武汉市公安局选型方案及建议

武汉市公安局锦苑公寓桩基工程选型方案及建议武汉科诚基础工程有限公司二OO三年五月十五日1一．工程概况武汉市公安局拟在二七路附近兴建6栋11层及2栋18层住宅楼，建筑高度约为35m及56m，其结构型式为框架-抗震墙。拟建建筑物11层、18层住宅楼基础埋深均为2.6m、3.8m，安全等级为二级。设计工作由中国轻工业武汉设计工程有限公司承担，岩土工程勘察报告由湖北省地质勘察基础工程公司提供。二．场区岩土工程地质条件本场地位于长江一级阶地，上部土层为一般粘土，厚度叠加大于12m，其下部为以粉细砂为主的粉细砂与粉质粘土、粉土互层各土层的有关技术参数详见表一。场区地层岩土主要技术参数表表一地层编号地层名称fk值（KN）Es值（MPa）静压桩沉管灌注桩后压浆钻孔桩长螺旋桩qsia（KPa）qpa（KPa）qsia（KPa）qpa（KPa）qsia（KPa）qpa（KPa）qsia（KPa）qpa（KPa）1素填土803.012810122-1粘土904.2312330322-2粘土1004.5171318202-3粘土954.4282227353淤泥质粉质粘土与粉质粘土、粉土互层804.07610134粉细砂与粉质粘土、粉土互层1209.0221820255-1粉砂18014.0271500211400302510005-2粉砂20017.0322100241900353012006细砂24021.03826002821004025007含砾中粗砂35026.053450042400704000备注：后压浆钻孔桩及长螺旋钻孔压灌桩的参数取值系根据多个工程实践经验及规范而得。2三．桩基选型分析根据拟建物层高、结构及荷载情况，结合场区地层特征并综合考虑场区周边施工环境条件，拟建建筑物地基基础型式宜采用桩基础，以5-1、5-2、6、7层做为持力层较佳。依据武汉市目前桩基工程的施工现状以及普遍应用新技术、新工艺的实际，现分析如下：（一）对于11层住宅楼1．沉管灌注桩该桩型可提供较高的承载力，适应土层能力强，但施工过程中振动噪音较大，由于为挤土成桩，可能会造成地面隆起，在施工过程中必须有相应的措施，防止出现桩身缩径和断桩的现象发生。2．长螺旋钻孔压灌桩长螺旋干成孔压灌混凝土桩和CFG桩复合地基是近几年来发展起来的新桩型、新工艺。亦是被建设部、国家科委列为国家级的重点推广项目，由于该桩型本身具有独特的优越性，在武汉乃至湖北地区已愈来愈普遍的被采用，并得到市建委和建委专家组的推荐，其工艺优势表现在以下几个方面：1．承载力提高幅度大，可调性强：桩长可从几米到二十多米，桩径变化在φ350～φ600mm之间，可全桩身长度发挥桩的侧阻力，特别是当天然地基承载力较低，而设计要求承载力较高，用柔性桩难以满足设计要求时，则长螺旋压灌混凝土桩就可以解决上述问题。2．适用范围广1）就土性而言：既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土；普遍用于多层建筑及小高层等桩基础，对那些因振动使土的结构强度破3坏、承载力降低、密实度较高的土层，或不可挤密的土层以及坚硬性土层，不宜采用振动沉管桩或夯扩桩时，采用长螺旋桩是较佳的选择；2）就基础形式而言，既可用于独立基础和条形基础，又可用于满堂布桩的箱型和伐形基础。3）就质量而言：夯扩桩、振动沉管桩、静压预制桩，对地层岩土的挤压或振动作用显著，施工中容易出现严重的缩颈和断桩或桩身不规则现象，桩体强度亦不太均匀，尤其是振动沉管桩，桩底水泥含量较少，桩顶浮浆过多，混合料容易离析，同时随着桩距的减小，地表还会出现隆起现象。而长螺旋干成孔压灌混凝土桩属非挤土型桩，能彻底克服上述这些弊病，质量亦易于控制。3．采用长螺旋桩机施工，为干作业成孔，且成孔成桩一次连续完成，无泥浆外运和污染问题；无振动，无噪音，挤土效应小，不受环境位置的影响。因此，是一种值得推广的环保型工艺，优越于夯扩桩和沉管桩，特别适用于城市居民密集区桩基工程的施工。4．机械化自动化程度高长螺旋干成孔压灌混凝土桩所采用的机具，在操作过程中实现了仪表化和液压化，自动化程度很高，是一机多能的新型桩机设备。其液压步履式行走、就位迅速准确，辅助时间短，成孔成桩一次完成，一般情况下，每天单机可完成20-30根桩。（二）对于18层住宅楼1．静压预制桩或预应力管桩该桩型对各土层的适应能力强，能提供较高的承载力，桩身质量易于保证，但挤土效应强，对于附近为京广线，应慎重选用，而且必然会产生4接桩或截桩，造成工程造价高、工期延长。2．钻孔桩后压浆钻孔桩后压浆技术是90年代初期在钻孔灌注桩的基础上采用新技术与新工艺以及新方法发展起来的。由于它比钻孔桩具有先进性，工程质量具有可靠性，同时可以降低工程造价以及缩短工期等优势，因此，1997年被建设部列为十大重点推广技术之一。现仅对钻孔后压浆技术可靠性的主要依据列举几点：1．桩后压浆技术新工艺，在武汉、上海、北京、天津等地已全面推广，而且效果显著，特别是1995年后在武汉地区有较成熟的成功经验。2．过压浆后,孔底沉渣变为固化土,解决了沉渣对桩基质量所带来的负面影响,不仅扩大了桩底截面积,提高了端承力,而且明显地减少沉降量。3．桩底后压浆,不仅使砂、土层渗透加强,形成大片固化桩端土,而且能向上及向桩周渗透,使桩下端部位摩阻力大大提高。同时,后压浆是在钻孔成桩后3-5天才进行压浆,压浆后使桩周土层充填,从而提高桩侧摩阻力。4．在桩长与桩径相同的条件下，钻孔桩后压浆比纯钻孔桩其承载力增幅达50-150%，特别是在砂砾卵石及砂性土层中，其效果更加明显。5．钻孔桩由于压浆后承载力大幅度提高，因此，桩长根据需要可以减短，不需嵌岩，桩径也可以变小，从而使混凝土方量也将大大减少，而且可以提高工程进度，缩短工期，节约大量资金、劳动及机械的磨损。我公司从1996年起已施工过数幢采用钻孔桩后压浆工艺的高层建筑及多层建筑桩基工程，经法定检测单位检测，其静载试验值均超过设计要求的承载力，其持力层有砾卵石、粉砂、细砂、中粗砂、中细砂等，现列举我公司施工部分高层建筑采用钻孔桩后压浆工程的资料，供对比参考，详见表二。5科诚公司施工部分钻孔灌注桩后压浆静荷载试验结果统计表表二序号工程名称试桩孔深m桩径mm桩端持力层设计承载力极限值KN实测承载力极限值KN最大试验荷载下的沉降量mm残余变形量mm设计单位检测单位1丝宝大厦41.5800砾卵石77001001019.5013.13中南建筑设计院武汉市建筑工程质量检测中心41.6800砾卵石77001001024.69/41.1800砾卵石77001001022.58/2华银香港路写字楼41.71000细砂8600≥860015.345.29武汉工业大学武汉市建筑工程质量检测中心41.71000细砂8600≥860015.447.2141.7900细砂8600≥860017.886.933统建办住宅楼23700粉砂3000≥30247.972.82武汉建筑设计院武汉市市政建设科技研究院23700粉砂3000≥31926.942.0023700粉砂3000≥31927.942.004武汉商务会展中心44800中细砂110001350015.9011.20武汉同达国际建筑设计有限公司武汉市建筑工程质量检测中心44700中细砂90001200021.0814.4544700中细砂90001200032.37/44800中细砂110001350020.2621.185湖北省交通厅住宅41800中粗砂混卵砾石9000900014.657.82中南建筑设计院地矿部武汉综合岩矿测试中心40800细砂9000900015.416.5140800细砂9000900015.958.116省公路局办公楼45700中粗砂混卵砾石8500≥850015.975.24中南建筑设计院地矿部武汉综合岩矿测试中心45800中粗砂混卵砾石8500≥850010.296.037武汉展览馆50800粉细砂970011000动测法／中南建筑设计院武汉青山一冶岩土工程研究所8省委党校住宅楼32600粉细砂4200≥420010.326.01中南建筑设计院中科院武汉岩土力学研究所700粉细砂5200≥52007.934.166四．单桩竖向承载力特征值的估算（一）计算依据1．湖北省地质勘察基础工程公司提供的本场区岩土工程勘察报告；2．《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）；3．《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）；4．《建筑地基础设计规范》（GB50007-2002）；5．试桩设计图纸及K43孔。（二）单桩竖向承载力特征值估算试桩之前进行承载力估算，根据省规10.3.3-1条预估，即:Ra=qpaAp+upΣqsiali各不同桩型均以K43孔为依据计算。1．沉管灌注桩桩径φ377，复打一次为φ533，桩深23.0m，空孔2.0m，持力层为（5-2）粉砂层，桩身承载力按桩径φ533mm计算：Ra=qpaAp+upΣqsiali=1900×π×0.5332÷4+π×0.533×(1.0×23+2.6×13+1.4×22+8.0×6+1.6×18+4.6×21+1.8×24)=933KN预估设计取值Ra=900KN2.长螺旋钻孔压灌桩桩径φ450,孔深23.0m，空孔2.0m，持力层为（5-2）粉砂层，由于该桩型为压灌砼成桩，据该场区岩土性质分析，充盈系数一般在1.4m以上，因此根据经验可提高桩截面积按φ500mm计算：Ra=qpaAp+upΣqsiali=1200×π×0.252+π×0.5×(1.0×32+2.6×20+1.4×35+8.0×13+1.6×25+4.6×25+1.8×30)=936KN预估设计取值Ra=900KN73.静压预制桩桩径450×450，孔深24.0m，空孔3.0m，持力层为（5-2）粉砂层：Ra=qpaAp+upΣqsiali=0.452×2100+4×0.45×(2.6×17+1.4×28+8.0×7+1.6×22+4.6×27+2.8×32)=1124KN预估设计取值Ra=1100KN若按试桩设计图纸中的要求，Ra可取1300KN。4.钻孔桩后压浆桩径φ600,孔深38.0m，空孔3.0m，持力层预估为（6）细砂层：Ra=qpaAp+upΣqsiali=π×0.32×2500+π×0.6×(2.6×18+1.4×27+8.0×10+1.6×20+4.6×30+6.3×40+10.5×40)=2604KN预估设计取值Ra=2500KN五.桩基方案经济分析现暂估6栋11层住宅建面约5.0万平方米，2栋18层住宅楼建面约3.8万平方米，由于为框架结构，则每平方米荷载按16KN计算，同时住宅楼布桩系数取1.30，则各桩型经济分析详见表三。各桩型经济分析一览表表三层数桩型桩径（mm）有效桩长（m）Ra（KN）预估桩数（根）预估砼量（m3）砼单价（元/m3）工程总价（元）11层住宅楼沉管灌注桩φ37721.0900115653565302838680长螺旋钻孔桩φ45021.090011563861650250965018层住宅楼静压预制桩450×45024.01100718348912004186800若按1300608295512003546000钻孔桩后压桩φ60035.025003163127100031270008六．建议1．锦苑公寓11层住宅楼桩基可采用沉管灌注桩或长螺旋桩，在确保工程质量的前提条件下，长螺旋桩则更具有施工速度快、桩基承台小、土方开挖量少等优点，其综合经济效益也较佳，建议采用长螺旋桩，桩径φ450mm，桩深24.0m。2．锦苑公寓18层住宅楼，其桩基可选用静压预制桩或钻孔桩后压浆桩。若采用静压桩，由于本场区12m左右以下为砂性土，平均压入砂层达10米左右，因此在后期施工中桩长可能难以达到设计深度，会存在截桩现象，从而在土方开挖过程中增加工程量和延长工期，同时也会相应增加工程成本，应慎用该桩型。若采用钻孔桩后压浆工艺，建议桩径取φ600mm～φ700mm，桩深依柱下荷载可在32.0-40.0m之间调整。根据以上