砾岩,桩身砼强度等级为C25,护壁厚取120,砼强度等级为C25,平均桩长约为9.0m。
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中,单桩承载力特征值计算Ra如下:
Ra = qaAp + upΣqsiali----(公式1)
按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中,验算桩身承载力时,桩顶轴向压力设计值[N]满足:
[N] ≤ ΨcfcAps + 0.9fy′As′ ----(公式2)
单桩承载力特征值如下表:

方案优点:
a、持力层为强风化,桩长较短;
b、采用人工挖孔,桩身质量保障性较好;
c、施工工艺简单,场地要求较低。
方案缺点:
a、因安全要求,桩身直径要求较大,造成桩身承载力浪费较多;
b、施工人员安全性较差,需要全场地降水;
c、桩身及护壁需用钢筋,用钢量较大。
B方案:旋挖灌注桩,持力层取④3中风化砾岩,为较完整基岩,桩端为嵌岩桩,桩身砼强度等级为C35,平均桩长约为1

4.5m,嵌岩深径比取0.5。

按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中,单桩竖向极限承载力标准值Quk及单桩承载力特征值Ra如下:
Quk = Qsk + Qrk , Qsk = uΣqsikli, Qrk =ζrfrkAp ,Ra = Quk/K ----(公式3)
验算桩身承载力同A方案公式2。
单桩承载力特征值如下表:

方案优点:
a、桩身直径大小灵活,桩身砼可取较高强度,充分利用其承载力;
b、施工安全性较好,水下部分采用泥浆护壁,不需要场地降水;
c、桩身直径较小,用钢量较少。
方案缺点:
a、持力层为中风化,桩长较长;
b、桩身质量不容易保障,需要加强施工监督;
c、桩底有沉渣;
d、施工时产生泥浆,不容易处理。
C方案:钻孔扩底灌注桩,桩端持力层取④2强风化砾岩,桩身砼强度等级为C35,平均桩长约为9.5m。
单桩承载力特征值Ra同A方案公式1
验算桩身承载力同A方案公式2。
单桩承载力特征值如下表:

方案优点:
a、持力层为强风化,桩长较短;
b、桩身直径大小灵活,桩身砼可取较高强度,充分利用其承载力;
c、施工安全性较好,采用泥浆护壁,不需要场地降水;
d、桩身直径较小,泥浆护壁,用钢量较少。
方案缺点:
a、桩身质量不容易保障,需要加强施工监督;
b、桩底扩大头直径是桩身的2倍多,扩大头不容易施工;
c、桩底沉渣较多,不容易清理干净;
d、施工时产生大量泥浆,不容易处理。

3、经济性比较

现在,由于人工成本的上涨,钻(挖)孔灌注桩造价基本相同,其市场价均约为1100元/M3,三种桩基方案的造价比较如下:
桩基工程造价比较表

以上比较分析可知,B方案与C方案造价基本相同,根据以往工程经验分析,B方案采用旋挖桩,桩端为中风化砾岩,沉降量比C方案的小;另外,旋挖桩施工的市场竞争充分,甲方最终选择B方案。
本栋楼桩布置如下图:(未标注旋挖桩号均为ZZ3)

旋挖桩布置平面图
工程实例二:

1、工程概况

本工程位于山东省济南市商河县,建筑桩基设计等级为乙级,建筑场地为Ⅱ类,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,基本风压0.45KN/m2,基本雪压0.30KN/m2,地面粗糙度类别为B类。本工程为剪力墙结构体系,地上12层,地下一层,地上结构高度为35m。
(1)根据勘探报告,地层岩性如下:
根据钻探揭露资料、原位测试及室内土工试验资料分析,场区之内分布的地层层厚及预应力混凝土管桩(钻孔灌注桩)参数表如下:

(2)本楼采用PKPM程序进行电算,根据电算结果显示,单墙下轴向压力标准值在600~3000KN之间,单桩承载力特征值在1000KN左右,便满足承载力要求。

2、桩基方案

A方案:钻孔后注浆灌注桩,桩端持力层取⑦粉质粘土层,桩径d采用400mm,桩身砼强度等级为C25,平均桩长为18.5m。
按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中,单桩竖向极限承载力标准值Quk及单桩承载力特征值Ra如下:
Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk= uΣqsjklj+uΣβsiqsiklgi+βpqpkAp ,Ra = Quk/K ----(公式4)
验算桩身承载力同公式2
经计算,得Ra = 1051KN,N = 1318KN,Ra取1000KN。
方案优点:
a、持力层取⑦,桩长较短;
b、施工设备简单,对场地平整度、承载能力没太大要求。

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