某冶炼厂桩基方案比选研究.pdf

第45卷第2 期2024年有色冶金设计与研究4月某冶炼厂桩基方案比选研究刘皓（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌3 3 0 0 3 8【摘要】以国内某新建冶炼厂为例，根据该厂拟建场地岩土工程勘察报告，提出机械旋挖成孔灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩、预应力管桩和内夯沉管夯扩桩4种桩基方案，并分别对4种桩型的优缺点、承载力及经济指标进行对比和分析。对比分析结果认为，选择0 6 0 0 的长螺旋钻孔灌注桩为主要桩型，局部荷载比较大的厂房、桩长超高3 0 m的厂房采用6 0 0 的旋挖灌注桩。【关键词 桩基方案；机械旋挖成孔灌注桩；长螺旋钻孔灌注桩；预应力管桩；内夯沉管夯扩桩中图分类号：TU473.1Comparison and Selection of Pile Foundation Schemes for a Certain Smelter(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330038,China)Abstract Taking a domestic smelter as an example,based on the geotechnical investigation report of the proposed site,four pilefoundation schemes are proposed:mechanical rotary hole filling pile,long auger cast-in-place pile,pre-stress concrete pipe pile,sinking tubular and expanded placing pile.The advantages and disadvantages,bearing capacity,and economic indicators of the fourpile foundation schemes are compared and analyzed.The comparative analysis results suggest that the main pile type for this projectshould use 600 mm long auger cast-in-place pile.For the factories with relatively high local loads or factories with pile lengthsexceeding 30 meters,600 mm diameter rotary hole flling pile shall be used.Keywords pile foundation schemes;mechanical rotary hole filling pile;long auger cast-in-place pile;pre-stress concrete pipepile;sinking tubular and expanded placing pile文献标志码：B文章编号：1 0 0 4-43 45(2 0 2 4)0 2-0 0 51-0 4LIU Hao状态近年来，我国有色金属行业的快速发展，国内冶炼厂为满足日益增长的工业生产需求，不断地在优化工艺、扩产扩建，这对工业厂房的基础结构性能质量提出了更高的要求。桩基础被广泛应用于工业厂房的建设中，其设计质量和施工质量是工业建筑稳定、安全的保证。桩基形式有很多种，进行工业建筑桩基础设计时，需要根据现场地质情况最终确定采用哪种桩型。一般而言，灌注桩和预制桩是冶炼厂建设中较为常见的基础桩型。本文拟以国内某新建冶炼厂为例，根据岩土工程勘察报告对拟建场地的桩基形式进行分析、对比,以期为类似工程的桩基设计提供经验参考。1项目概况国内某新建冶炼厂，主要设计内容包括火法治收稿日期：2 0 2 3-0 6-1 3基金项目：广西科技计划项目（科技重大专项）年产3 0 万t阴极铜连续炼铜关键技术开发及产业化示范（项目编号：2 0 2 0 AA17001AA）作者简介：刘皓（1 9 8 5一），男，高级工程师，主要从事结构设计及研究工作。炼系统、硫酸系统以及公辅设施等。该项目拟建场地地基土分层情况详见表1，岩土的主要物理力学指标建议值详见表2，地质剖面图详见图1。表1 建场地地基土分层情况时代成因单元层代号主层亚层Q2含砾粉质黏土硬塑Q.QdQ.dZ.dn2-2Ptlbl地层定名密实度风化程度植物层松散红黏土硬塑粉砂中密4黏土粉质黏土黏土含砾粉质黏土硬塑红黏土硬塑?2红黏土白云岩白云岩板岩92板岩硬塑可塑硬塑可塑全风化强风化全风化强风化52土层层号名称红黏土硬塑2含砾粉质黏土硬塑红黏土硬塑白云岩强风化28.0板岩全风化14.5板岩强风化26.0FZK491901.822.10(1899.72)1891.310.50)Q16.00(1.885.82)QPl?20.30(1881.52)Z2d160269图1 地质剖面(单位：mm)2设计依据桩基设计主要依据的规范包括建筑桩基规范(JGJ94一2 0 0 8）、建筑地基基础设计规范（GB50007一2 0 1 1)、建筑与市政地基基础通用规范(GB550032021）沉管夯扩桩技术规程(DBJ61T102一2 0 1 5）、旋挖成孔灌注桩工程技术规程（DBJ50-156一2 0 1 2）长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工技术规程(DB11T5822008)I-。3桩型的选取根据岩土工程勘察报告，本工程提出4种桩基方案，分别为机械旋挖成孔灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩、预应力管桩和内夯沉管灌注桩。下面对这4种桩型的优缺点、适用范围、单桩承载力特征值、经济指有色治金设计与研究表2 岩土的主要物理力学指标建议值桩极限承载力标准值/kPa状态压缩模量/MPa密实风化Es1-2度程度第45卷旋挖成孔灌注桩长螺旋钻孔压（泥浆护壁）灌桩Es2-4侧阻力端阻力侧阻力端阻力侧阻力端阻力侧阻力端阻力qkqk8.010.88.511.48.512.035.021.523.0预应力管桩6368832.400652.2001053.5009830001083600标进行全面对比。3.10600旋挖灌注桩旋挖灌注桩是通过旋挖钻机成孔，再在其内放置钢筋笼，然后浇筑混凝土而成桩。该工艺主要施工设备为旋挖钻机，其采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻枪、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等。整机操作一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬适用于工地多种情况的需要。该类钻机可配合短螺旋、回转斗、岩心钻等不同钻具，用于干式、湿式及岩层（岩心钻）的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能回。旋挖钻机施工速度快、精度高、噪音小、移动方便、桩长不受限制，在工业建筑领域里被广泛使用。由于旋挖钻机施工靠底部带有活门的筒式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内提升运至地面，无需将岩石搅碎靠泥浆返出孔外，平均每分钟进尺可达50 cm左右，在适合的地层具施工效率比钻、冲孔桩基可提高5 6 倍。采用旋挖钻机,施工过程对桩深度、垂直度、钻压、钻筒内装土容量等均可以通过机身电脑控制，而且旋挖钻机施工的噪声主要来自于发动机,适合在市区或者居民区中使用。此外，在施工过程中不需要人工进行钻杆的拆除和组装，无需进行泥浆清渣处理，可以降低人工的劳动强度。它适用地层广泛，同一个桩施工过程可以全部由旋挖机完成，不需要选用其他机械来配合成孔，旋挖钻机能人中风化岩，可用于荷载较大的厂房。但存在资金投人大，对场地要求严格、孔壁护壁差、需要机械配合作业等缺点 7-。根据该项目地勘报告及建筑桩基技术规范，以49 号钻孔来进行单桩承载力计算。取，强风化内夯沉管夯扩桩6868863100702.8001204.00010835001254200867012010812572006.600867012010812535003.400第2 期白云岩为持力层，桩端进入持力层2 m，桩长约2 0 m，单桩竖向极限承载力标准值Qk=Q录+Qm=4002kN，单桩竖向极限承载力特征Ra=Ql/2=2001kN。3.20600长螺旋钻孔灌注桩长螺旋钻孔灌注桩是一种结合了螺旋钻孔和灌注桩优点的地基处理方法。该工艺通过旋转螺旋钻头,将土壤逐渐挖掘出来,形成一个孔洞;然后,在孔洞中灌注混凝土或其他灌注料，使其充满整个孔洞。灌注料凝固后形成一个坚固的桩体，用于增加地基的承载力。长螺旋钻孔灌注桩有以下特点：1）一般采用超流态混凝土，即落度达2 0 2 5cm的混凝土。由于超流态混凝土流动性好，石子能在混凝土中悬浮而不下沉，因此不会出现离析现象，容易放进钢筋笼。2)长螺旋为一次性钻孔到位，在下钻至设计桩底标高后，直接由钻杆中心向桩底压灌混凝土，所以孔底不会有沉渣,既防止了断桩、缩径、塌孔等施工通病的出现，施工质量也容易得到保证。3)穿硬土层能力强,单桩承载力高,施工效率高,操作简便。4)噪音低，不需要泥浆护壁，不会消耗水资源，也不会产生废弃泥浆，钻进过程中产生的土方，仅需清理出施工区域，并在合适位置堆放即可,施工文明，转运便捷。5)综合效益高,工程成本与其他桩型相比较低1 0-3。长螺旋钻孔工艺不仅适用于填土层、淤泥土层、黏土层、砂土层、卵石层及强风化层。也适用于有地下水的各类土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩；但该工艺桩端只能进入较软的强风化,且对桩长有所限制，一般最长不超过3 0 m。根据建筑桩基技术规范，以49 号钻孔来进行单桩承载力计算。取强风化白云岩为持力层，桩端进人持力层2 m，桩长约2 0 m，单桩竖向极限承载力标准值Qu=Qk+Qm=4404kN，单桩竖向极限承载力特征Ra=Qu/2=2202kN。3.30600预应力管桩预应力管桩是先采用先张法预应力和离心成型工艺，然后经过蒸压养护而成的一种空心圆筒状的等截面刚性桩体。桩体施工时，桩体逐节打入待处理的软基中，再利用二氧化碳气体保护焊在现场直接焊接接桩。预应力管桩具有以下优点：1)单桩承载力高、单位造价低的优势，质量稳定可靠。由于在工厂预制生产，产品质量容量把控，沉桩质量检测方便。2)施工速度快，施工周期短。3)施工现场无需水泥和砂石，某冶炼厂桩基方案比选研究无泥浆污染。同时，该工艺也存在着一些缺点：1)具有挤土效应，对周围建筑环境及地下管线有一定的影响,要求边桩中心到相邻建筑物的间距较大。2)施工场地的地耐力要求较高，在新填土、淤泥土及积水浸泡过的场地施工易陷机。3)过大的压桩力易将管桩桩身夹破,或使管桩出现纵向裂缝和断桩的现象。4)在地下障碍物或孤石较多的场地难以施工。根据建筑桩基技术规范，以49 号钻孔来进行单桩承载力计算。取红黏土为持力层，桩端进入持力层4m，桩长约1 8 m，单桩竖向极限承载力标准值Qk=Qsk+Qk=4686kN,单桩竖向极限承载力特征Ra=Qu/2=2 343 kN。3.40500内夯沉管夯扩桩（扩大头0 8 0 0)内夯沉管夯扩桩是利用打桩锤将内外桩管同步沉人土层中，通过锤击内桩管夯扩端部混凝土，使桩端形成扩大头，再灌注桩身混凝土，拔外桩管时，用内桩管和桩锤压顶在管内混凝土面上，使桩身密实成行。内夯沉管夯扩桩的应用范围比较局限，它将锤击沉管灌注的方法和桩端扩底技术结合在一起，从而提高了桩的竖向承载力。内夯沉管夯扩桩的施工工艺稍微复杂，主要有以下步骤：1)在桩位处按要求放置干硬性混凝土，然后将内外管套在一起对准桩位。2)通过柴油锤将双管打人地基中至设计标高。3)拔出内夯管，向外管内灌入高度为H的混凝土。4)内管放人外管内,压在混凝土上面,并将外管拔起一定高度h。5)通过柴油锤与内夯管夯打外管内的混凝土，直至外管底端深度略小于设计桩底标高。此过程为一次夯扩，如果需要第二次夯扩，则继续重复第3 条到第5条的步骤。6)拔出内夯管，在外管内放人钢筋笼，并灌人桩身所需要的混凝土。7)将内管压在外管内的混凝土面上，边压边缓缓拔起外管，最终将双管同时拔出地面，成桩过程完毕。可以看出，内夯沉管夯扩桩的施工步骤比常规的工序多一些。由于可以在桩端形成一个蘑菇状的扩大头，因此桩端承载力特征值得到提高，这也是它的一个优势。但夯扩桩只适用于软土地基,桩端持力层一般为砂性土、粉土、可塑与硬塑状黏性土等,进人不了风化岩，桩长一般不超过2 0 m。根据建筑桩基技术规范，以49 号钻孔来进行单桩承载力计算。取红黏土为持力层，桩端进入持力层4m，桩长约1 8 m，单桩竖向极限承载力标准值5354Qk=Qk+Q=4060kN，单桩竖向极限承载力特征Ra=Qu/2=2 030 kN。3.54种桩型方案的比选4种方案里有3 种桩型为灌注桩，主要区别在于成孔工艺不同，下面主要对这4种方案的经济指标进行对比。表3 4种桩基方案的经济指标分析项目600旋挖2 6 0 0 长螺6 0 0 预应力桩旋桩单桩竖向承载2.000力特征值/kN每米桩长的综合单价/元总桩长/m桩的总价/万元4.800节省比1从表3 中可以看出，4种桩型的单桩竖向承载力特征值都差不太多，0 6 0 0 的长螺旋钻孔灌注桩和预应力管桩比较经济，同比可节省资金2 0 0 0 多万元。4结论综上所述，通过以上4种方案的对比，预应力管桩有着造价上的优势，应用比较广泛，也比较适合本场地，但场地的持力层起伏比较大，存在配桩难的问题。经济效益不是很高；旋挖桩造价最高，但是可以进入岩层，且桩长不受限制；6 0 0 的长螺旋钻孔灌注桩比50 0 夯扩桩总造价要低，但长螺旋工艺桩端只能进入较软的强风化,且对桩长有所限制，一般最长不超过3 0 m，由于本厂区比较大，局部区域的强风化白云岩已经到了40 50 m，因此本工程推荐两种桩型，6 0 0 的长螺旋钻孔灌注桩为主要桩型,局有色治金设计与研究部荷载比较大的厂房、桩长超高3 0 m的厂房采用6 0 0 的旋挖灌注桩。参考文献1】中华人民共和国住房和城乡建设部。建筑桩基技术规范：TG942008S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 0 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