墩基础设计方法的探讨与应用

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墩基础受力性质介于桩基与 天然基础之间 , 一 般以端承为主 。其突出 优点是 :大直径扩 底墩基础 单桩承载力高 , 一般一柱一墩 , 桩身刚度大 , 抗震性 能好 , 可对桩底处进行检查 , 施工方便 , 可靠性高且 经济合理[ 4] , 无 噪音 、无 振动 。 该 桩型 较广 泛 地应 用于工业 与民用 建筑工 程 、桥梁工 程中 , 但对 墩基 础的设计计 算方 法目前 尚无统 一的设 计规范 可遵 循 。 本文结合实际工程 , 就墩基础的设计 与应用进 行分析探讨 。
系数 。
(3)按 文 献[ 2] 5 .8 .2 式 进 行 桩基 承 载 力计
算 ,即
N ≤ψc f c APS
(4)
式中 N ———荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力 设计值 ;
f c ———混凝土轴心抗压强度设计值 ;
APS ———桩身截面面积 ; ψc ———基桩成桩工艺系数 , 可取 0 .8 ~ 0 .9 。 2 .2 墩基础的设计要求
吴 敏 :墩基础设计方法的探讨与应用
地基与基 础 D I J I YU J I C HU
层 号 1-1 1-2 3 4-1 4-2
表 1 地基土层分布及物理力学特性
地层名称
层厚/ m
压缩模量 E s/ M Pa 特征值 Fak/ kPa 极限摩阻力 qsik/ kPa 极限端阻力 qpk/ kPa
(1)墩身混凝土强度等级不应低于 C25 。 (2)墩身钢筋的混凝土保护层厚度不小于 :无地 下水 、有混凝土护壁为 40 mm ;有地下 水 、有混凝土 护壁为 50 mm 。 (3)墩基础一 般设计成 一柱一墩 , 墩顶 应设墩 帽 , 墩嵌入墩帽不小于 100 。 为施工方 便 , 墩帽宜设 计成方形 , 墩帽每边应大于桩边 200 mm , 墩帽高不 小于 1 000 mm , 并上下配以不少于 φ12 @150 的双向 钢筋 。墩主筋锚入墩帽内应不小于 35d 。 (4)墩配筋要求 :纵向钢筋由计算确定 , 当墩顶 弯矩 较小 时 , 可 构造 配 筋 , 配筋 率 可 取 0 .65 % ~ 0 .2 %, 钢筋应通长配置 。 箍筋 :桩帽下 1 .0 ~ 1 .5 m 范围内用 φ10 @100 , 其他处为 φ8 ~ φ10 @200 ~ 300 , 钢筋笼可用环形焊接箍 或螺旋箍筋 , 每隔 2 m 设一 道 φ12 ~ φ18 焊接加劲箍筋 , 当桩身直径 ≥1 600 mm 时 , 在加劲箍内增加相应钢筋直径的三角加劲箍筋 , 并与主筋焊接 。
3 工程实例
图 1 扩底礅基本尺寸 、中距及进入持力层深度
(1)墩身最小直径不应小于 0 .8 m , 扩大头直径 D 与桩身直径 d 之比 D / d ≤3 。
(2)扩大头部分的高度 h 应考虑竖向压力的刚 性扩散角和施工安全操作要求 , 可取 h =1 ~ 2 m ;侧 面的斜率应根据实际成孔及土体自立条件确定 , b/ h 可取 1/ 4 ~ 1/ 2 , 其中砂土可取 1/ 4 , 粉土 、粘性土可取 1/ 3 ~ 1/ 2 。
当墩的长度较小 , 无法扩底时 , 可采用等直径 ;否
则应采用扩底礅 。 设计时 , 墩基础的承载力按上述方
法计算且不得大于桩身强度 。
扩底墩的基本尺寸 、墩中距及墩底进入持力层的
深度需符合下列要求(图 1):
(5)墩间中距应 ≥3 dBaidu Nhomakorabea, 而墩底之间的净距应 ≥ 1 .0 m 。
(6)墩基础进入持力层的深度 hp , 应根据土质按 下列要 求确 定 :① 粘性 土 和 砂类 土 :hp ≥1 .5 m 。 ② 砂卵石或卵石层 :hp ≥0 .5 m 。 ③基岩 :hp ≥0 .5 m 。 2 .3 墩基础的构造要求
(3)扩底礅底部的的锅底深度 c =(0 .15 ~ 0 .20) D , 且不宜小于 200 mm 。
(4)扩大头侧面与锅底端部交接处宜采用竖直 段过渡 , 其长度为 0 .2 m , 确保混凝土浇注质量和桩 端承载力 。
3 86 《工程与建设》 2011 年第 25 卷第 3 期
3 .1 工程概况 某工程总建筑面积为 15 584 m2 , 主要使用功能
究所 .全国民用建筑工程设计 技术措施 ——— 结构[ M] .北京 :中 国计划出版社 , 2003 . [ 4] 刘昌忠.人 工挖孔 灌注 桩和墩 长度 的探 讨[ J] .四川 建筑 , 2004 (12):40 -42 . [ 5] 施建军 .钻 孔灌 注桩 施工 过 程中 可能 出现 的问 题及 处理 措 施 [ J] .工程与建设 , 2010 , 24(1):110 -111 , 119 . [ 6] 张晓辉.大直径人工挖孔扩底墩基础设计与应用[ J] .山西建 筑 , 2005(12):84 -85 . [ 7] 陈 仲 颐 , 叶 书 麟 .基 础 工 程[ M ] .北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 1995 . [ 8] 王新义, 杨成斌 .人工挖孔 桩护壁的 设计方法[ J] .工程与建 设 , 2010 , 24(3):360 -363 . [ 9] 朱炳寅.建筑结 构设计问 答及分析[ M] .北 京 :中国建 筑工业 出 版社 , 2009 . [ 10] 朱炳寅, 娄 宇 , 杨 琦 .建筑地 基基础 设计方 法及 实例分 析 [ M] .北京 :中国建筑工业出版社 , 2007 .
∑ Quk = Qsk +Qpk = u ψsiqsik li +ψp qpk Ap (2) ∑ Quk =Qsk +Qrk =u qsik l i +ζr f rk Ap (3)
其中 , qsik 为桩侧第 i 层土极限侧阻力标准值 ;qpk 为桩
收稿日期 :2011-04-20 作者简介 :吴 敏(1969 -), 女 , 安徽铜陵人 , 硕士 , 南京市市政设计研究院有限责任公司高级工程师 .
2 墩基础的设计
2 .1 礅基础的竖向承载力计算 礅基础属于深基础 , 其承载性能介于 桩与天然
基础之间 , 最准确的墩基竖向承载力是通过 静载试 验确定的 , 但此方法时间长 、费用高 。 目前 , 礅基础 设计所采用 的计算 方法均 属于近 似法即 采用经 验 公式计 算 , 其 计算 结 果与 实 际受 力 情况 有一 定 的 差异 。
墩基础是一种利用机械或人工在地基中开挖成 孔后灌注混凝土而形成的桩基础 , 其截面尺寸较大而 桩长相对较短 , 是桩基础的一种特殊型式。 文献 [ 1-2] 都未对墩这一特殊桩型做出相关规定 。 而文献 [ 3] 指出 :桩长小于 6 m 的按 墩基础考虑 , 桩长虽大 于 6 m 但桩长与扩大头直径之比 L/ D <3 时亦按墩 基计算 。
杂填土 素填土
0 .50 ~ 5 .30 0 .80 ~ 2 .80
黏土
1 .40 ~ 6 .80
8 .12
210
70
凝灰岩(全风化)
1 .40 ~ 4 .30
建议值 28 .0
260
80
凝灰岩(强风化) 揭露最大厚度 6 .80 建议值 40 .0
300
100
2 600
强风化凝灰岩为桩端持力层 , 桩端进入持力层不小于 1 m。 3 .2 .2 墩基础设计
为办公 、研发 , 地下 1 层 , 为平战结合常 6 核 6 级人防 地下 室 兼车 库, 地 面以 上 六层 , 建筑 总 高度 为 21 .4 m 。结构形式为钢筋混凝 土框架结构 , 柱轴力 最大标准值为 8 514 kN 。 3 .2 基础设计 3 .2 .1 工程地质状况
根据勘察报告 , 本工程场地位于岗地地貌单元 , 场地类别为 Ⅱ类 , 自上而下为填土 、黏土 、凝灰岩三个 工程地质层 , 地基土层分布及物理力学特性详见表 1 所列 。
1 墩基础的适用条件
墩基础宜用于有 较好的支承土(岩)层 , 土质均 匀 , 挖孔深度适宜 , 地下水位较深 , 土层内无夹有易流 动的粉砂层 、淤泥 , 扩孔方便等条件下[ 5-8] 。扩孔可用 于以中硬以上的黏土 、中密以上砂土 、卵石土 、岩层等 作持力层的土层中 , 在软弱地基中因地基变形很大 , 不宜使用 。
吴 敏 :墩基础设计方法的探讨与应用
地基与基 础 D I J I YU J I C HU
墩基础设计方法的探讨与应用
吴 敏
(南京 市市政设计研究院有限责任公司 , 江苏 南京 210008)
摘 要 :墩基础是桩基础的一种特殊型式 , 其截面尺寸较大而桩长相 对较短 , 其受力性 质介于桩 基与天然 基础之间 。 文 章结合实 际工程中墩基础的设计与应用 , 对墩基础的受力机理及构造要求做了较详细的描述 , 并提出一些探讨性意见 , 可供类似工程参考 。 关键词 :墩基础 ;墩基础设计 ;构造要求;地基承载力特征值 中图分类号 :T U 473 .1 文献标识码 :A 文章编号 :1673-5781(2011)03-0385-03
4 结束语
(1)墩基础和桩基础本质上并没有严格的区别 , 墩基础只是桩基础的一种特殊型式 , 挖孔墩基础就是 一种短而粗的挖孔桩基础 。
(2)墩基础作为一种特殊的基础形式 , 其承载力 到底按天然基础还是桩基础计算 , 现行规范并无明确 的规定 , 目前常用的方法是按天然地基的设计方法计 算基底面积 , 该方法偏于安全 。 墩基础的精确计算方
本工程为一柱一墩 , 总墩数为 68 个 。墩基础有 效长度最短为 1 m , 最长为 5 m , 墩长为 1 m 时 , 采用 直墩基础 , 其余采用扩底礅基础 。 按文献[ 1] 5 .2 .4 式计算确定墩基础基底直径 。最大柱轴力标准值为 8 514 kN 柱 经 计 算 , 墩 基 础 d =1 500 mm , D = 4 300 mm , 有效桩长为 3 .9 m 。 桩身 混凝土强度等 级为 C40 , 采用 C35 钢筋混凝土护壁 , 纵向钢筋保护 层厚度为 50 mm , 纵向 钢筋按配筋率 0 .4 %构造配 筋 , 为 24 Υ20 , 箍筋 全长 Υ10 @100 , 焊接 加劲 箍为 Υ12 @2 000 。
《工程与建设》 2011 年第 25 卷第 3 期 3 85
地基与基础 D I J IY U J I CH U
吴 敏 :墩基础设计方法的探讨与应用
径为 800 m m 的极限端阻力标准值 ;ψsi 、ψp 为大直径 桩侧阻力 、端阻力尺寸效应系数 ;f rk 为岩石饱和单轴
抗压强 度标 准 值 ;ζr 为 桩嵌 岩段 侧阻 和端 阻 综合
本工程 ±0 .000 相 当于绝对标高 38 .800 m , 地 下室底板底绝对标高为 32 .800 m , 因地下室挖深较 深 , 板底下 4-2 层强风化凝灰岩岩层埋深较浅且变化 很大 , 为 0 ~ 4 .9 m , 北浅南深 , 局部已挖至该岩层 , 根 据场地地质情况 , 本工程基础采用墩基础 , 以 4-2 层
(2)按文献[ 2] 5 .3 .6 式或 5 .3 .9 式计算 。对于 支承于强风化基岩上的墩的承载力计算 , 由于强风化 岩体压缩性大 , 可采用 5 .3 .6 式按大直径扩底桩计算 其承载力 , 并考虑桩身的尺寸效应 ;对桩端置于完整 、 较完整基岩的嵌岩桩 , 应按 5 .3 .9 式计算 。 对于墩长 小于 6 m 或在有效墩长范围内人工回填土厚度超过 有效墩长的 60 %时 , 可不考虑墩身周边的摩擦力[ 10] ; 也不考虑 扩大 头 高度 及 其以 上 2d 范 围内 的墩 侧 阻力 。
墩基础的承载力可按照文献[ 1] 计算确定 。 当墩 长在墩与桩界线附近时 , 可分别按桩和 按深基础计 算 , 取小值[ 9] 。 除此以外 , 还需进行桩身承载力计算 。
(1)按深基础计算时 , 应按文献[ 1] 5 .2 .4 式计 算确定 , 即
f a = f ak +ηb γ(b -3)+ηd γm(d -0 .5) (1) 其中 , f a 为修正后的墩底持力层的地基承载力特征 值 ;f ak 为墩底持力层的地基承载力特征值(并非桩的 极限端阻力标准值);d 为基础埋置深度 , 一般自室外 地面标高算起 。
法还有待做进一步的研究 。 (3)可通过单墩竖向静载荷试验 , 由试验直接确
定单墩承载力特征值 。 这样才能做到结构设计最为 经济合理 、安全可靠 。
〔参考文献〕
[ 1] G B 50007 -2002 , 建筑地基基础设计规范[ S] . [ 2] JG J 94 -2008 , 建筑桩基技术规范[ S] . [ 3] 建设部工程质量安全 监督与行 业发展司 , 中国建筑 标准设计 研
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