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常见问题

宝鸡桩基设计的几个疑难问题

作者: 发布时间:2022-10-31 08:52:05点击:12774

信息摘要:

         汇总了《建筑桩基技术规范》施行近半年以来遇到的几个问题,归纳起来为三类:

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        1)个别规范条文容易被误解或忽略,如空心桩桩身截面模量W0的取值;


        2)规范条文没有涉及的实际问题,如桩身压屈效应和负摩阻力的叠加问题;


         3)极个别的规范规定值得商榷,如液化土中桩身压屈计算长度lc的取值问题。


        对这些实际问题进行了讨论,提出了作者的意见供同行参考。


        1、 桩身压屈效应和桩负摩阻力的叠加问题


       ①  规范内容简述


       新桩基规范强调了桩身压屈效应和负摩阻力效应的重要性,分别在第3.1.3条第2款和5.4.2条以强制性条文的形式提出相关要求,并在第5.8.4条和5.4.3~5.4.4条分别提供了计算方法。


       桩身压屈效应是使桩身承载力下降,需要乘以桩身稳定系数进行折减;负摩阻力效应是使桩身承受向下的附加荷载。


         ②  设计相关问题


        需要考虑桩身压屈效应的场合往往也需要考虑负摩阻力效应。例如,广州地区很多场地有较厚的淤泥,其性质较差(含水量w=60~,直接快剪指标c=3~5kPa、φ=1~30),符合需要验算桩身压屈效应的条件。同时场地平整在其上有几米厚的新近回填松散填土,也需要考虑负摩阻力的不利影响。是否应把两者的不利影响叠加考虑,即对桩身承载力乘以桩身稳定系数进行折减,同时桩身还要另外附加负摩阻力。如果这样算下来,桩数比以往要增加不少。


         ③  讨论及设计建议


         判断是否需要叠加桩身压屈效应和负摩阻力的不利影响,应分析两者是否会同时发生的。在工程的前期,桩侧的淤泥还没有固结,不存在桩周土层沉降超过基桩沉降的情况,不需要计算负摩阻力;同时淤泥性质较弱,对桩身受压失稳的约束能力不足,应考虑桩身稳定性问题。在工程的后期,桩侧的淤泥固结逐步达到稳定,桩周土层沉降超过基桩沉降,桩负摩阻力达到峰值,应计入负摩阻力的不利影响;但此时淤泥性状已大大改善,对桩身受压失稳的约束能力也有很大提高,桩身稳定系数甚至可取1.0。可见两者的更大值不是同时发生的。在桩负摩阻力逐渐增加的过程中,桩身压屈效应逐渐减弱。


        建议设计时按新桩基规范第5.8.4条和5.4.3~5.4.4条分别单独复核桩身压屈效应和负摩阻力的不利影响,并适当留有余地。

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         2、 空心桩桩身截面模量W0的取值问题


          ①  规范内容简述


         在计算单桩水平承载力特征值、桩的水平变形系数α等环节都涉及桩身抗弯刚度EI,新桩基规范第5.7.2条提供EI的计算取值方法如下:


        对于钢筋混凝土桩,桩身抗弯刚度 ;其中,Ec为混凝土的弹性模量,I0为桩身换算截面惯性矩,圆形截面 ,矩形截面 ;W0为桩身换算截面受拉边缘的截面模量,圆形截面:


        其中d为桩直径,d0为扣除保护层厚度的桩直径;b为方形桩截面边长,b0为扣除保护层厚度的桩截面宽度; 为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。


         ②  设计相关问题


         对照材料力学关于圆形和方形的截面模量W计算公式可知,(1)、(2)式是对应于实心圆形和方形桩,并且把桩身钢筋等效地计入W0。由于规范条文没有特别说明,也没有另外提供空心桩的计算公式,有设计人员直接套用  (1)、(2)计算预应力混凝土管桩和预应力混凝土空心方桩的W0,造成偏差。


          以壁厚90mm的ф400预应力混凝土管桩为例,减去空心部分后桩身抗弯刚度EI相差约12.3%,对后续的单桩水平承载力特征值、桩的水平变形系数α等计算结果有较大影响。


          ③  设计建议


        计算预应力混凝土管桩和预应力混凝土空心方桩W0时,要减去空心部分,即预应力混凝土管桩为:


         其中dl为空心桩内径。


         3、液化土中桩身压屈计算长度lc的取值问题


           ①  规范内容简述


        新桩基规范第5.8.4条规定,对于桩身穿越可液化土的基桩应考虑压屈影响,桩身正截面受压承载力乘以φ折减,稳定系数φ可根据桩身压屈计算长度lc和桩的设计直径d(或矩形桩短边尺寸b)确定。桩身压屈计算长度lc按规范表5.8.4-1确定。


        新桩基规范表5.8.4-1备注第3点提出,当桩侧有厚度为dl的液化土层时,桩露出地面长度l0和桩的入土长度h分别调整为:


         ψl按新桩基规范表5.3.12取值。


          ②  对规范规定的讨论及建议


          土层液化折减系数ψl值如表1所示(表中N为饱和土标贯击数实测值;Ncr为液化判别标贯击数临界值),与抗震规范[2]表4.4.3同。


         从表1可见,饱和土标贯击数实测值N越大,饱和土越密实,ψl值越大,液化土层桩侧阻力需要折减的程度越小;同时饱和土对桩身受压失稳的约束能力也越大,桩身压屈计算长度lc理应越小。


         但对照(5)、(6)式,ψl值越大,桩身自由长度的计算 反而越大,桩身受压失稳的可能性越大。显然(5)、(6)式值得商榷,建议改为:


        4、挤土桩的最小桩距


         ①  规范内容简述


        新桩基规范第3.3.3条第1款提出了基桩的最小中心距,对照94版桩基规范[3],挤土桩和部分挤土桩的最小中心距普遍增加了0.5d,反映出新桩基规范对挤土效应的重视。


          ②  对规范规定的讨论及建议


          在软土中采用挤土桩,可能产生挤土效应,造成地面隆起;邻近建筑物上抬、下沉和开裂;邻近管线变形、开裂;拉断已沉桩的接头等工程问题。规范的基桩最小中心距所考虑的因素之一就是成桩工艺。对于非挤土桩而言,无需考虑挤土效应问题;对于挤土桩,为减小挤土负面效应,在饱和粘性土和密实土层条件下,桩距应适当加大。


         但是,新桩基规范仅以成桩工艺分类规定基桩最小中心距,似乎并不全面。成桩方法只是其中一个影响因素,挤土效应的控制性因素是桩的面积置换率(即入土桩的总截面积与建筑物底面积之比)。例如,采用轻钢结构屋面的大跨度结构,就算采用预应力混凝土管桩等挤土桩,由于结构自重轻、桩数少,总体桩的面积置换率低,挤土效应一般不明显。


        建议对面积置换率在1~2%以内的挤土桩,基桩最小中心距可适当放宽。


       5、静压桩压桩机接地压强的控制问题


         ①  规范内容简述


         新桩基规范第7.5.4条规定,采用静压沉桩时,场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍。


           ②  工程实例


          2003年广州市某办公楼工程,表层土分布自上而下为:(1)、0.1~0.5m厚的松散人工填土、(2)、2.2~5.0m厚的淤泥(fak<30kPa)、(3)、4.2~6.8m厚的淤泥质砂土(fak=40kPa)。在静压管桩完工后检测发现超过半数断桩,其原因主要是压桩机的着地压力达90kPa、超过表层土体承载能力,土体产生侧向塑性变形而引起水平位移,把已压桩推断破坏。最后决定将改用钻孔桩进行补桩处理。


          ③  讨论及设计建议


        静力压桩具有无噪声、没有震动、不会对环境造成危害的优点,在很多城市的中心城区广泛使用。但静力压桩需要大量的配重,对场地表层土承载力的要求比较高。静力压桩机的接地压强一般介于66~120kPa,个别可高达160kPa甚至180kPa以上[4]。如果表层土非常软弱,无法承受配重的过大压力,就会发生陷机现象,使已压桩造成压断或推断破坏。


       新桩基规范第7.5.4条是施工方面的规定,而且条文说明也没有详细解释,设计人员容易忽略。当场地软土层厚而埋深浅、表层土承载力低时,应在设计文件中对压桩机着地压强作出限制,或适当处理表层土以提高其承载力。


          6、如何执行预制桩吊运和锤击验算的强制性条文规定


        ①  规范内容简述


         新桩基规范第3.1.3条第2款规定,混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算。


        ②  讨论及设计建议


        这是强制性条文,必须严格执行。但规范规定比较笼统,可执行性不高。首先规范没有明确进行验算的主体,设计单位和施工单位可能互相推诿,使强制性条文无人执行,失去其严肃性。第二,新桩基规范第5.8.11和5.8.12条提供了预制桩吊运和锤击验算的原则和方法,从该条文在规范的位置来判断,似乎暗示应由设计单位进行验算工作;但在设计阶段预制桩的施工方案未定,如何吊运、验算更大锤击应力的参数等无法事先知晓,设计单位无法进行验算,反而容易令施工图审查机构误会设计单位不执行强制性条文、引起不必要的误会。


          建议设计单位在桩基施工要求方面补充相关内容,要求施工单位在制定预制桩施工方案时,按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.8.11和5.8.12条进行预制桩吊运和锤击验算,并报设计单位复核同意后方可施工。


         7、结语


       《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)总结了近年来我国桩基础设计、施工经验,吸纳了该领域新的科研成果。它的颁布实施为我国桩基工程提供了更加完善的技术指引。本文提出新桩基规范实施中的若干问题,只是想说明:工程实际情况千变万化,任何技术规范不可能为所有工程实际问题都提供完整的答案,需要工程技术人员发挥聪明才智,对规范条文融会贯通。


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