浅谈混凝土灌注桩设计

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1、浅谈混凝土灌注桩设计雷志发　　［摘要］　笔者通过多个工程的实践，对混凝土灌注桩设计从单桩承载力的计算，桩身强度验算等方面作比较全面的总结，并提出在设计中应注意的构造问题和在施工中得到的体会。　　［关键词］　桩基设计　混凝土灌注桩　极限承载力　标准值　设计值1　引言　　近十年来，笔者有幸参加了广东中山50MW热电厂、广州发电厂Ⅱ期及0号机技术改造、广东番禺梅山50MW电厂以及广州员村电厂和广州造纸厂高压热电站等数项工程基础的混凝土灌注桩设计工作。　　由于这些工程所在地区的地质条件多属海陵交替混合沉积、第四纪近代

2、浅海沉积、三角洲海流冲积等地层为主。其地表除一层杂填土或耕植土外，下部多有较弱的软土地层，深浅不一，岩层、风化岩层或较好的持力层均在较深处。由于电厂用水量大，厂址均选在离河、海岸很近的地方，这些厂址的原地面多在水下，有很厚的淤泥层，能作持力层的地质层则更深，有的甚至30多米未见基岩。基于这种地质条件，若采用整板基础、片筏基础、箱基以及换土、灌浆等办法并非不行，但经济效果未必好。因为电厂的很多附属建筑物是单层的(如化水车间、生活、消防泵房、引风机室、输煤栈桥等)或层数不多(如主控制楼、材料库、检修间、生产办公楼

3、等均四层以下)，若采用上面所提到的施工方法势必造成经济效益差的结果，同时对沉降量差要求高的构筑物(如电气建筑中的升压站)难以保证质量。为了缩短工期、提高经济效益，针对电厂建筑特点，全部采用桩基。其中在中山50MW热电厂工程中，由于当地附近没有高质量的预制桩生产厂家，加之施工单位的施工习惯以及施工设备所限，该工程的桩基全部采用混凝土灌注桩(主要是锤击沉管灌注桩)，座落在广州市内的广州纸厂工程则由于业主认为预制桩造价高，因此，全部采用了灌注桩(主要有钻孔灌注桩)。其余工程也不同程度地使用了灌注桩基。2　混凝土灌注

4、桩分类　　混凝土灌注桩根据施工方法分成：(1)锤击、振冲沉管混凝土灌注桩；(2)冲孔、钻孔混凝土灌注桩；(3)人工成孔混凝土灌注桩。同预制混凝土桩一样，若按受力条件来区分，则同样可划分成摩擦桩和端承桩两类。实际上就这两类桩的任何一种来说，都是由桩端阻力和桩侧摩擦力共同承受上部荷载的，只不过是每一类桩的侧重方面有所不同，考虑问题的重点不同，从而分成这两种情况的。这一点在单桩承载力计算中，新规范［4］有明确的规定。　　按施工方法分成的三种类型桩当中，在桩径规格上有比较明显的区别：锤击、振动沉管灌注桩，桩径较小，一

5、般在320mm～480mm的范围内；而挖孔桩，尤其是人工挖孔桩由于受施工条件所限不可能做得太小，一般都在1000mm以上，有的甚至可以大到2000mm以外；钻孔、冲孔桩桩径则处于这两类型桩桩径的中间，大约在600mm～1200mm范围内，也有的冲孔桩桩径达到1500mm。　　人工挖孔灌注桩，由于人工成孔(相对机械成孔而言)在施工安全有保障的前提下，应该是经济的而且桩的质量也很高，但不在本文进行讨论。3　桩基设计　　桩基设计，完整地讲应包括桩身设计和承台设计两部分，其中的桩承台与一般钢筋混凝土结构设计大体相同，

6、下面仅就桩身设计进行分析。3.1　单桩承载力的确定　　由于影响单桩承载能力取值的因素较多，成为一个较为棘手的问题。尽管可以用一个比较简单的公式所表达，但在这个表达式中的桩尖处土的极限端阻力标准值(qpk)及桩周极限侧阻力标准值(qsk)取值变幅较大，只能和实际工程的地质条件和施工情况(如桩径、入土深度、施工方法等)联系起来，才能有较正确的结论，为此规范［4］有明确的规定：对于一级建筑物，单桩竖向承载力标准值应通过现场静荷载试验确定。在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1，并不应少于3根。但对于要求不太高的建

7、筑物(如二级建筑物及以下等级建筑物)在试验资料较少的情况下，亦可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定。初步设计时，可用下式估算。　　即Quk＝πd∑qsikLi＋qpkAp　　式中　Quk——单桩竖向极限承载力标准值，kN；　　　　　d——成桩直径，m；　　　　　Li——桩穿越第i层土的厚度，m；　　　　　qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值，kPa；　　　　　Ap——桩端横截面面积，m2；　　　　　qpk——极限端阻力标准值，kPa。　　在这个公式中，Ap及d都与桩径有关，如何选取桩径呢?有人

8、提出三种选法：第一种取沉管的外径；第二种取桩头的外径；第三种取实际完成径。一般第一种取法桩径偏小，第三种取法难以掌握，根据施工单位所提供的经验，多按第二种取法较能反映实际情况。　　同样公式中的qsik和qpk两指标选用也比较难把握，由于各地的地质条件不同，加之对土质分析判断和测试手段不尽相同，即使是同一类土也可能有较大的出入，从而影响计算结果的准确性。因此建议在桩基施工较多的地区，在积累有丰富经验的